2.1冲天炉

冲天炉由于是让焦炭的燃烧热与金属炉料直接接触而使其熔化过热的，热效率高且经济性好。但是，为了有效的使用冲天炉必须注意下列事项，设计好冲天炉。

2.1.1冲天炉的参数

冲天炉的参数分技术参数和结构参数，下面仅介绍技术参数的熔化率和结构参数的高径比。

表2－1冲天炉风口区的炉膛内径与熔化率

风口区内径／mm — 熔化率／t·h-1

450         0.6

500         0.8

550         1.0

600         1.2

650         1.5

700         2.0

750         2.7

 2 1 1熔化率

冲天炉的熔化率是由炉膛截面积（正确地说是风口区炉膛截面积）所决定的。

因为冲天炉是圆形的，其熔化率与炉径的平方成正比，如表2－1所示。

熔化率1 t/h以下的小炉子，其内径小，炉料易在冲天炉内部卡住（棚料现象），为防止棚料必须使用小块金属炉料，从生铁的块度和废钢的形状来说是相当困难的。小炉子由于内部狭窄修炉困难，必须把熔化带做成分开式的。

由于上述原因，对冲天炉来说{zd1}是内径700 mm（熔化率2 t/h）以上的炉子是合适的。

2 1 2高径比

高径比是冲天炉的有效高度与风口区内径之比（如图2－1）。这时冲天炉的有效高度是指从一排风口中心线到加料口下沿高度。高径比低的炉子是3.0，高的炉子是5.0左右。高径比高的炉子炉料予热时间长热效率高，能得到高温铁水。但是易棚料并且金属炉料太重压缩底焦，使燃烧状况恶化。因为中国的焦炭是软质的，我的意见是高径比取3.7～4.3左右是适当的。（译注：日本因焦炭质量好，冲天炉是一排风口的，高径比较低，应取5左右，小炉子要高些大炉子低些。）特别是内径600 mm以下的小炉子，高径比取3.7以下且希望冲天炉的内侧带5°～10°的倾斜使炉料容易向下移动。

我在这里讲了600 mm以下的小炉子热效率低，700 mm以上的炉子好，但是在小工厂，不能用2 t/h的炉子怎么办好呢？在这种情况下1t/h的小炉子也挺合适，如果能做出表面光洁没有缺陷的铸件，其工厂就可以生存下去。在日本象这样有客户、效益好的工厂也挺多。

2.1.2冲天炉的操作

这里只介绍冲天操作上的重要事项。

2 1 2 1底焦

底焦高度在熔炼操作上是非常重要的。金属炉料在底焦顶部熔化，铁水在炽热的底焦间滴下时吸收热量而变成高温，因此小炉子也好，大炉子也好，底焦高度几乎没有多大变化，如表2－2所示。

表2－2冲天炉底焦高度

熔化率／t·h-1 —底焦高度（从一排风口中心线算起）／mm

1       800

2       900

3       1000

（日本用一排风口冲天炉，所以底焦高度数值低，在中国因三排风口高550 mm，所以底焦高度应比上述数据高出550 mm左右。底焦高度以开风后一排风口5～7分钟见铁，出铁口11～12分钟流铁为合适）。

决定低焦高度的是封好炉底以后称量所加入的焦炭达到规定高度的总重量，下一次就以此重量为基准加入底焦。由于点火用的木柴和木炭在送风一开始就烧成灰而被吹走了，测量底焦高度时要在底焦烧透后开风前进行。内径700 mm的炉子底焦量大致是270 kg～300kg。

2 1 2 2层焦

底焦随燃烧的进行，高度下降，补充底焦的减少以维持底焦高度的是层焦。层焦在硬质焦碳时是以金属炉料重的13％左右为好，对于中国的软焦炭以15％～16％左右为适当。

熔炼过程中底焦高度不要升高也不要降低，底焦高度低了铁水温度低，铁水还氧化；底焦高度高时铁水温度高，增碳使材质下降、熔化率也变慢。由于熔炼过程中从外边没有办法观察到底焦高度，得由连续测温和反复进行炉前检验来判断。

2 1 2 3铁水温度的测量

铁水温度的测量有用光学高温计（干电池式）、铂铑热电偶插入式测量等各种测温仪器。光学高温计的观测结果因人而异，而插入式要消耗铂铑头，增加费用，最正确还是观察铁水表面光泽、颜色、花纹来判断，这由多年反复进行炉前检查和观察铁水表面就能自然地掌握。关于铁水表面花纹将在“5.4.4”节中予以介绍。

2 1 2 4送风（风量）的控制

为了得到高温铁水，送风的控制是重要的。多数人认为往冲天炉里多吹入空气，炉温高，这是错误的认识。因为焦炭的燃烧是化学反应，是在一定时间一定的条件下进行的。并且因为空气中的氧占21％，其余79％的氮气要带走炉内的热量排出炉外而降低炉温。也就是说，往冲天炉内送入焦碳燃烧所必需的而且充分的空气是至关重要的。

{zj0}送风量用下式计算：

V＝A×100（ Nm3/min ）（2－1）

式中： V——{zj0}送风量，（ Nm3/min ）； A——风口区炉膛截面积，（m2）。

译注：式中100系{zj0}送风强度，为100 Dm3/min·m2，中国多取为110 Dm3/min·m2

计算示例：当炉内径700 mm时

炉膛截面积 A＝π／4×（0.7）2=0.785×0.49=0.384m2 。

{zj0}送风量V＝0.384×100=38.4 Nm3/min 。

表2－3给出的是与炉子内径相对应的送风量。

表2－3炉内径与{zj0}送风量

炉内径／mm—{zj0}送风量／Nm3·min-1

500        19.6

550        23.7

600        28.2

650        33.1

700        38.4

750        44.1

800        50.2

按表2－3决定{zj0}送风量后，问题就是风量的控制方法了。市售的风量计是在送风管道中安装毕托管，

用倾斜微压计测出动压和静压的压差来表示，或用弹簧式压力计用指针指示数值。用数值表示的风量计是准确的，可价钱贵，倾斜微压计便宜，但有观察结果不直接的缺点，可如果熟练了，倾斜微压计也是很适用的。

2 1 2 5风压的控制

风压计的目的是测量风箱中空气的静压，和风量计一样，为搞好冲天炉的控制是必须设置的。风压计构造简单且价格便宜。可用直径8 mm左右，长1.3 m左右的两根玻璃管自制。如果没有玻璃管，用透明的塑料管也行。在风箱上焊一铜管，用塑料管把空气引出，接到两根下部连起来的玻璃管的一头，开风后，风箱中的空气就把与风箱连通的管内的水柱压下，与其连通的另一管中水柱上升，用米尺测量两根管中水柱的高度差，就可以得出风压，一般称为水柱压力，如图2－2所示。

风压的标准是多少合适呢？高博士的说法如表2－4所示。

表2－4冲天炉的风压

熔化率／t·h -1 风压／mm水柱

1 2 3350 450 530

但是风压受风口比的影响很大，并且受加入料块的大小，冲天炉高径比的影响，随炉内的阻力而变化，风压也能显示出不正常情况。

从实际经验来看，风口比8％，高径比4.5的2.5 t/h冲天炉，风压大体为750 mm～800 mm水柱时最合适。

风压计是为了监视炉内状况的仪器。能记录正常时的风压，在出现不正常情况时也可以直接查出其原因。如风压异常上升往往是由于风口被炉渣堵住了。

2 1 2 6加料装置

冲天炉的加料方式有很多种，使用得最多的有爬式翻斗加料（图2－3）和天车吊桶加料（图2－4）。翻斗式由于构造简单，故障少，而在小炉子上使用较多，但料分布不均匀。吊桶式用于3 t以上的大炉子，多用底开式料桶，偏料少，但由于钢丝绳反复受到高温加热有易断的危险，每（2～3）个月就要换一回。

xxx可靠的方法是手加工料。把{yt}的炉料用提升机运到结实的加料台上，开炉时称重后投炉，可以随时看到炉内情况，但是夏天时工人很辛苦，现在已经不用了。

2 1 2 7关于加料机使用时应注意的问题

加料时必须执行的工艺守则有金属炉料与焦炭必须分别加入，也就是说金属炉料与焦炭不能一次加到一个料斗内加入炉内，在冲天炉内焦炭和金属炉料必须分别保持独立的料层。特别是翻斗时，如果把焦炭和金属炉料加到一斗内，在料斗翻转时焦炭和金属炉料全混到一起了。按道理说，分层也好混合也好，如果焦铁比是相同的应该没有什么关系，实际上分开投料的温度高铁水好，说温度高出50度的人都有。象这种在道理上说不通的情况正是铸造的妙趣之处。料桶的容量应按小时熔化量的十分之一设计，分开加料每3 min一次不成问题（加料一个往复时间约50 s）。

为使冲天炉熔炼顺畅，按时加料是重要的。为此应在加料口附近设置1名人员监视炉内的状况。从加料口观察冲天炉内部，看着炉料慢慢下降，确认其充分沉下后用铃声或敲击声发出投下一批料的指令。

投料监视者在上面时，必须按他的号令加料，以防危险产生。

2 1 2 8熔炼记录

一切管理首先从正确地记录开始，没有记录就没有管理。从加入底焦开始，开风时间，加料时间、风压、风量、加料批数及时间，一切必要的事项都必须记录。使用多少炉料要每天统计一回，每个月统计一回月使用量，向厂长报告，工厂的{zg}负责人对于自己工厂的现状必须了如指掌。

2 1 2 9关于热风炉

使用的焦炭是劣质的软焦子时，为了得到高温铁水用热风炉是解决方法之一。但实际上操作很难，存在热交换器裂口，阀门生锈，铁水氧化等问题，且热风炉的效果在连续开炉5 h以上才明显，随之而来的是耐火砖的浸蚀问题，为保持炉衬的厚度必须水冷炉壁。由于复杂多了，危险也随之增多了。即使不用热风炉选择好的焦炭，控制好风量风压，也能得到足够高温的铁水，所以我不赞成热风炉。