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    冲天炉底焦操作的一些技巧

    摘要:本文根据工作经验介绍了冲天炉底焦的一些操作技巧。

      冲天炉内的焦炭分为炉缸内的焦炭、底焦、层焦三部分。正常熔化期间,炉缸内的焦炭不燃烧,层焦由于缺氧和未达到燃烧温度也无法燃烧。炉内燃烧的焦炭只有底焦,底焦燃烧是金属炉料熔化、铁液过热最根本的热能来源,底焦的燃烧状态直接决定冲天炉的熔化率、铁液温度等。底焦操作属于冲天炉操作的关键技术,只要正确调控底焦高度,炉况一般不会出现大问题。本文结合工作经验,围绕底焦调控的操作技巧介绍了冲天炉的有关操作问题,希望能起到抛砖引玉作用。

    1.底焦操作的理论基础

      冲天炉网格图(如下图)反映了风量、铁焦比、铁液温度、熔化率四者之间的复杂关系,冲天炉网格图是指导底焦操作的理论基础。通过网格图可以看出,在铁焦比一定的条件下,增大风量可以提高冲天炉的熔化率;在风量一定的条件下,增大焦耗则冲天炉的熔化率下降、铁液温度提高。如果用最简明的语言表述网格图所反映的冲天炉熔化规律,可以说铁液温度是底焦高度的标尺,而熔化率不仅是风量的标尺,而且与底焦高度有关。

      除了铁焦比、风量影响底焦高度外,炉衬侵蚀引起的炉膛扩大也直接影响底焦高度。仅仅稳定铁焦比、稳定风量并不能达到稳定底焦高度的目的,稳定底焦高度还需要考虑炉衬侵蚀因素。由于底焦高度不仅与铁焦比、风量有关,而且与炉衬侵蚀有关,同时由于底焦高度无法直接观测,因此底焦高度属于冲天炉操作中最难控制的作业参数。

      底焦高度即炉内燃烧着的焦炭的高度,也就是第一排风口中线与底焦顶面之间的铅垂高度。冲天炉的底焦高度无法直接观测,只能通过熔化率、铁液温度、炉渣温度进行综合分析判断。在风量一定的情况下,如果铁液温度偏低、炉渣粘度增大,同时冲天炉的熔化率有所增加,则说明底焦高度偏低,需要及时增焦提高底焦高度;如果铁液温度偏高、同时冲天炉的熔化率有所降低,则说明底焦高度偏高、需要及时增风或者减焦适当降低底焦高度。 

    冲天炉的网格图 

      由于炉渣熔点大大高于铁液熔点,炉渣温度明显影响炉渣粘度,因此炉渣粘度更灵敏地反映了底焦高度的变化。如果熔剂加入量未变、风量未变,而炉渣粘度明显增高,则说明底焦高度已经降低,需要及时增加层焦、补充底焦;如果熔剂加入量未变、风量未变,而炉渣粘度明显降低,则说明底焦高度已经增高,需要及时减少层焦、调低底焦高度。总之,炉渣粘度的微小变化,灵敏地指示了底焦高度的变化,细心观测炉渣粘度可以判断底焦高度。

    2.底焦高度调控的风焦配合技巧

      风量增减、铁焦比增减是控制冲天炉底焦高度的两种基本手段。稳定底焦高度必须首先稳定铁焦比、保证铁焦平衡,同时需要稳定保持冲天炉的鼓风量、保证风焦平衡。铁焦失衡会引起底焦高度的变化,风焦失衡会引起底焦高度的迅速变化。

    底焦高度可以通过风量调控,如果底焦偏高,增加风量可以使底焦高度迅速降低;如果底焦偏低,减少风量可以使底焦逐步提高。通过风量增减可以迅速改变底焦高度,收到立竿见影的效果。由于炉料从加料口到达熔化区一般需要30~50min时间,因此通过铁焦比调控底焦高度需要一定时间。

      如果冲天炉的风量合适,层焦量过大引起了底焦高度增加,应该首先适当减少层焦用量,同时临时适当增大风量,控制底焦高度继续增高,增风期间冲天炉的熔化率会有所增加。增风 30~50min后、当减少层焦的炉料到达熔化区时,必须及时减少风量、恢复冲天炉的原来风量。

      如果风量合适,层焦量过小引起了底焦高度降低,应该立即减风增焦,通过减风防止底焦高度的进一步降低,减风增焦后 30~50min、当增加了层焦的炉料到达熔化区时,及时增加风量、恢复冲天炉的原来风量。

      如果层焦量合适,风量偏小引起底焦高度增加,应该立即增加风量;如果风量偏大引起底焦高度下降,应该立即减风、防止底焦高度的进一步降低,同时立即补加一批接力焦,加接力焦后 30~50min、当接力焦到达熔化区时,及时增大冲天炉的风量。

    3.冲天炉增风的操作规则

      增加风量可以迅速提高冲天炉的熔化率,在实践中我们经常发现,增风往往导致炉况紊乱甚至冲天炉事故。笔者在长期实践中摸索出了增风提高冲天炉化率的操作规则:增风前30~50min左右,预先增加炉料中的层焦量,当增加了层焦量的炉料到达底焦顶面时,再增加风量、提高冲天炉的熔化率。此操作方法的理论依据为:增风必定增加焦炭消耗、增加底焦高度。增风前先增焦,可以避免增风引起的底焦高度下降,稳定和提高底焦高度。

      目前一些铸造厂在急需大量铁液时,忽视了先增焦、后增风的操作规则,增风操作手法粗糙。增加层焦后未等到增加的焦炭到达熔化区便开始增风,甚至在不增加层焦的情况便任意增风,导致冲天炉底焦高度、铁液温度大幅度降低,甚至冲天炉故障。如果违背冲天炉增风的操作规则仓促增风,出故障后恢复炉况到正常状态一般需要很长时间,期间不仅未提高铁液产量,而且减少了冲天炉的铁液产量。

    4.风焦递增作业法

      风焦递增作业法即层焦与风量逐步增加的作业方法,该作业法适合于普通冲天炉使用。普通冲天炉存在炉膛侵蚀、炉膛逐步扩大,需要逐步增加风量,以保证一定的鼓风强度、铁液温度;同时炉膛扩大直接导致底焦高度下降,因此普通冲天炉需要根据炉膛侵蚀逐步增加风量、需要使用接力焦。冲天炉增风与加接力焦均容易引起底焦高度的波动,导致炉况紊乱。改用风焦递增作业法可以最大限度减少底焦波动,稳定冲天炉的炉况。该作业法的具体作法为:在层铁量不变的情况下,根据炉膛侵蚀速度,每批炉料中的焦炭均稍微多于上一批,层焦量一直按一定数值逐步增加;同时逐步增加风量。如果普通冲天炉按风焦递增作业法操作,可以基本取消接力焦,最大限度稳定底焦高度。

      普通冲天炉采用风焦递增作业法,需要根据炉衬侵蚀规律、经过一段时间的逐步摸索。目前一些铸造厂习惯于用接力焦调整底焦高度,一些铸造厂甚至规定每10批炉料加1次接力焦。接力焦不仅会引起底焦高度的较大波动,而且容易引起燃料浪费。应该逐步认识到:接力焦属于补偿炉衬侵蚀、提高冲天炉底焦高度的一种不得已手段,应该尽量减少接力焦的使用。水冷长炉龄冲天炉不存在炉膛侵蚀扩大问题,一般不应该使用接力焦。但目前一些水冷炉沿用普通炉的操作习惯,仍然大量使用接力焦。如果某冲天炉确实需要每10批炉料加1次接力焦,则说明该冲天炉的层焦量偏少,应该将接力焦量分摊入层焦、增大层焦量,取消接力焦。

    5.计划停风的底焦操作技巧

      目前一些冲天炉计划停风前,不考虑停风期间的底焦损耗问题,未采取相应的底焦高度调控措施直接停风,冲天炉恢复送风后很长一段时内,不仅熔化率低、而且铁液温度低,严重地影响了正常生产。

      为了使冲天炉恢复送风后迅速恢复正常状态,必须根据停风时间的长短,停风前在炉内额外加入一定量的焦炭,以补偿停风期间底焦高度的损耗,保证停风期间底焦高度不降低。具体作法为:计划停风前跟随炉料预先在炉内额外添加一定量焦炭并继续送风熔化30~40min,当额外添加的焦炭达底焦顶面时停风。如果实际停风时间超过了预计时间,应该在预计停风时间到达时首先恢复送风,然后在底焦顶面再次添加适量焦炭、再停风。

      按照上述停风技巧操作,不仅可以时刻保证冲天炉的底焦高度,时刻保持良好炉况,而且可以大幅度延长停风时间。有关铸造厂应该逐步改革目前冲天炉停风的粗糙操作手法,推行新的停风操作方法,提高冲天炉操作的技术水平。

    6.有关底焦传统操作规程的两项改革

      目前几乎所有的冲天炉操作规程均规定:测定底焦高度后,首先在底焦顶面加2~3批层料量的石灰石,然后按配料单逐层加料至料面与加料口平齐,闷炉30~40min后开风熔化。上述传统作业规则有两项需要改革,其一为在底焦顶面添加熔剂(石灰石),其二为装满料后闷炉30~40min。

      传统工艺规则之所以规定在底焦顶面加石灰石,其目的在于用碱性熔剂中和底焦中的酸性灰分、促使底焦表面的炉渣层脱离焦炭表面,增加底焦与空气的接触几率、改善底焦的燃烧条件,迅速提高炉温。但是由于冲天炉熔化初期,焦炭、炉渣、铁液、炉膛各处的温度均不高,同时由于炉渣的熔点一般高于铁液的熔点,如果加入石灰石促使底焦中的炉渣向下流动,炉渣很容易凝结在炉缸中,阻塞铁液的下行通道,造成铁液灌入风口的事故;如果炉渣凝结在过桥中,很可能造成过桥阻塞事故。

      目前北方的一些铸造厂已经取消了底焦顶面的熔剂(石灰石),不仅不在底焦顶面加熔剂,而且在首先的两批炉料中也不加熔剂,大幅度推迟了炉渣下行的时间,可以确保熔化初期炉渣不在炉缸、过桥中凝结,可以有效防止铁液灌风口、炉渣阻塞过桥的事故。

      冲天炉装满炉料后开风熔化前,打开风口窥视盖,使炉料预热的过程称为闷炉。传统操作工艺认为闷炉可以使金属炉料充分预热,提高头茬铁液的温度。目前大量的熔化实践证明,是否闷炉、闷炉时间的长短与头茬铁液的温度并不存在必然关系。因此虽然绝大多数操作规程仍要求闷炉,但许多冲天炉实际已经取消了闷炉,加满炉料后直接送风熔化,提高了铸造厂的劳动生产率。

      两物体间热交换的基本规律为:两者的温差越大,热交换的动力越大、交换的热量越大。闷炉阶段焦炭处于低温燃烧状态,所产生炉气的温度不高,炉气与金属炉料之间的对流换热动力不大,并不利于金属炉料从炉气中获得热量。同时,由于金属炉料属于热的优良导体,认为闷炉延长了炉料预热的时间、有利于提高炉料心部温度的观点也缺乏科学依据。总而言之,认为闷炉有利于炉料预热、提高头茬铁液温度的观点不符合热工学的基本原理。闷炉目前已经不属于冲天炉熔化操作的必要程序,铸造厂应该根据各自的炉料现状、操作习惯及时修正有关操作规程。

    7.雨雪天的底焦控制

      目前所有的配料设备均不具备根据水分含量调整层焦量的功能,雨雪天焦炭水分增加,往往导致层焦不足、底焦高度下降、很容易导致熔化故障。因此必须特别注意雨雪天、潮湿季节的冲天炉底焦控制问题。

      实验表明,焦炭浸透水表面风干后质量增加15~20%,最大可增加25%。冲天炉所使用的焦炭必须预先进行水分测试,根据水分含量及时调整称量设备的层焦定值。为了控制好雨雪天、潮湿季节的底焦高度,必须坚强雨雪天的焦炭水分测试,根据焦炭水分及时调整层焦定值。当雨雪天炉温持续走低时,应该首先想到焦炭水分问题,提高层焦定值、尽快恢复底焦高度。

    目前一些铸造厂露天存放焦炭,焦炭水分含量波动很大,雨雪天、潮湿季节很容易使冲天炉层焦不足、底焦高度不足,频繁引起冲天炉故障,应该引起高度注意并应逐步改进。

      本文以底焦调控为核心说明了风焦配合、先焦后风等冲天炉操作技巧。虽然底焦操作属于冲天炉最关键的操作技术,但要掌控好冲天炉、成为冲天炉操作的行家里手,还需要注意其它方面的操作问题。作者根据多年工作经验归纳了冲天炉操作的一些要点、编写为以下歌诀,供从事冲天炉操作的同仁们参考:

    理顺思路把好关,开好炉子也简单:

    仪表风机加料机,维修完好心方安。

    精选炉料除泥砂, 堆放焦炭忌露天。

    炉料必须破断小,杜绝棚料需事先。

    风口过桥精心修,烘干烘透防麻烦。

    全部炉料需过秤,称量设备常校验。

    料面稳定风自稳,克服吊料坏习惯。

    手脚麻利多思考,勤看四口[1]有主见。

    熔速[2]不足增风量,温度[3]偏低快增炭。

    熔速温度风和焦,相互依存互牵连。

    风足焦满炉况顺,底焦高度最关键。

    缺焦少风炉温低,炉渣粘度首先变。

    增风操作戒急躁,增焦之后掐时间。

    熔化中间遇停风,预补底焦显手段。

    打炉需要早准备,抢焦同时保安全。

    虚心好学多看书,成为把式并不难。

    [1]四口:指可以观察判断炉内状态的风口、加料口、出铁口、出渣口等。

    [2]熔速:指熔化速度即熔化率。

    [3]温度:指炉渣温度与铁液温度,尤其需要注意炉渣的温度与粘度。

     


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