PDF《6 t/h 高温热风水冷冲天炉的结构和应用》

收稿日期 :2002211201;

修订日期 :2003

203227 作者简介 :张明(19582 ) ,陕西华县人 ,讲师.

研究方向 :现代冲天炉 的试验研究和设计施工.

6 t/h 高温热风水冷冲天炉的结构和应用 张明1 ,王忠双2 ,颜景权2 ,殷黎丽3 (1. 威海科兴铸造机械有限公司 , 山东 威海 264205,2. 抚顺高周波铸造有限公司 , 辽宁抚顺 113126,3. 包头职业 技术学院 , 内蒙古自治区 包头 014030) 摘要 :介绍自行研制的高温热风水冷长炉龄冲天炉的结构参数和应用情况.该炉熔化率 6t/h, 采用炉顶热风换热装置回收炉 气余热 ,热风温度达 385~430 ℃,铁液温度稳定在

1500 ~1550 ℃,铁液成分稳定、 金属元素烧损有所降低 ,铁焦比 7.8, 每日

24 小时连续熔化炉龄可达

15 日. 关键词 :水冷长炉龄冲天炉 ;

高温热风冲天炉 ;

熔化率 中图分类号 :TG232.1 文献标识码 :A 文章编号 :100028365 (2003)

0520398203 Structures&

A pplicationonthe

6 t/hHot - blastWater - coolingCu pola ZHANGMin g1 ,WANGZhon g2shuang2 ,YANJin g2quan2 ,YINLi 2li3 (1.WeihaiKexin gFoundr yMachiner yCo.,Ltd,Weihai264205,China;

2.FusunGaozhouboCastin gCo.,Ltd,Fusun113126,China;

3.BaotouVocationalTechnicalColle ge,Baotou014030,China ) Abstract: Meetingwiththeneedofincreasin gmoldin glineinmoderncastin ginChina,weex ploitedahotblastand water-cooledlon gevitycu pola.Thestructure parameteranda pplicationcircumstanceofcu polawereintroduced. Themeltin grateofthecu polais6tons perhour.Thedeviceofhot-blast-exchan gerontheto pofthecu polahas beenusedtoreclaimthewasteheatinthestack gas.Theran geofthehot-blasttem peratureis385 ~430 ℃ .The temperatureofironli quidcanbestabilizedat1500 ~1550 ℃ .Thecom positionoftheironli quidisstableandthe incineratedmetalelementhasbeendecreased.Theratioofirontocokeis7.8.Thecu pola'

slon gevitycanlast15da ys intheconditionof24-hours-continious-meltin g perda y. Keywords: Water-coolin gcu polawithlon gservice period;

Hot-blastCu polawithhi ghtem perature;

Smeltin grate 目前中国水冷冲天炉大部分使用铸造结构的单腔 风口 ,寿命低、 安全性差 ;

国内设计制造的水冷长炉龄 冲天炉一般局限于冷风冲天炉 ,缺乏回收炉气余热的 高温热风换热装置.本文介绍某铸造有限公司的 6t/h 高温热风水冷长炉龄冲天炉.

1 冲天炉主要结构 该冲天炉由喷淋除尘器、 一级热风换热器、 二级热 风换热器、 加料口段、 预热段、 水冷熔化段、 炉底炉腿和 虹吸式连续出铁出渣槽等几部分组成 ,见图 1, 其主要 部分介绍如下. 1.1 喷淋除尘器 高温热风冲天炉一般需采用炉气冷却器 + 旋风除 尘器 + 布袋除尘器的炉气处理流程 ,该流程组成的除 尘体系技术成熟、 工作可靠 ,但结构庞大、 占地面积大、 投资额度大、 设备运转费用高.该冲天炉属于在现有 车间进行的改造项目 ,由于投资和场地的限制 ,采用了 图16t/h 高温热风水冷冲天炉 Fig.1 6t/hhot-blastwater-coolin gcu pola 1- 喷淋除尘器 2- 一级换热器 3- 热风管道 4- 二级换热器 5- 冷却风机 6- 加料口段 7- 预热段 8- 水冷熔化段 9- 连续出铁槽 10- 炉底炉腿 ・

893 ・ 铸造技术 FOUNDRYTECHNOLOGY Vol.24 No.5 Sep.2003 经济廉价的喷淋除尘器作为炉气处理设备. 喷淋除尘器(塔) 一般用于高炉炉气除尘 ,利用水雾 洗涤炉气中的灰份和有害气体.高炉喷淋除尘器的高径 比一般为 4~5, 喷雾压力一般为 0.1~0.2MPa, 雾滴直径 一般为 500~1000 μ m,除尘效率可达 80%~90%[1] . 该冲天炉使用的喷淋除尘器结构 ,其内部设置着上、 中、 下3层共

18 只喷嘴.炉气进入除尘器后 ,粗大颗粒由 于流速降低沉降于除尘器底部 ,随炉气上升的细小尘粒 在水雾的裹挟下随水流入设置在地面的沉降池.该除尘 器参考了高炉喷淋除尘塔的设计 ,但由于冲天炉安装高 度的限制 ,高径比较小 ,其主要参数如表 1.该除尘器出 口的炉气呈白色 ,烟气林格曼黑度小于一级. 表1喷淋除尘器设计参数 Tab.1 Design parameterofs prayscrubber 项目 数值 炉气处理量 (m3 /h )

3000 直径 (mm)

2700 高径比 1.5 炉气空塔流速 (m/s ) 1.5 水气比 (水/ 气) 1.67 三层喷嘴流量分配 (上/ 中/ 下) 50/25/25 喷嘴数量 * 直径 (个*mm)

18 *

10 循环水量 (m3 /h )

30 1.2 热风换热器 冲天炉炉气中的一氧化碳含有大量的化学热 ,用 热风换热器回收炉气中的化学热可以将冲天炉鼓风加 热到很高程度[2][3] .该冲天炉的热风换热器由一级 换热器、 二级换热器和换热器冷却风机

3 部分组成 ,可 以认为这种换热器与

1957 年法国工程师乌尔曼 (Ulman) 发明的环缝式炉顶热风辐射换热器有一定渊 源.与乌尔曼换热器相比 ,该换热器以对流为主要换 热方式 ,换热面积更大 ,省略了炉气点火装置 ,增加了 控制换热器内部温度的冷却风机. 一级热风换热器为类似于热风炉胆的环缝换热 器.鼓风气流沿环缝自上而下 ,与高温炉气逆向换热 , 一般可将鼓风预热到

180 ℃ 左右.二级热风换热器为 蛇形换热器 ,通过二级换热器后的热风一般可达到 400~580 ℃.由于投资的限制 ,该冲天炉的热风换热 器采用普通材料 ,为了延长其使用寿命 ,热风温度限制 在385~430 ℃. 设置在二级换热器和加料口之间的冷却风机 ,通 过鼓吹冷空气的方法降低换热器内部的温度 ,起保护 换热器器壁材料的作用. 1.3 贯流式水冷风口 水冷风口是水冷长炉龄冲天炉的最关键部件.目 前我国水冷冲天炉大部分使用铸造结构的单腔风口 , 这种风口具有价格低廉的优越性 ,但由于冷却流道结 构造成的冷却水流径 短路 、 材料内部存在的铸造缺 陷等原因 ,寿命较短 ,同时这种风口的安全性较差[4] , 山东省仅

2000 年内就发生

3 起铸造式单腔风口突然 透水引发冲天炉爆炸的严重事故.贯流式水冷风口一 般采用焊接工艺制造 ,使用寿命长、 安全性高.目前国 内设 计制造的贯流式水冷风口,使用寿命可达8000h, 超过从日本进口的同类风口(~2500h ) . 该冲天炉使用的贯流式水冷风口 ,见图 2, 冷却水 切向进入风口外腔流向风口前端 ,再通过内腔到达回 水口.外腔前端部设置的螺旋流道将外腔划分为过流 面积很小的流道 ,提高冷却水的流速 ,强化了冷却水与 插入炉内的风口帽之间的热交换. 图2水冷风口 Fig.2 Water-coolin gtu yere 水冷风口在炉内的插入深度对冲天炉的燃烧和熔 化有一定影响.中央送风冲天炉的熔化带上挠 ,侧送 风冲天炉的熔化带下陷.风口在炉内插入深度合适 时 ,可以得到平坦的熔化带.该冲天炉的风口在炉内 的插入深度为 210mm, 插入深度取值较大.较大的 插入深度 ,有利于克服侧送风冲天炉的 附壁效应 ,保 证平坦的熔化带.风口在炉内插入深度越大 ,需要风 口的可靠性越高.

2 主要设计参数 该冲 天炉按照熔化率6t/h 和铁液不低于1500 ℃ 的要求 ,参照日本冲天炉的有关数据确定炉 膛直径、 有效高度、 鼓风强度、 熔化强度等主要参数 ,其 余参数按经验数据取值 ,见表 2. 表2设计参数表 Tab.2 Design parameter 项目 设计参数 熔化率 (t/h )

6 炉膛名义直径 (mm)

1 000 有效高度 (mm)

4 500 鼓风强度 (m3 /m

2 * min)

140 鼓风量 (m3 /min )

110 风机风压 (mmH2O) ~3

500 熔化强度 (t/m

2 * h) 7.64 铁液温度 ( ℃ ) ≥

1 500 铁焦比 (铁/ 焦) 7.5 热风温度 ( ℃ ) 380~420 风口冷却水量 (m3 /h )

6 *

15 炉壁冷却水量 (m3 /h )

45 炉衬寿命 (h) ≥

15 *

24 ・

993 ・ 《铸造技术》 5/2003 张 明等 :6t/h 高温热风水冷冲天炉的结构和应用 冲天炉鼓风机的性能直接影响冲天炉的熔化性 能 ,该 冲天炉配置的鼓风机为罗茨风机,风量为120m

3 /min, 风压为 4000mmH 2O, 实际运行风机出 口的风压一般为

3300 ~3500mmH 2O.

3 其它问题 3.1 炉缸水浴冷却 炉缸是决定炉龄的主要因素 ,该冲天炉通过水浴 法对炉缸进行冷却 ,调节两只阀门的开度可以控制水 冷炉壁和炉缸周围设置的集水槽中冷却水的液面高 度.水槽中的冷却水来自炉壁雨淋冷却水 ,阀门开度 较小时液面处于高水平 ,不仅可以对炉缸进行水浴冷 却 ,而且可以对熔化段炉壁进行水浴冷却.这种冷却 结构不仅充分利用了冷却水资源 ,而且有利于按冲天 炉操作的不同阶段对冲天炉采取不同的冷却措施 ,例 如刚开炉时 ,阀门全开只利用雨淋冷却对熔化段炉壁 进行冷却 ;

炉温上升后适当减小阀门开度 ,对炉缸或者 炉缸和炉壁进行水浴冷却. 3.2 虹吸式连续出铁槽 许多书籍和资料均介绍和描述过虹吸式连续出铁 槽 ,一般依照帕斯卡定律给出了连续出铁槽主要结构 参数的计算式.在不能取得炉缸压力 (更准确地说是 炉缸内出铁口附近的压力) 的情况下 ,有关算式只具备 原理阐述意义、 没有工程实用价值. 炉膛直径、 有效高度、 冲天炉炉料块度、 炉料料面 高度、 鼓风强度等多种因素的综合作用决定了炉缸压 力 ,虽然可能用压力仪表对炉缸内部压力进行测量 ,但 往往很难测量 ,炉缸内的高温使压力探头不能较长时 间停留 ,同时需要充分考虑炉缸内复杂的流场结构对 压力测量的不利影响. 在初步设计阶段应该首先依据炉缸压力的诸多决 定因素 ,用类比法大致确定出连续出铁槽的结构尺寸 范围 ;

在冲天炉调试阶段 ,通过试验确定最终的结构参 数值.经试验确定该冲天炉连续出铁槽的铁液压头为 150mm .所谓铁液压头是指冲天炉出铁口上缘和出 铁槽槽底的水平高度差 ,见图 3.铁液压头是连续出 铁槽的最重要参数 ,铁液压头不足 ,出铁口容易喷铁喷 渣 ;

铁液压头过大 ,炉渣无法由出铁口排出炉外. 图3铁液压头 Fig.3 Pressureheadofironli quid 3.3 高级炉衬材料及其费用 水冷长炉龄冲天炉的炉衬材料及其费用问题是一 个大家普遍关心的问题.高温热风水冷冲天炉水冷熔 化段、 炉缸和出铁槽用高级耐火砖 (ASC 砖) 修砌 ,出 铁口一般使用成型 ASC 砖 ,其余部分使用高铝砖和粘 土砖修砌. 出铁槽表面、 炉缸表面、 炉底表面使用潮打料(某公 司提供的 907A) 修砌 ,修砌厚度~80mm, 一般可以 24h 连续熔化

15 日以上.如果需要连续熔化的时间较短 , 潮打料的厚度可以薄些 ,否则厚些.该冲天炉每次修炉 所用的高级炉衬的用量、 单价和采购费用见表 3. 表3高级炉衬材料及其费用 Tab.3 Noblerefractor ymaterialsandtheir price 高级炉衬材料 用量/t 单价/ 万元/t 价格/ 万元 ASC 砖1.8 ~1.8 3.24 潮打料(907A) 0.6 ~0.85 0.51 合计 1.4 3.75 3.4 水泵的充水和补水 主泵损坏后 ,电气控制系统可以自动启动备用泵 , 但备用泵存在的渗漏 ,往往使备用泵泵腔缺水 ,必须经 人工充水后才能向系统供水 ,因此主泵损害往往酿成 烧损水冷风口的大祸. 该冲天炉的冷却水池采用半地下结构 ,水池液面 始终高于水泵 ,在液位差的作用下 ,备用泵腔一直充满 水 ,给电后可以立即向系统供水.新建项目或者较宽 敞的地方 ,可以采用此法给水泵自动补水 ,也可利用补 水罐给备用泵充水.补水罐串接在水泵吸水管道上 , 上面设置有补水阀和放气阀 ,只要保证补水罐中的液 面高度高于水泵腔 ,备用泵泵腔一直充满水.补水罐 的容积往往有限 ,需要及时检查和补充其中的水量.

4 使用效果 该炉热风温度通过冷却风机控制在

400 ℃,铁液温 度除了开炉初期低于

1500 ℃ 外 ,其余时间稳定在

1500 ~1550 ℃ 之间 ,铁焦比达到 7.8, 每天 24h 连续熔化炉 龄达到

15 天以上.该炉熔化率稳定 ,铁液成分稳定 ,在 相同炉料配比的情况下 ,铁液中 C、 Si和Mn 元素的含量 均较另外一台冷风冲天炉有所提高 ,粒化后的炉渣呈白 色,FeO 含量低于 1.5% .使用实践说明 ,该炉的有关性 能不仅达到了进口炉外热风水冷冲天炉 ,而且焦耗低于 进口冲天炉 ,同时该炉具有投资低廉的优越性. 参考文献 [1] 万国清. 炼铁设备及车间设计[M]. 北京 :冶金工业出版 社,1994. [2] 张明,等. 直燃热风冲天炉的研制及其应用[J]. 铸造技 术,2000 (1) :18221. ・

004 ・ FOUNDRYTECHNOLOGY Vol.24 No.5 Sep.2003 ................