第七章鑄鐵的熔煉

第七章鑄鐵熔煉

概述沖天爐熔煉的基本原理沖天爐內(nèi)爐氣與溫度分布提高沖天爐鐵水溫度的措施沖天爐的冶金反應(yīng)沖天爐熔煉的控制沖天爐鐵水的爐外脫硫感應(yīng)電爐熔煉§7-1概述

鑄鐵熔煉的目的獲得優(yōu)質(zhì)鐵水優(yōu)質(zhì)鐵水：合適的溫度準(zhǔn)確的成分少的含氣量低雜質(zhì)含量沖天爐熔煉法優(yōu)點(diǎn)經(jīng)濟(jì)簡便、生產(chǎn)率高、成本低；連續(xù)生產(chǎn)。缺點(diǎn)成分不易控制；熱量未充分利用；操作要有更高要求。鑄鐵熔煉的方法、特點(diǎn)及選擇優(yōu)點(diǎn)可準(zhǔn)確控制鐵水成分；獲得高溫鐵水；金屬燒損較少，鐵水質(zhì)量較高；環(huán)境較好，勞動強(qiáng)度低。缺點(diǎn)耗電量大。電爐（電弧爐、感應(yīng)爐）熔煉（1）雙聯(lián)熔煉把熔化爐與保溫（精煉）爐組合成一套熔煉設(shè)備裝置。（2）三聯(lián)熔煉把熔化爐、保溫爐與精煉爐組合成一套熔煉裝置。沖天爐—感應(yīng)爐—電弧爐。適合于大批量、機(jī)械化生產(chǎn)。其它熔煉方法§7-2沖天爐熔煉的基本原理鑄鐵熔煉的基本要求

對鑄鐵熔煉的基本要求可概括為優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、長壽與簡便等五個(gè)方面，具體要求如下：鐵水質(zhì)量高熔化速度快熔煉耗費(fèi)少爐襯壽命長操作條件好沖天爐的基本結(jié)構(gòu)爐底與爐基爐體與前爐煙囪與除塵裝置送風(fēng)系統(tǒng)熱風(fēng)裝置層焦金屬料底焦支架爐殼鐵水加料口風(fēng)口風(fēng)箱熱風(fēng)爐膽除塵裝置煙窗風(fēng)管前爐沖天爐熔煉原理與特點(diǎn)原理

焦炭燃燒產(chǎn)生的熱量將金屬料熔化；金屬液滴被炙熱的焦炭過熱。熱量的傳遞

上升的爐氣將熱量傳給金屬爐料。特點(diǎn)

效率高，成本低，鐵水質(zhì)量差。§7-3沖天爐內(nèi)爐氣與溫度分布熱量的產(chǎn)生焦炭中的碳與風(fēng)中的氧發(fā)生下列反應(yīng)：C+O2=CO2Q=34070kJ/kg(C)2C+O=2COQ=10270kJ/kg(C)2CO+O=2CO2Q=23800kJ/kg(C)CO2+C=2COQ=-12628kJ/kg(C)

表征焦炭層燃燒完全程度的指標(biāo)稱為爐氣燃燒比，用ηv表示：

ηv=CO2/(CO2+CO)×100%

ηv越大，表明焦炭燃燒越完全。ηv越小，燃料利用率越低，從充分利用能源的角度出發(fā)，燃燒比越高越好。爐氣中CO與CO2的比越低，爐子對金屬元素氧化越強(qiáng)，如ηv太高，則對金屬的氧化性太強(qiáng)。因而沖天爐操作時(shí)，應(yīng)有個(gè)合適的ηv值，不應(yīng)追求太高的ηv。爐氣燃燒比

焦炭是煙煤經(jīng)粉碎、干餾后所得的殘余物。組成

固定碳＞80%以上；灰分：8-16%；其他成分——揮發(fā)物<1.5%；S<1.2%；水分<7%。分類

鑄造用焦、冶金焦、地方土焦。要求

除了對固定碳、灰分及其他成分要求以外，還要求塊度大小合適，力求均勻；氣孔率要小；反應(yīng)性要低。焦炭的組成種類爐壁效應(yīng)沖天爐內(nèi)的爐氣有自動趨于沿爐壁流動的傾向。產(chǎn)生原因主要是由于爐內(nèi)阻力分布不均勻造成的，其產(chǎn)生的結(jié)果是：爐壁附近的爐氣流量大，流速高，而爐子中心則流量小，流速低。沖天爐內(nèi)爐氣的分布圖7-2爐氣與溫度的分布層焦金屬料底焦加料口風(fēng)口底焦高度爐缸O2COOC2氧化帶還原帶爐氣成分溫度爐氣金屬預(yù)熱區(qū)熔化區(qū)過熱區(qū)爐缸區(qū)爐內(nèi)溫度沿爐子高度的分布是不均勻的。爐氣溫度的變化與爐氣中二氧化碳含量變化基本有一致的趨向。沖天爐內(nèi)溫度的分布（續(xù)）

沖天爐內(nèi)靠近爐壁附近溫度高，等溫曲線呈下凹分布，即分布不均勻特點(diǎn)。（沿爐膛截面）圖7-4§7-4提高沖天爐鐵水溫度的措施焦炭的質(zhì)量固定碳的含量

固定碳量越高放熱量越大，高質(zhì)量的焦炭中固定碳應(yīng)大于90％?；曳趾炕曳趾吭缴佼a(chǎn)生的渣量越少。硫含量

鐵水中硫主要來源于焦炭，故焦炭中硫含量越低越好。反應(yīng)能力

C還原CO2的能力，反應(yīng)能力越大，吸收的熱量越多，爐溫越低。焦炭塊度塊度越小，爐氣越容易沿爐壁向上流動(爐壁效應(yīng))，使熔化區(qū)呈凸形，熔化區(qū)的平均高度下降，爐溫降低。一般是塊度越大越好。焦炭強(qiáng)度強(qiáng)度低，焦炭容易被破碎，無法抵抗料柱的壓力。焦炭的質(zhì)量（續(xù)）焦鐵比層焦比

層焦量與層鐵量的比值總焦鐵比總焦量與總鐵量的比值

焦鐵比越高，爐溫越高，生產(chǎn)率越低。層焦量少時(shí)，無法補(bǔ)充底焦燃燒的損失，使底焦高度下降，鐵水過熱時(shí)間短，鐵水溫度下降。層焦量大時(shí)，使底焦過高，多余的焦炭被燒掉后金屬料才開始熔化，爐料預(yù)熱充分，鐵水溫度高。風(fēng)的影響—送風(fēng)量

風(fēng)量小，焦炭燃燒不充分；風(fēng)量大，底焦燃燒過快，底焦高度下降，風(fēng)帶走的物理熱增多；結(jié)果是鐵水溫度下降。一般用送風(fēng)強(qiáng)度(單位爐膛截面、單位時(shí)間的送風(fēng)量)表示送風(fēng)量，合適的風(fēng)量為：100～140m3/(m2.min)風(fēng)的影響—風(fēng)速

風(fēng)吹向熾熱焦炭所起的作用：加速氧向焦炭表面的擴(kuò)散；吹掉焦炭表面上的附著物；吹掉表面上的CO，使CO繼續(xù)在氣相中燃燒；氣體帶走熱量，使焦炭表面溫度下降；合適的風(fēng)速：30～80m/s沖天爐的風(fēng)口(1)風(fēng)口比

風(fēng)口的總截面積/主風(fēng)口處爐膛的截面積。優(yōu)質(zhì)焦炭取較大值，否則取較小值爐堂內(nèi)徑/mm50060070080090010011001120風(fēng)口比5～85～86～96～97～108～119～1212～15基本概念：爐氣燃燒比、爐壁效應(yīng)鑄鐵熔煉的方法主要有哪些？提高沖天爐鐵水溫度的措施有哪些？沖天爐熔煉的加熱原理是什么？沖天爐內(nèi)溫度變化和二氧化碳變化有什么關(guān)系？可鍛鑄鐵的生產(chǎn)主要包括那兩個(gè)步驟？蠕墨鑄鐵生產(chǎn)包括哪兩個(gè)關(guān)鍵工藝？如果生產(chǎn)薄壁鑄鐵件,并要求較高的塑性和韌性,你認(rèn)為采用哪一種鑄鐵比較合適，為什么?課前思考題氣流流線H1H0理想的形狀實(shí)際形狀爐氣分布與熔化區(qū)的形狀沖天爐的風(fēng)口—風(fēng)口的位置風(fēng)口位置與爐氣分布狀態(tài)爐氣流單排風(fēng)口多排風(fēng)口插入式風(fēng)口中央送風(fēng)改進(jìn)爐膛形狀直筒形曲線形熔化區(qū)風(fēng)溫的影響(1)風(fēng)溫與鐵水溫度的關(guān)系

風(fēng)溫越高焦炭的燃燒溫度越高燃燒室換熱室煙窗熱風(fēng)熱風(fēng)爐簡況層焦金屬料底焦支架爐殼鐵水加料口風(fēng)口風(fēng)箱除塵裝置煙窗前爐CO鼓風(fēng)機(jī)富氧送風(fēng)富氧送風(fēng)：增加風(fēng)中氧的濃度，強(qiáng)化焦炭的燃燒；

風(fēng)中氧的濃度增加4％，相當(dāng)于400℃風(fēng)溫的作用。特點(diǎn)：控制方便、應(yīng)用靈活、效果明顯?！?-5沖天爐內(nèi)的冶金反應(yīng)1、組成

O2、CO2、CO、N2、H2O、SO22、性質(zhì)

對Fe來講，都是氧化性的（主要是O2、CO2）。3、作用

爐氣不僅是熱交換中的傳熱介質(zhì)，而且還是冶金反應(yīng)中的氧化介質(zhì)。沖天爐內(nèi)的氣相（爐氣）爐渣的成分

分解而得到的石灰

(CaO)其它夾雜物反應(yīng)而形成低熔點(diǎn)的復(fù)雜化合物，即爐渣。主要成分是SiO2、CaO、Al2O3，占80-90%。

性質(zhì)

分為酸性、中性和堿性爐渣。作用

去雜質(zhì)，不僅能清除焦炭表面的灰渣，有利于爐內(nèi)的燃燒反應(yīng)，并使焦炭在爐內(nèi)冶金反應(yīng)中起更大的作用。直接參與冶金反應(yīng)，影響鐵水成分的變化。沖天爐內(nèi)的渣相爐料中元素的變化規(guī)律碳、硫增加

溫度越高越嚴(yán)重。硅、錳燒損

酸性爐襯時(shí)錳為15～25％，硅的燒損為10～20％，溫度越高燒損越少。磷基本不變含碳量的變化滲碳滲碳過程主要是焦炭中的碳不斷溶入鐵水,并在鐵水內(nèi)擴(kuò)散的過程。脫碳在爐氣中O2和CO2作用下碳的燒損。Si、Mn變化

a.直接燒損

Si+O2→SiO2+Q

Mn+O2→MnO2+Q

b.

間接氧化燒損

Si+2FeO→2Fe+SiO2

Mn+FeO→Fe+MnOC、Si、Mn的變化Ｓ的變化鐵水接觸爐氣與焦炭增硫。部分硫會氧化燒失。P的變化磷的變化不大Ｓ、P的變化§7-6沖天爐熔煉的控制配料計(jì)算目的

以鐵水成分與溫度為目標(biāo)，確定生鐵、廢鋼、鐵合金、焦炭、石灰石等材料的比例。方法經(jīng)驗(yàn)法憑借操作者的經(jīng)驗(yàn)確定爐料的配比。配碳計(jì)算沖天爐內(nèi)碳的變化最大，所以一般沖天爐的配料只計(jì)算碳量。精確配料－－計(jì)算機(jī)配料爐前快速分析熱分析－－測定碳當(dāng)量

凝固開始溫度與碳當(dāng)量有對應(yīng)關(guān)系，測出冷卻曲線后，由計(jì)算機(jī)算出碳當(dāng)量。樣杯鐵水熱電偶計(jì)算機(jī)冷卻曲線爐前快速分析（續(xù)）快速金相

在很短的時(shí)間內(nèi)得到金相組織，由此確定孕育處理效果以及球化處理效果，由于時(shí)間相對較長，故很少使用。直讀光譜

可在1～3分鐘內(nèi)分析出十幾種或幾十種元素的含量，并且很準(zhǔn)確，由于很貴，國內(nèi)用的不多。環(huán)保的治理二氧化硫的處理粉塵的去除氟污染的治理一氧化碳的處理二氧化碳排放量的控制§7-7沖天爐鐵水的爐外脫硫沖天爐內(nèi)的脫硫能力脫硫所需要的主要條件：

高溫、高堿度渣；鐵水與渣要充分接觸。沖天爐內(nèi)的情況：

鐵水溫度較低；鐵水與渣的接觸面積相對較??；酸性爐內(nèi)不能造堿性渣，脫硫效果很弱。脫硫劑與脫硫反應(yīng)(1)脫硫劑：

脫硫效果好的脫硫劑有CaC2與CaO(2)脫硫反應(yīng)：

CaC2+FeS→CaS+Fe+CCaC2+2CaO+3FeS→3CaS+3Fe+2CO↑脫硫方法出鐵槽連續(xù)脫硫底焦支架鐵水風(fēng)口前爐惰性氣體氣泡脫硫劑噴粉脫硫底焦支架鐵水風(fēng)口前爐惰性氣體＋脫硫劑氣泡脫硫劑脫硫產(chǎn)物＋剩余脫硫劑噴吹管§7-8感應(yīng)電爐熔煉感應(yīng)電爐的結(jié)構(gòu)鋼水爐襯感應(yīng)圈水冷電纜銅排控制柜電磁攪拌方向無芯感應(yīng)電爐有芯感應(yīng)電爐結(jié)構(gòu)鋼水爐襯感應(yīng)圈水冷電纜銅排控制柜電磁攪拌方向感應(yīng)爐熔煉原理與特點(diǎn)原理產(chǎn)生的感應(yīng)電流使金屬熔化與升溫。特點(diǎn)效率低，成本高，鐵水質(zhì)量好。

無芯感應(yīng)爐適合于冶煉；有芯感應(yīng)爐適合于保溫(不能熔化固態(tài)金屬料)。

(1)、碳、硅含量變化在酸性爐襯中，鐵液脫碳增硅。(2)、錳的變化

在酸性爐中，錳一般是燒損的，燒損量約為5%。(3)、磷、硫含量的變化磷、硫一般沒有變化。感應(yīng)爐中鐵液成分的變化溫度成分均勻

鐵液的強(qiáng)力攪拌使成分與溫度均勻。但與此同時(shí)，鐵液中的雜質(zhì)往往不易上浮去除，因而爐料應(yīng)盡量潔凈。鐵液