冲天炉的分类

     冲天炉广泛应用于铸铁熔炼。冲天炉熔炼过程中，有底焦燃烧、热量传递和冶金反应等三个重要过程。冲天炉的优点很多，如设备费较低、占地面积小、能连续供应铁液、因有冶金反应而易于得到品质优良的铁液以及废钢表面的镀层对铁液品质影响不大等。冲天炉的主要缺点是铁液的化学成分和温度波动较大，且铁液的供应量不易改变、柔性不足，这类问题可由配置大容量保温电炉得以解决。因此，燃焦冲天炉迄今一直是铸铁熔炼的主要手段。近几年，以天然气、煤粉为燃料的所谓无焦冲天炉出现，由于其基本不具备冶金功能，实际上属于反射式的重熔性炉型，严格意义上的冲天炉系专指燃焦冲天炉，其分类如图1-1所示。

   基本结构

    传统冲天炉结构为大家熟知，至今仍在中小铸造企业广泛的应用。但对于大批量连续生产的铸造企业，大型热风水冷无炉衬的现代冲天炉的优越性更得到充分的发挥，现代冲天炉的典型结构如图1-2所示。

    炉内焦炭的燃烧

    冲天炉熔炼所用燃料是以焦炭为主，应该采用适合冲天炉熔炼特点的铸造焦或成形焦，由于铸造焦供应方面的问题，我国目前还有不少铸造厂采用冶金焦。焦炭的主要组成有固定碳、挥发物、含硫量、灰分和水分。我国目前铸造生产用焦炭固定碳质量分数为80% -90%，灰分质量分数为7%- 13%，挥发物质量分数为0 .7% -1.0%。

    炉内炉气分布  

    冲天炉内的炉气有自动趋于沿炉壁流动的倾向，这种现象称为“炉壁效应”。由炉料与炉壁形成的通道，因空隙大、行程短、曲折少，对气流的阻力小；而炉料之间的气流通道，由于炉料的互相堆垒，其截面小、曲折多、流程长，阻力也就大。其结果是炉壁附近炉气流量大、流速高，而炉子中心则流量小、流速低，致使炉气的平均流线向炉壁方向偏移，如图1-6所示。

在冲天炉横截面上，由于风口区前缘空气流速高，流量大，形成强烈的燃烧区；而在两个风口之间的区域，则由于空气量少而形成所谓“死区”A。由于炉壁效应，在炉膛截面中心区域出现“死区”B，所以，在冲天炉风口区域的炉膛截面上，无论沿纵向或横向炉气分布都是不均匀的。我国研制出蜗旋风箱、龙卷风口技术，风口数取奇数，非对称性布置，可以有效改善炉气分布。

    炉内温度分布  

    图1—7为冲天炉内炉气成分与温度沿炉子高度的变化。由图可见，从风口向上，随着焦炭的燃烧，炉气中的CO2不断增加，炉气的温度也急剧上升，当氧被耗尽，炉气中的CO2的含量达到最高值，此处炉气的温度也达到最高点；再向上，炉气中的高温CO2和焦炭产生吸热还原反应，在底焦以下，炉气中CO2含减少、CO含量增多，炉气的温度也随着CO2含量的减少而降低。

    由于炉气温度的变化与炉  气CO2含量变化有一致趋向，因此，可以从底焦层中炉气CO2的浓度分布近似地推测炉内温度分布，图1-8为冲天炉内炉气CO2等浓度曲线。由图可知，CO2最高浓度集中在炉壁附近约距风口400 - 500mm的区域内，而炉子中心区域CO2浓度低，等浓度曲线呈下凹形，这与炉壁效应是一致的。由此可以推知炉内等温曲线也呈下凹形，冲天炉高温区城位于炉壁附近，这种温度分布状况对铁液过热是不利的。

    为了改善这种情况，就必须研究影响冲天炉炉气与温度分布的一些主要因素。