專利名稱：直燃式熱風沖天爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵或鋼的冶煉，特別是涉及一種以焦碳為燃料進行生鐵和鑄鐵件生產的直燃式熱風沖天爐。
在鑄造生產中，普通沖天爐是將生鐵熔化為鐵液以生產鑄鐵件的一種專門設備。目前，90％以上的鑄鐵件是通過沖天爐重熔生鐵進行生產的。絕大多數鑄件的生產路線為鐵礦石→高爐→生鐵→沖天爐→鑄鐵件，從鐵礦石到鑄件要經過兩次高溫過程。在一般沖天爐中，鑄鐵熔化使用的工藝熱量約占焦炭燃燒放出總熱量的55％-60％，爐氣帶走的物理熱約占5％-8％，爐氣帶走的化學熱約占30％-35％。
目前由于缺乏合適的爐氣余熱回收技術，國內大部分沖天爐沒有回收爐氣余熱，使數以兆瓦計的大量能源白白丟失。國內大多數沖天爐燃燒比一般控制在50％-70％，爐內氧化氣氛較強，金屬元素大量燒損。在國內一些利用爐氣余熱的地方一般采用熱風爐膽技術回收爐氣中的物理熱，但熱風爐膽技術回收爐氣中的熱，得到的熱風溫度約為200℃左右，熱風溫度低，對改善沖天爐的熔化狀況、提高熱效益意義不大，同時熱風爐膽壽命僅為1500-3000小時。因此熱風爐膽氣熱回收技術存在很大的缺陷。
國外使用爐外熱風技術，可以綜合回收爐氣中的化學熱和物理熱，但爐外技術需將沖天爐爐氣從加料口以下引到設置在地面的燃燒器、熱交換器中，構成的爐氣熱回收系統結構復雜，占地面積大，同時由于管道較長、散熱表面積較大的原因，爐氣余熱回收的效率不高。系統造價高，同樣存在很大的局限性。
沖天爐爐內呈氧化性氣氛，不能將鐵礦石中的鐵還原出來，因而不能使用鐵礦石作爐料生產鑄鐵件。同時，鋼鐵工業每年產生數以百萬噸鋼鐵廢料，如鋼鐵切屑、鐵鱗皮、渣鐵、雜鐵等，這些含鐵氧化物廢料一般因其氧化程度高，無法作為沖天爐爐料使用，其中大部分對環境造成了污染。因此可以說，普通沖天爐的局限性為只能使用高爐生鐵為爐料，不能直接使用鐵礦石為爐料，造成了能源的大量消耗和鑄件成本的提高，不能使用鋼鐵工業含鐵氧化物廢料作爐料生產鑄件。
在冶金行業中，高爐爐內還原性氣氛很強，是冶煉鐵礦石獲得生鐵的專門設備，其生產的鐵水稍作調整即可澆注鑄鐵件。但是高爐存在的局限性為建造地區分布的不均勻性、結構復雜、建造成本高、占地面積大、長時間連續的工作制度等，另外，高爐的鐵焦比很低，約為2左右。這些問題限制了以高爐鐵水直接澆注鑄鐵件的現實和經濟上的可能性。
有鑒于上述現有的存在的缺陷，本設計人基于豐富的實務經驗及專業知識，積極加以研究創新，經過不斷的研究、設計，并經反復試作樣品及改進后，終于創設出本發明。
本發明的主要目的在于，克服現有沖天爐存在的缺陷，而提供一種新型結構的直燃式熱風沖天爐，使其可以克服熱風爐膽和爐外熱風技術的局限性，使其在較高的鐵焦比情況下，爐內具有很強的還原性氣氛，可以綜合回收爐氣中的化學熱和物理熱，可以提高冶金性能，可以以鐵礦石和鋼鐵工業廢料為爐料，經濟地生產鑄鐵件。
本發明的目的是由以下技術方案實現的。依據本發明提出的直燃式熱風沖天爐，一種直燃式熱風沖天爐，其包括有熱風管道、爐膛、預熱段(7)、風箱段(8)、前爐(9)、加料機(10)、、加料口(11)，其特征在于還包括煙囪換熱器(2)，其設置在燃燒換熱器(4)的上方、燃燒換熱器(4)，經過煙囪換熱器(2)預熱的沖天爐鼓風，通過預熱風管道(3)進入燃燒換熱器(4)；經過燃燒換熱器(4)加熱的沖天爐鼓風，通過熱風管道(5)進入風箱段(8)，供沖天爐焦炭燃燒；由于沖天爐采用較小的有效高度，爐氣逸出爐料時仍保持較高的溫度，爐氣中的一氧化碳與加料口補充進爐氣的空氣混合后，仍保持600℃以上的溫度，設置在加料口上方的燃燒換熱器中燃燒放出熱量；即在沖天爐內，除了焦炭的燃燒外，同時存在爐氣中一氧化碳的燃燒，爐氣中一氧化碳燃燒產生的熱能通過加熱鼓風反饋給焦碳燃燒，促進焦碳燃燒，焦碳燃燒和爐氣燃燒的相互促進，使燃燒溫度越來越高，爐內還原性氣氛越來越強，最終達到沖天爐的最佳工作點。
本發明的目的還可以通過以下技術措施來進一步實現。
前述的直燃式熱風沖天爐，其中所述燃燒換熱器均設置在加料口的上方，燃燒換熱器與加料口緊密結合在一起。
前述的直燃式熱風沖天爐，其中所述加料口的尺寸根據爐氣中一氧化碳燃燒需要補充的空氣量而設計，一般為普通沖天爐加料口面積的1/3-1/5。
前述的直燃式熱風沖天爐，其中所述沖天爐有效高度與爐膛平均直徑的比為3.5-5。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和積極效果。由以上技術方案可知，本發明直燃式熱風沖天爐不僅熱效率高、冶金性能好，而且具有結構簡單，系統造價低的優越性；可以以鐵礦石和鋼鐵工業廢料為爐料，經濟地生產鑄鐵件。
依據本發明的理論、結構和工作原理構成的試驗沖天爐，以熔煉實踐證實了本發明的科學性和可行性。
綜上所述，本發明直燃式熱風沖天爐，其不論在結構上或功能上皆有較大的改進，且在技術上有較大的進步，并產生了好用及實用的效果，而確實具有增進的功效，從而更加適于實用，誠為一新穎、進步、實用的發明。
本發明的具體結構、原理通過以下實施例及其附圖詳細給出。
圖1是本發明的一個具體實施例的結構示意圖。
圖2是本發明的上述具體實施例的加料口以下部分的剖面示意圖。
圖3是本發明的上述具體實施例的燃燒換熱器和煙囪換熱的部分剖面示意圖。
圖4是圖3中的A向視圖。
下面結合附圖進一步說明本發明的理論、結構和工作原理。
通過焦碳燃燒理論的有關計算可以知道，利用沖天爐爐氣中的物理熱和一氧化碳包含的化學熱可以將沖天爐鼓風加熱到450℃以上，使沖天爐得到高溫熱風。沖天爐高溫爐氣中包含大量的一氧化碳通過加料口時，與從加料口補充的空氣混合，具備了良好的燃燒條件，一氧化碳在加料口上方形成火焰燃燒。如果在加料口上方設置一氧化碳燃燒和爐氣換熱裝置，便可簡單有效綜合回收沖天爐爐氣余熱。
本發明的工作原理為由于采用較小的有效高度，爐氣逸出爐料時仍保持較高的溫度，爐氣中的一氧化碳與加料口補充進爐氣的空氣混合后，仍保持600℃以上的溫度，設置在加料口上方的燃燒換熱器中燃燒放出熱量，因此稱之為直燃熱風沖天爐；即本發明在沖天爐內，除了焦炭的燃燒外，同時存在爐氣中一氧化碳的燃燒。爐氣中一氧化碳燃燒產生的熱能通過加熱鼓風反饋給焦碳燃燒，促進焦碳燃燒。焦碳燃燒和爐氣燃燒的相互促進，使燃燒溫度越來越高，爐內還原性氣氛越來越強，最終達到沖天爐的最佳工作點。
請參閱圖1所示，本發明直燃式熱風沖天爐，其由火花捕集器1、煙囪換熱器2、預熱風管道3、燃燒換熱器4、熱風管道5、爐氣排出口6、預熱段7、風箱段8、前爐9、加料機10、加料口11、加料平臺12、冷卻風機13、鼓風管道14、膨脹補償節15、曲線爐膛16、多排風口17、冷風風箱18、膨脹補償器19、預熱風風箱20、蛇形換熱器24、預熱風進口26、熱風出口27等所組成。
煙囪換熱器2設置在燃燒換熱器4的上方，煙囪換熱器2、燃燒換熱器4均設置在加料口11的上方，燃燒換熱器4與加料口11緊密結合在一起，加料口11的尺寸根據爐氣中一氧化碳燃燒需要補充的空氣量而設計，約為普通沖天爐加料口面積的1/3-1/5，經過給煙囪換熱器2預熱的沖天爐鼓風，通過預熱風管道3進入燃燒換熱器4。經過給燃燒換熱器4加熱的沖天爐鼓風，通過熱風管道5進入風箱段8，供沖天爐焦炭燃燒用。本實施例的沖天爐有效高度采用與工業發達國家沖天爐相近、比國內沖天爐較低的有效高度，一般有效高度與爐膛平均直徑的比為3.5-5。
請參閱圖2所示，爐氣排出口6設置在加料口11的對面，冷卻風機13的出風口正對加料口11，當沖天爐的熱風溫度超過預定溫度時，冷卻風機13啟動，將高溫爐氣由爐氣排出口6吹出，以保護加料口11上方的燃燒換熱器4，延長其使用壽命。在加料口11的下方設有曲線爐膛16，曲線爐膛16由普通爐襯材料砌筑形成。曲線爐膛16上設有多排風口17，本實施例為四排風口，實踐證明，沖天爐使用劣質爐料時，多排風口具有較好的熔煉效果。熱風管道5中設有膨脹補償節15，可以有效減少熱風管道5中的熱應力，保證管道不致被熱應力破壞。沖天爐加料口尺寸按爐氣中一氧化碳燃燒需要補充的空氣量開設，而普通沖天爐一般按加料機外形輪廓和運動軌跡開設加料口，本發明的加料口較普通沖天爐小。
請參閱圖3所示，煙囪換熱器2與普通沖天爐膽結構相似，上部設有冷風風箱18、膨脹補償器19，經過預熱的沖天爐鼓風匯集在下部的預熱風風箱20，通過預熱風管道3送到燃燒換熱器4中進行進一步加熱。預熱風管道3中接有膨脹補償節15，以保護預熱風管道3不致被熱應力破壞。燃燒換熱器4是最重要的爐氣余熱回收裝置，爐氣中的一氧化碳在其中燃燒放出熱量，其中的蛇形換熱器24可以將預熱后的沖天爐鼓風進一步加熱到很高溫度。燃燒換熱器4的外殼由上錐體21、燃燒換熱器壁2 3以及下錐體25所組成，其內部設有耐火材料襯里22。
請參閱圖4所示，從圖中可以看出蛇形換熱器24中熱風的走向，預熱風從預熱風進口27進入蛇形換熱器24，蛇形換熱器24進一步加熱的熱風通過熱風出口27與熱風管道5相接。
以上是本發明的較佳實施例，本發明還可以采用其它結構，如不采用煙囪換熱器2預熱沖天爐鼓風、而只使用燃燒換熱器4也可將沖天爐鼓風加熱到很高溫度；不采用曲線爐膛16而采用簡單直線爐膛；不采用多排風口17而采用單排風口；不采用普通爐襯材料，而采用水冷薄爐襯或無爐襯技術均可實現。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種直燃式熱風沖天爐，其包括有熱風管道、爐膛、預熱段(7)、風箱段(8)、前爐(9)、加料機(10)、加料口(11)，其特征在于還包括煙囪換熱器(2)，其設置在燃燒換熱器(4)的上方、燃燒換熱器(4)，經過煙囪換熱器(2)預熱的沖天爐鼓風，通過預熱風管道(3)進入燃燒換熱器(4)；經過燃燒換熱器(4)加熱的沖天爐鼓風，通過熱風管道(5)進入風箱段(8)，供沖天爐焦炭燃燒；由于沖天爐采用較小的有效高度，爐氣逸出爐料時仍保持較高的溫度，爐氣中的一氧化碳與加料口補充進爐氣的空氣混合后，仍保持600℃以上的溫度，設置在加料口上方的燃燒換熱器中燃燒放出熱量；即在沖天爐內，除了焦炭的燃燒外，同時存在爐氣中一氧化碳的燃燒，爐氣中一氧化碳燃燒產生的熱能通過加熱鼓風反饋給焦碳燃燒，促進焦碳燃燒，焦碳燃燒和爐氣燃燒的相互促進，使燃燒溫度越來越高，爐內還原性氣氛越來越強，最終達到沖天爐的最佳工作點。
2.根據權利要求1所述的直燃式熱風沖天爐，其特征在于所述燃燒換熱器(4)均設置在加料口(11)的上方，燃燒換熱器(4)與加料口(11)緊密結合在一起。
3.根據權利要求1所述的直燃式熱風沖天爐，其特征在于所述加料口(11)的尺寸根據爐氣中一氧化碳燃燒需要補充的空氣量而設計，一般為普通沖天爐加料口面積的1/3-1/5。
4.根據權利要求1所述的直燃式熱風沖天爐，其特征在于所述沖天爐有效高度與爐膛平均直徑的比為3.5-5。
全文摘要
本發明包括:火花捕集器、煙囪換熱器、預熱風管道、燃燒換熱器、爐氣排出口、曲線爐膛、預熱段、風箱段、前爐、加料口、鼓風管道、膨多排風口、冷風風箱、膨脹補償器、蛇形換熱器、預熱風進、出口等;由于沖天爐采用較小有效高度,爐氣逸出爐料時仍保持較高的溫度,在沖天爐內除了焦炭的燃燒外,存在一氧化碳的燃燒,一氧化碳燃燒產生的熱能通過加熱鼓風反饋給焦碳燃燒,焦碳燃燒和爐氣燃燒的相互促進,使燃燒溫度越來越高,爐內還原性氣氛越來越強,最終達到沖天爐的最佳工作點。
文檔編號C22B11/02GK1306190SQ00100379
公開日2001年8月1日 申請日期2000年1月19日 優先權日2000年1月19日
發明者陳金河, 張明 申請人:陳金河