鮑俊敏，林獻(xiàn)輝，代文訓(xùn)，王占蛟，喬進(jìn)國

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261100）

我廠使用的35t/h熱風(fēng)水冷富氧沖天爐由德國KKG公司生產(chǎn)，在國內(nèi)屬首次使用，具有自動化程度高、節(jié)能減排等優(yōu)點。但是此沖天爐鐵液出爐溫度較高，鐵液碳含量則較我廠現(xiàn)工藝低，且正常運行情況下每4周需要修爐一次，每次修爐使用耐火材料約38噸，造成沖天爐運行成本偏高。針對這些特點，結(jié)合我廠長期應(yīng)用大型熱風(fēng)沖天爐所積累的經(jīng)驗，對此熱風(fēng)水冷富氧沖天爐開展結(jié)構(gòu)改造及熔煉工藝的優(yōu)化。

1 沖天爐爐體結(jié)構(gòu)改造

KKG熱風(fēng)水冷富氧長爐齡沖天爐包括如下幾個系統(tǒng)：爐體系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、原料配料系統(tǒng)及加料系統(tǒng)、鼓風(fēng)系統(tǒng)、熱風(fēng)系統(tǒng)、爐氣冷卻系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。主要針對爐體系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。

1.1 爐缸結(jié)構(gòu)改造及耐火材料優(yōu)化

KKG沖天爐爐體內(nèi)徑的設(shè)計值如圖1所示，預(yù)熱區(qū)和燃燒區(qū)內(nèi)徑為2400mm，爐缸區(qū)的內(nèi)徑則為2000mm。爐體內(nèi)徑在爐缸區(qū)的縮減導(dǎo)致鐵液從燃燒區(qū)流至爐缸時對爐缸區(qū)的耐火材料的侵蝕加劇，縮短了沖天爐的運行周期。

經(jīng)過論證及試驗，將KKG沖天爐的爐缸直徑由2000mm增大至2400mm。為了保證沖天爐的安全運行及延長耐火材料使用壽命，將爐缸區(qū)的耐火材料進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。沖天爐爐缸區(qū)外層（爐壁處）耐火材料原采用高鋁耐火磚修砌，改為采用澆注料打結(jié)，以提高導(dǎo)熱系數(shù)，冷卻內(nèi)部爐襯。爐缸區(qū)內(nèi)層的耐火材料也更改為具有更優(yōu)異的抗渣線侵蝕能力和熱態(tài)強(qiáng)度的耐火材料。

圖1 沖天爐爐體系統(tǒng)

1.2 分渣器優(yōu)化

圖2 爐缸結(jié)構(gòu)更改前后對比圖

圖3 沖天爐分渣器增加冷卻風(fēng)管

KKG沖天爐采用的是敞開式虹吸分渣器將渣和鐵分離。分渣器的尺寸較大，長期與鐵液及渣接觸而無冷卻裝置，因而侵蝕較快，每年需要大修12次，且每次大修所需耐火材料約為13噸。耐火材料消耗較大，且修分渣器頻次較高，造成熔煉成本上升并增大了工人的勞動強(qiáng)度。針對沖天爐分渣器侵蝕沖刷較快現(xiàn)象，設(shè)計在分渣器耐火材料內(nèi)部增設(shè)冷卻風(fēng)管，熔煉時采用壓縮空氣對分渣器耐火材料進(jìn)行連續(xù)冷卻，以降低耐火材料的溫度，從而減少耐火材料的損耗，達(dá)到在保證安全生產(chǎn)的前提下，延長分渣器的維修周期。通過采用冷卻裝置，分渣器大修次數(shù)由原來的每年12次減少至3次。

2 沖天爐熔煉工藝優(yōu)化

2.1 沖天爐鐵液溫度優(yōu)化

KKG沖天爐采用2通道氣體—空氣管式換熱器，可以實現(xiàn)在不同的工作負(fù)荷下產(chǎn)生500～550℃的熱鼓風(fēng)溫度。由于預(yù)熱送風(fēng)及良好的熔化狀況，KKG沖天爐熔化鐵液的出爐溫度范圍能達(dá)到1520～1570℃。然而研究表明，鐵液有一個臨界溫度，在臨界溫度以下，隨著鐵液溫度的提高，石墨被細(xì)化，基體也因細(xì)化而致密，從而提高鑄鐵的力學(xué)性能。但鐵液溫度過高則導(dǎo)致石墨形態(tài)惡化，石墨晶核顯著減少，過冷度過大，甚至產(chǎn)生自由滲碳體，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。一般認(rèn)為，鐵液的臨界溫度為1500～1550℃[1]。另外我廠采用的是沖天爐與電爐雙聯(lián)熔煉，在沖天爐連續(xù)熔煉的情況下，鐵液出爐溫度過高導(dǎo)致電爐鐵液溫度調(diào)節(jié)困難，適當(dāng)降低沖天爐熔化鐵水溫度有利于電爐鐵液溫度調(diào)節(jié)。

沖天爐的爐缸區(qū)內(nèi)無空氣供給，焦炭幾乎不燃燒，所以對高溫鐵液來說，爐缸是個冷卻區(qū)，因此我們對爐缸區(qū)結(jié)構(gòu)的更改使得爐缸的容積增大，有效降低鐵液的出爐溫度，爐缸區(qū)更換了導(dǎo)熱系數(shù)更高的耐火材料及分渣器安裝了冷卻風(fēng)管都可一定程度上降低鐵液的出爐溫度。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化最終驗證沖天爐鐵液出爐溫度能夠穩(wěn)定控制在1500～1550℃，平均降低約20℃，有效解決了連續(xù)熔煉鐵液出爐溫度偏高的問題。

2.2 鐵液增碳系數(shù)增加

沖天爐連續(xù)熔煉獲得高碳鐵液，有兩種不同的工藝途徑：一種是爐料中加入足夠比例的生鐵；另一種靠焦碳使鐵液滲碳。研究表明，這兩種工藝熔煉出的高碳鐵液盡管碳當(dāng)量相當(dāng)，同樣的鐵液成分，通過同樣孕育處理，前一種途徑獲得鑄件的性能要比后一種鑄件性能低1～2個牌號[2，3]。因此提高沖天爐的增碳系數(shù)對獲得高碳含量高性能的鑄件十分關(guān)鍵。用沖天爐熔煉鑄鐵時，鑄鐵中碳含量受到多種因素的影響，其中鐵液在爐內(nèi)停留時間的長短也是影響鐵液增碳的主要因素。鐵液在底焦和爐缸內(nèi)停留的時間越長，鐵液吸碳的時間越充分，越有利于鐵液的增碳。

我們對沖天爐爐缸結(jié)構(gòu)的改造，使得爐缸的容積增加了1.66m3，爐缸容積的增加一方面增長了鐵液在爐缸的停留時間，另一方面增大了鐵液和焦炭的接觸界面，最終增大了沖天爐的增碳系數(shù)。

2.3 熔煉參數(shù)優(yōu)化及鑄件性能改善

沖天爐爐料主要由廢鋼、生鐵及回爐料組成，由于生鐵本身含有粗大的石墨片，而石墨的熔點在2000℃以上，在熔煉過程中不能熔盡，在結(jié)晶過程中使石墨變得粗大，同時廢鋼的使用量直接與鑄件的強(qiáng)度相關(guān)，提高廢鋼用量可提高鑄件的抗拉強(qiáng)度。針對KKG沖天爐增碳系數(shù)的增加，我們調(diào)整了相關(guān)熔化工藝參數(shù)，降低層焦用量和生鐵用量，提高廢鋼的使用量，保證鐵水化學(xué)成分及溫度滿足要求的同時，降低原材料的使用成本。其中生鐵降低了5%，相應(yīng)的增加了5%的廢鋼。爐料的調(diào)整對鑄件性能的改善有明顯作用，調(diào)整后我廠某HT250氣缸蓋的單鑄試棒性能均值由280MPa提高到300MPa，鑄件性能有明顯改善。

3 經(jīng)濟(jì)效益

（1）對KKG沖天爐進(jìn)行改造后，維修爐缸所用耐火材料由原來的19噸/次減少至8噸/次，全年預(yù)計可節(jié)約耐火材料132噸；分渣器維修次數(shù)由原來的每年12次減少至3次，全年預(yù)計可節(jié)約耐火材料117噸。全年共計降低修爐成本249萬余元。

（2）改進(jìn)爐料配比后，將生鐵的用量由原來的10%降低至5%，廢鋼的用量由原來的60%增加至65%，按照年熔化量5萬噸計算，每年可節(jié)約鐵料成本150余萬元。

4 結(jié)論

通過對KKG熱風(fēng)沖天爐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，不僅優(yōu)化了沖天爐的熔煉工藝，可以獲得更優(yōu)質(zhì)的鐵液，而且每年可節(jié)約400余萬元成本，真正實現(xiàn)了鑄鐵熔煉的高效率、高質(zhì)量、節(jié)能、環(huán)保型。