如何提高我國鑄造業的利潤水平，已成為目前鑄造界關注與議論的焦點問題之一。
廢鋼一直在爐料中起調節鐵液含碳量的作用。目前廢鋼與生鐵的單位售價相差約1000元/t，廢鋼在爐料中的比例每提高10%，可降低單位爐料採購成本約 100元/t。在鑄造利潤空間不斷縮小的形勢下，一些鑄造廠大幅度提高了沖天爐的廢鋼比例，收到了降低生產成本、提高利潤的明顯效果。本文基於擴大鑄造利 潤空間的目的，探討了大比例廢鋼沖天爐的一些問題，希望起到拋磚引玉作用。
1、底焦高度與風量
改變沖天爐的爐料配比，增大廢鋼比例，將會引起沖天爐工作狀態的變化。增大沖天爐廢鋼比例，爐料的平均熔點上升，需要熔化區有更高的溫度。底焦即爐內燃燒的焦炭，底焦量即爐內產生熱量的焦炭量。欲提高熔化區的溫度，必須提高底焦運行高度，增加維持底焦高度的層焦量、降低鐵焦比，同時相應增加送風量。
除了因爐料平均熔點增加焦炭消耗外，廢鋼熔化生成的鐵液增碳、滲碳，也增加了焦炭的消耗。表1給出國內兩臺典型的大比例廢鋼沖天爐的有關統計數據，供參考。
流水線生產的沖天爐，其平均鐵焦比與熔化中的停風頻次密切相關
順便說明，新的沖天爐理論將運行底焦高度作為核心操作參數，強調了底焦高度的重要性。按此理論，沖天爐所需要的溫度決定了底焦運行高度，底焦運行高度決定了風量。或者簡單說，底焦運行高度決定了風量。如果沖天爐所需的底焦運行高度大，則風量也大，風焦之間的這種關係即風焦平衡。這種將風量與底焦高度相聯繫的新觀點，深化和簡化了沖天爐的操作理論。
鐵水罐全程加蓋系統
2、爐氣餘熱回收及其裝置
通過表2可以看出，爐料由室溫（25℃）轉變為1550℃的金屬液，生鐵與廢鋼需要的熱量相差不大，廢鋼需要的熱量甚至略低於生鐵。增大爐料中的廢鋼比例後，沖天爐需要增加焦炭用量，但金屬液吸收的熱能並未增加，額外增加的焦炭包含的熱能絕大多數進入了沖天爐尾氣。尾氣中不僅包含一定的物理顯熱，而且其中的CO包含著巨大的化學潛熱，尾氣熱能具有更高的回收價值。
實踐證明，使用目前一般品質的焦炭，如果鐵焦比小於8，沖天爐加料口有明顯火焰，很容易利用熱風換熱器回收尾氣中的熱能，得到400℃以上的熱風。沖天爐熱風換熱器有多種結構形式[3]，其中多程管式爐頂熱風換熱器最為經濟實用[4][5]。大比例廢鋼沖天爐應該配置熱風換熱器、回收爐氣餘熱。回收爐氣餘熱得到高溫熱風，不僅可以節省焦炭，而且有利於促進鐵液滲碳，減少衝天爐熔化故障。
廢鋼料槽預熱裝置
3、爐缸深度與預熱段高度
如果沖天爐增大廢鋼比例，由於爐料中的碳含量比較低，一般需要大幅度增加鐵液中的碳，因此往往需要較深的爐缸。除了可鍛鑄鐵生產外，爐缸較淺的普通沖天爐，不適合於大比例廢鋼的熔化。如果將一般沖天爐改造為大比例廢鋼沖天爐，需要首先增加爐缸深度。爐缸深度可以通過爐襯修砌，進行很小範圍的調整，無法作大尺度調整。新建項目選擇沖天爐時，應該考慮廢鋼比例與鐵液的含碳量要求，提出不同的爐缸深度要求。
在表2可以看出，爐料在沖天爐預熱段由室溫到達熔點，廢鋼需要的熱量為1033kJ/kg，約為其達到出爐溫度（1550℃）所需總熱量（1345kJ /kg）的77%；而生鐵為740kJ/kg，約為生鐵達到出爐溫度所需總熱量（1378kJ/kg）的54%，兩者在預熱段吸收的熱量差值較大。因此有觀點認為，大比例廢鋼沖天爐需要較高的預熱段高度。
在沖天爐預熱段，爐料與爐氣主要通過對流方式交換熱量。爐氣與爐料之間的對流換熱量決定於兩者之間的溫差、對流換熱係數、熱交換面積。大比例廢鋼沖天爐熔化區的溫度高於一般沖天爐，預熱段的爐氣溫度明顯高於一般沖天爐，爐氣與爐料之間存在著更高的傳熱動力。因此大比例廢鋼沖天爐的預熱段高度，相當於一般沖天爐，不必刻意增加。
4.爐壁粘附與下部棚料
廢鋼的熔點約為1500℃，生鐵的熔點約為1130℃。由於爐內溫度場的緣故，混合爐料中的生鐵，首先在熔化區上層開始熔化，形成的鐵液對廢鋼形成“浸 淋效應”，可以促進廢鋼的逐步熔化。但如果爐內溫度偏低，生鐵熔化形成的鐵液容易粘附在廢鋼表面，或者粘附在水冷爐壁上，引發沖天爐嚴重故障，使熔化難以繼續。
如果大幅度提高冷風沖天爐的廢鋼比例，需要更加嚴格地控制底焦高度，限制送風量的波動範圍，挑選潔淨無鏽蝕、厚度一定的廢鋼，控制回爐料的泥砂含量，否則水冷沖天爐非常容易發生爐壁粘附，普通爐很容易發生下部棚料。未設置熱風換熱器的大比例廢鋼沖天爐，不僅操作難度大，而且限制了廢鋼的質量和加入比例。
風溫不低於400℃的高溫熱風沖天爐，不管是水冷爐還是普通爐，即便廢鋼厚度較小、鏽蝕比較嚴重，爐料的泥砂含量大，也很少發生爐壁粘附與下部棚料故障。因此大比例廢鋼沖天爐，應優先裝設回收尾氣餘熱的熱風換熱器，儘量降低沖天爐的操作難度。
5.結語與其它
爐料熔化特性決定了大比例廢鋼沖天爐的性能特徵、操作與結構特點。大比例廢鋼沖天爐的特徵為：裝置有風溫不低於400℃的熱風換熱器、爐缸較深、鐵焦比較低、風量較大。將一般沖天爐改造為大比例廢鋼沖天爐，一般需要增加熱風換熱器、增加爐缸深度，同時需要降低鐵焦比、增大送風量。淺爐缸的大比例廢鋼沖天爐，可熔化可鍛鑄鐵。
在廢鋼資源充足的地區，應該積極發展大比例廢鋼沖天爐，擴大鑄造利潤空間。我國汽車逐步大量進入報廢期後，沖天爐的爐料結構將隨之發生重要變化，大比例廢鋼沖天爐將有長足的發展。
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