专利名称：直燃式热风冲天炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁或钢的冶炼，特别是涉及一种以焦碳为燃料进行生铁和铸铁件生产的直燃式热风冲天炉。
在铸造生产中，普通冲天炉是将生铁熔化为铁液以生产铸铁件的一种专门设备。目前，90％以上的铸铁件是通过冲天炉重熔生铁进行生产的。绝大多数铸件的生产路线为铁矿石→高炉→生铁→冲天炉→铸铁件，从铁矿石到铸件要经过两次高温过程。在一般冲天炉中，铸铁熔化使用的工艺热量约占焦炭燃烧放出总热量的55％-60％，炉气带走的物理热约占5％-8％，炉气带走的化学热约占30％-35％。
目前由于缺乏合适的炉气余热回收技术，国内大部分冲天炉没有回收炉气余热，使数以兆瓦计的大量能源白白丢失。国内大多数冲天炉燃烧比一般控制在50％-70％，炉内氧化气氛较强，金属元素大量烧损。在国内一些利用炉气余热的地方一般采用热风炉胆技术回收炉气中的物理热，但热风炉胆技术回收炉气中的热，得到的热风温度约为200℃左右，热风温度低，对改善冲天炉的熔化状况、提高热效益意义不大，同时热风炉胆寿命仅为1500-3000小时。因此热风炉胆气热回收技术存在很大的缺陷。
国外使用炉外热风技术，可以综合回收炉气中的化学热和物理热，但炉外技术需将冲天炉炉气从加料口以下引到设置在地面的燃烧器、热交换器中，构成的炉气热回收系统结构复杂，占地面积大，同时由于管道较长、散热表面积较大的原因，炉气余热回收的效率不高。系统造价高，同样存在很大的局限性。
冲天炉炉内呈氧化性气氛，不能将铁矿石中的铁还原出来，因而不能使用铁矿石作炉料生产铸铁件。同时，钢铁工业每年产生数以百万吨钢铁废料，如钢铁切屑、铁鳞皮、渣铁、杂铁等，这些含铁氧化物废料一般因其氧化程度高，无法作为冲天炉炉料使用，其中大部分对环境造成了污染。因此可以说，普通冲天炉的局限性为只能使用高炉生铁为炉料，不能直接使用铁矿石为炉料，造成了能源的大量消耗和铸件成本的提高，不能使用钢铁工业含铁氧化物废料作炉料生产铸件。
在冶金行业中，高炉炉内还原性气氛很强，是冶炼铁矿石获得生铁的专门设备，其生产的铁水稍作调整即可浇注铸铁件。但是高炉存在的局限性为建造地区分布的不均匀性、结构复杂、建造成本高、占地面积大、长时间连续的工作制度等，另外，高炉的铁焦比很低，约为2左右。这些问题限制了以高炉铁水直接浇注铸铁件的现实和经济上的可能性。
有鉴于上述现有的存在的缺陷，本设计人基于丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出本发明。
本发明的主要目的在于，克服现有冲天炉存在的缺陷，而提供一种新型结构的直燃式热风冲天炉，使其可以克服热风炉胆和炉外热风技术的局限性，使其在较高的铁焦比情况下，炉内具有很强的还原性气氛，可以综合回收炉气中的化学热和物理热，可以提高冶金性能，可以以铁矿石和钢铁工业废料为炉料，经济地生产铸铁件。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。依据本发明提出的直燃式热风冲天炉，一种直燃式热风冲天炉，其包括有热风管道、炉膛、预热段(7)、风箱段(8)、前炉(9)、加料机(10)、、加料口(11)，其特征在于还包括烟囱换热器(2)，其设置在燃烧换热器(4)的上方、燃烧换热器(4)，经过烟囱换热器(2)预热的冲天炉鼓风，通过预热风管道(3)进入燃烧换热器(4)；经过燃烧换热器(4)加热的冲天炉鼓风，通过热风管道(5)进入风箱段(8)，供冲天炉焦炭燃烧；由于冲天炉采用较小的有效高度，炉气逸出炉料时仍保持较高的温度，炉气中的一氧化碳与加料口补充进炉气的空气混合后，仍保持600℃以上的温度，设置在加料口上方的燃烧换热器中燃烧放出热量；即在冲天炉内，除了焦炭的燃烧外，同时存在炉气中一氧化碳的燃烧，炉气中一氧化碳燃烧产生的热能通过加热鼓风反馈给焦碳燃烧，促进焦碳燃烧，焦碳燃烧和炉气燃烧的相互促进，使燃烧温度越来越高，炉内还原性气氛越来越强，最终达到冲天炉的最佳工作点。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
前述的直燃式热风冲天炉，其中所述燃烧换热器均设置在加料口的上方，燃烧换热器与加料口紧密结合在一起。
前述的直燃式热风冲天炉，其中所述加料口的尺寸根据炉气中一氧化碳燃烧需要补充的空气量而设计，一般为普通冲天炉加料口面积的1/3-1/5。
前述的直燃式热风冲天炉，其中所述冲天炉有效高度与炉膛平均直径的比为3.5-5。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和积极效果。由以上技术方案可知，本发明直燃式热风冲天炉不仅热效率高、冶金性能好，而且具有结构简单，系统造价低的优越性；可以以铁矿石和钢铁工业废料为炉料，经济地生产铸铁件。
依据本发明的理论、结构和工作原理构成的试验冲天炉，以熔炼实践证实了本发明的科学性和可行性。
综上所述，本发明直燃式热风冲天炉，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，且在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，而确实具有增进的功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的发明。
本发明的具体结构、原理通过以下实施例及其附图详细给出。
图1是本发明的一个具体实施例的结构示意图。
图2是本发明的上述具体实施例的加料口以下部分的剖面示意图。
图3是本发明的上述具体实施例的燃烧换热器和烟囱换热的部分剖面示意图。
图4是图3中的A向视图。
下面结合附图进一步说明本发明的理论、结构和工作原理。
通过焦碳燃烧理论的有关计算可以知道，利用冲天炉炉气中的物理热和一氧化碳包含的化学热可以将冲天炉鼓风加热到450℃以上，使冲天炉得到高温热风。冲天炉高温炉气中包含大量的一氧化碳通过加料口时，与从加料口补充的空气混合，具备了良好的燃烧条件，一氧化碳在加料口上方形成火焰燃烧。如果在加料口上方设置一氧化碳燃烧和炉气换热装置，便可简单有效综合回收冲天炉炉气余热。
本发明的工作原理为由于采用较小的有效高度，炉气逸出炉料时仍保持较高的温度，炉气中的一氧化碳与加料口补充进炉气的空气混合后，仍保持600℃以上的温度，设置在加料口上方的燃烧换热器中燃烧放出热量，因此称之为直燃热风冲天炉；即本发明在冲天炉内，除了焦炭的燃烧外，同时存在炉气中一氧化碳的燃烧。炉气中一氧化碳燃烧产生的热能通过加热鼓风反馈给焦碳燃烧，促进焦碳燃烧。焦碳燃烧和炉气燃烧的相互促进，使燃烧温度越来越高，炉内还原性气氛越来越强，最终达到冲天炉的最佳工作点。
请参阅图1所示，本发明直燃式热风冲天炉，其由火花捕集器1、烟囱换热器2、预热风管道3、燃烧换热器4、热风管道5、炉气排出口6、预热段7、风箱段8、前炉9、加料机10、加料口11、加料平台12、冷却风机13、鼓风管道14、膨胀补偿节15、曲线炉膛16、多排风口17、冷风风箱18、膨胀补偿器19、预热风风箱20、蛇形换热器24、预热风进口26、热风出口27等所组成。
烟囱换热器2设置在燃烧换热器4的上方，烟囱换热器2、燃烧换热器4均设置在加料口11的上方，燃烧换热器4与加料口11紧密结合在一起，加料口11的尺寸根据炉气中一氧化碳燃烧需要补充的空气量而设计，约为普通冲天炉加料口面积的1/3-1/5，经过给烟囱换热器2预热的冲天炉鼓风，通过预热风管道3进入燃烧换热器4。经过给燃烧换热器4加热的冲天炉鼓风，通过热风管道5进入风箱段8，供冲天炉焦炭燃烧用。本实施例的冲天炉有效高度采用与工业发达国家冲天炉相近、比国内冲天炉较低的有效高度，一般有效高度与炉膛平均直径的比为3.5-5。
请参阅图2所示，炉气排出口6设置在加料口11的对面，冷却风机13的出风口正对加料口11，当冲天炉的热风温度超过预定温度时，冷却风机13启动，将高温炉气由炉气排出口6吹出，以保护加料口11上方的燃烧换热器4，延长其使用寿命。在加料口11的下方设有曲线炉膛16，曲线炉膛16由普通炉衬材料砌筑形成。曲线炉膛16上设有多排风口17，本实施例为四排风口，实践证明，冲天炉使用劣质炉料时，多排风口具有较好的熔炼效果。热风管道5中设有膨胀补偿节15，可以有效减少热风管道5中的热应力，保证管道不致被热应力破坏。冲天炉加料口尺寸按炉气中一氧化碳燃烧需要补充的空气量开设，而普通冲天炉一般按加料机外形轮廓和运动轨迹开设加料口，本发明的加料口较普通冲天炉小。
请参阅图3所示，烟囱换热器2与普通冲天炉胆结构相似，上部设有冷风风箱18、膨胀补偿器19，经过预热的冲天炉鼓风汇集在下部的预热风风箱20，通过预热风管道3送到燃烧换热器4中进行进一步加热。预热风管道3中接有膨胀补偿节15，以保护预热风管道3不致被热应力破坏。燃烧换热器4是最重要的炉气余热回收装置，炉气中的一氧化碳在其中燃烧放出热量，其中的蛇形换热器24可以将预热后的冲天炉鼓风进一步加热到很高温度。燃烧换热器4的外壳由上锥体21、燃烧换热器壁2 3以及下锥体25所组成，其内部设有耐火材料衬里22。
请参阅图4所示，从图中可以看出蛇形换热器24中热风的走向，预热风从预热风进口27进入蛇形换热器24，蛇形换热器24进一步加热的热风通过热风出口27与热风管道5相接。
以上是本发明的较佳实施例，本发明还可以采用其它结构，如不采用烟囱换热器2预热冲天炉鼓风、而只使用燃烧换热器4也可将冲天炉鼓风加热到很高温度；不采用曲线炉膛16而采用简单直线炉膛；不采用多排风口17而采用单排风口；不采用普通炉衬材料，而采用水冷薄炉衬或无炉衬技术均可实现。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种直燃式热风冲天炉，其包括有热风管道、炉膛、预热段(7)、风箱段(8)、前炉(9)、加料机(10)、加料口(11)，其特征在于还包括烟囱换热器(2)，其设置在燃烧换热器(4)的上方、燃烧换热器(4)，经过烟囱换热器(2)预热的冲天炉鼓风，通过预热风管道(3)进入燃烧换热器(4)；经过燃烧换热器(4)加热的冲天炉鼓风，通过热风管道(5)进入风箱段(8)，供冲天炉焦炭燃烧；由于冲天炉采用较小的有效高度，炉气逸出炉料时仍保持较高的温度，炉气中的一氧化碳与加料口补充进炉气的空气混合后，仍保持600℃以上的温度，设置在加料口上方的燃烧换热器中燃烧放出热量；即在冲天炉内，除了焦炭的燃烧外，同时存在炉气中一氧化碳的燃烧，炉气中一氧化碳燃烧产生的热能通过加热鼓风反馈给焦碳燃烧，促进焦碳燃烧，焦碳燃烧和炉气燃烧的相互促进，使燃烧温度越来越高，炉内还原性气氛越来越强，最终达到冲天炉的最佳工作点。
2.根据权利要求1所述的直燃式热风冲天炉，其特征在于所述燃烧换热器(4)均设置在加料口(11)的上方，燃烧换热器(4)与加料口(11)紧密结合在一起。
3.根据权利要求1所述的直燃式热风冲天炉，其特征在于所述加料口(11)的尺寸根据炉气中一氧化碳燃烧需要补充的空气量而设计，一般为普通冲天炉加料口面积的1/3-1/5。
4.根据权利要求1所述的直燃式热风冲天炉，其特征在于所述冲天炉有效高度与炉膛平均直径的比为3.5-5。
全文摘要
本发明包括:火花捕集器、烟囱换热器、预热风管道、燃烧换热器、炉气排出口、曲线炉膛、预热段、风箱段、前炉、加料口、鼓风管道、膨多排风口、冷风风箱、膨胀补偿器、蛇形换热器、预热风进、出口等;由于冲天炉采用较小有效高度,炉气逸出炉料时仍保持较高的温度,在冲天炉内除了焦炭的燃烧外,存在一氧化碳的燃烧,一氧化碳燃烧产生的热能通过加热鼓风反馈给焦碳燃烧,焦碳燃烧和炉气燃烧的相互促进,使燃烧温度越来越高,炉内还原性气氛越来越强,最终达到冲天炉的最佳工作点。
文档编号C22B11/02GK1306190SQ00100379
公开日2001年8月1日 申请日期2000年1月19日 优先权日2000年1月19日
发明者陈金河, 张明 申请人:陈金河