冲天炉的熔化过程

2.3.3　冲天炉的熔化过程

在冲天炉熔化过程中，同时进行着两个重要过程，即燃料的燃烧和金属炉料的熔化。这两个过程决定了冲天炉的生产率、铁水温度、铁水成分及燃料消耗量等。

1.燃料燃烧

冲天炉开风后，经风口进入炉内的空气与底焦发生完全燃烧反应，放出大量的热，其反应如下：

C＋O₂CO₂＋Q

由此而生成的高温炉气与剩余的氧气一起上升。在上升过程中，氧气继续与焦炭发生燃烧反应，致使炉气中CO₂的含量逐渐增加，O₂的含量逐渐减少，直至消失为止。从第一排风口起，至炉气中氧气完全消失为止，这一区域称为氧化带。

含有大量CO₂的高温炉气，在继续上升过程中，与焦炭发生还原反应，吸收大量的热，其反应如下：

CO₂＋C2CO-Q

反应结果使炉气中的CO₂含量减少，CO含量增加，炉温下降。当炉温降至1000℃左右时，CO₂的还原反应停止。从氧化带的上限至还原反应停止的整个区域称为还原带。

还原带以上至装料口为预热区。此时炉气的热量不断传给炉料，使炉料温度上升，炉气温度下降，而炉气成分基本不变。

2.金属炉料的熔化过程

由装料口加入的炉料，随着上升的高温炉气而下降，使金属炉料在下降过程中逐渐被加热到熔化温度。当温度达1100～1200℃时，炉料开始熔化成铁滴。在熔化过程中，应适当控制底焦高度，保证熔化区域位于还原带的下层，以减少金属元素的氧化烧损。熔化后的铁滴在底焦层内下落的过程中，被高温炉气和炽热焦炭进一步加热，这种在金属炉料熔化温度以上的加热称为过热。过热后的铁水达到较高的温度，然后，降至温度较低的炉缸，再经过桥流入前炉。

在高温炉气的作用下，石灰石从700℃左右开始分解成石灰（CaO）和二氧化碳（CO₂）。石灰为碱性氧化物，它能与焦炭中的灰分和被侵蚀的炉衬等酸性氧化物结合成熔点较低、比重较轻的炉渣，与铁水分离，由渣口排出。

在炉气、焦炭和炉渣的作用下，金属炉料中的各化学成分发生如下变化：

（1）碳　在熔化过程中，铁水中的碳被O₂和CO₂所氧化，造成脱碳，但铁水流经炽热的焦炭时，又吸收碳，造成增碳。所以铸铁含碳量的变化，是炉内脱碳与增碳作用的综合结果。

当炉料含碳量低时，铁水将发生增碳。一般金属料经熔化后，其含碳量总是增加的，通常为3.0%～3.4%。

（2）硅和锰　在熔化过程中，由于炉气呈氧化性，所以铁水中的Si和Mn要发生氧化烧损，造成合金元素的熔耗。一般硅烧损为10%～15%，锰烧损为20%～25%。

（3）磷　铸铁中的磷是一个有害元素（高磷耐磨铸铁除外）。在熔化过程中，金属炉料中的磷基本上全部进入铁水，因此磷含量不变。

（4）硫　硫是铸铁中的有害元素，因此含硫量愈低愈好，通常控制在0.l%以下。在熔化过程中，铁水流经焦炭表面时，焦炭中的硫会熔入铁水，而使铸铁中的含硫量增加，通常增加50%左右。

在生产中，应准确掌握O，Si，Mn，P，S五大元素的变化规律，以便按照铁水化学成分的要求，通过配料计算，确定炉料的配比。