1、冲天炉熔炼原理冲天炉熔炼原理9.1 冲天炉的结构与操作工艺冲天炉的结构与操作工艺9.1.1 冲天炉的基本结构冲天炉的基本结构（1）冲天炉结构简介）冲天炉结构简介 下图为系列设计中下图为系列设计中7吨吨/小时冲天炉的结构小时冲天炉的结构简图。简图。9.2 冲天炉内焦炭燃烧的基本规律冲天炉内焦炭燃烧的基本规律 冲天炉内焦炭的燃烧是固体块状燃料层冲天炉内焦炭的燃烧是固体块状燃料层状燃烧的一种特殊方式。状燃烧的一种特殊方式。9.2.1 焦炭焦炭（1）焦炭的成分）焦炭的成分）固定碳）固定碳 固定碳是指焦炭中以单质存在的固定碳是指焦炭中以单质存在的自由炭。自由炭。）灰分）灰分 灰分是焦炭中由矿物组成的不可
2、燃灰分是焦炭中由矿物组成的不可燃部分。部分。）挥发物。）硫。）水分。）挥发物。）硫。）水分。（2）焦炭的强度）焦炭的强度焦炭的力学强度包括抗压强度、抗冲击焦炭的力学强度包括抗压强度、抗冲击强度、抗碎裂强度（强度、抗碎裂强度（M40）和耐磨强度）和耐磨强度M10）。）。焦炭抗冲击强度可用焦炭的落下强度来焦炭抗冲击强度可用焦炭的落下强度来表示。试验时首先取焦炭表示。试验时首先取焦炭30，块度大于，块度大于50，装入，装入450700380的铁箱中。的铁箱中。提铁箱至提铁箱至1830的高度，打开料底门，焦炭的高度，打开料底门，焦炭自由落下与铺底的自由落下与铺底的13厚铁板相冲击，反复厚铁板相冲击，反
3、复四次，称其大于四次，称其大于50焦块质量并以百分数表焦块质量并以百分数表示，即落下强度。我国焦炭的抗冲击强度为示，即落下强度。我国焦炭的抗冲击强度为70%90%。转鼓数：焦炭的抗磨损强度过去用部标转鼓数：焦炭的抗磨损强度过去用部标转鼓残留量（）表示。试验时将转鼓残留量（）表示。试验时将410焦焦装入装入2000700的转鼓中，然后使转的转鼓中，然后使转鼓以鼓以10r/min速度转动，经速度转动，经15min转动，鼓内转动，鼓内焦炭受焦炭、铁板的磨损而破碎，焦末在铁焦炭受焦炭、铁板的磨损而破碎，焦末在铁栅间落下，残留在转鼓圆筒内均是大于栅间落下，残留在转鼓圆筒内均是大于25的焦块。被测焦炭越结
4、实，转鼓圆筒内残留的焦块。被测焦炭越结实，转鼓圆筒内残留的焦炭量就越多。的焦炭量就越多。（3）焦炭的块度与均匀性）焦炭的块度与均匀性焦炭块度过小时，由于炉膛单位容积内焦炭块度过小时，由于炉膛单位容积内的反应面积过大，因而燃烧反应加速，氧化的反应面积过大，因而燃烧反应加速，氧化带缩短，还原带扩大，加以此时氧化带内还带缩短，还原带扩大，加以此时氧化带内还原反应发展较快，致使高温区域短，炉气最原反应发展较快，致使高温区域短，炉气最高温度较低。此外，小块焦炭对送风阻力大，高温度较低。此外，小块焦炭对送风阻力大，空气难于深入炉中心，炉壁效应加剧，对铁空气难于深入炉中心，炉壁效应加剧，对铁液过热不利。液过
5、热不利。焦炭块度过大，燃烧速度慢，虽然氧化焦炭块度过大，燃烧速度慢，虽然氧化带扩大，但燃烧区域不集中，炉气最高温度带扩大，但燃烧区域不集中，炉气最高温度低，不利于铁液过热。低，不利于铁液过热。推荐冲天炉内径与焦块平均直径之比为推荐冲天炉内径与焦块平均直径之比为10:1左右。左右。（4）焦炭的反应性与气孔率）焦炭的反应性与气孔率反应性是指焦炭还原二氧化碳的能力，反应性是指焦炭还原二氧化碳的能力，亦称反应能力，通常以亦称反应能力，通常以R表示。表示。（5）铸造用焦炭的要求）铸造用焦炭的要求冲天炉内的焦炭，由于要承受加料时冲冲天炉内的焦炭，由于要承受加料时冲击力和料柱的压力，必须具有足够的强度，击力
6、和料柱的压力，必须具有足够的强度，以免因焦炭易于破碎而阻塞气流通道，影响以免因焦炭易于破碎而阻塞气流通道，影响底焦燃烧，妨碍炉子的正常工作。焦炭块度底焦燃烧，妨碍炉子的正常工作。焦炭块度合适，是保证炉子正常工作的基本条件。焦合适，是保证炉子正常工作的基本条件。焦炭的合适块度随炉子大小而异。对于中小型炭的合适块度随炉子大小而异。对于中小型冲天炉，焦炭块度大致可在冲天炉，焦炭块度大致可在50150之间，之间，并力求块度均匀。大型冲天炉则用块度更大并力求块度均匀。大型冲天炉则用块度更大的焦炭。的焦炭。9.2.2 焦炭的燃烧计算焦炭的燃烧计算（1）焦炭的发热量）焦炭的发热量 1）焦炭发热量的概念）焦炭
7、发热量的概念 燃料发热量亦称燃料发热值。燃料发热量亦称燃料发热值。它是指单位重量的固体燃料或液体燃料，或标它是指单位重量的固体燃料或液体燃料，或标准状态下单位体积的气体燃料，经完全燃烧，且燃烧准状态下单位体积的气体燃料，经完全燃烧，且燃烧产物冷却到反应物质的温度时所放出的热量。产物冷却到反应物质的温度时所放出的热量。高发热量高发热量 0的水。的水。低发热量低发热量20的水蒸气的水蒸气 2）焦炭发热量计算）焦炭发热量计算焦炭低发热量的计算公式如下：焦炭低发热量的计算公式如下：（2）焦炭的燃烧计算）焦炭的燃烧计算1）焦炭燃烧用氧量的计算）焦炭燃烧用氧量的计算2）焦炭燃烧用空气量的计算）焦炭燃烧用空
8、气量的计算焦炭燃烧所需的干空气量为：焦炭燃烧所需的干空气量为：3）焦炭燃烧产物的组成）焦炭燃烧产物的组成焦炭燃烧产物指包括水蒸气在内的全部气焦炭燃烧产物指包括水蒸气在内的全部气态燃烧产物，态燃烧产物，燃烧产物的组成为：燃烧产物的组成为：CO2、CO、H2O、SO2、N2。4）焦炭燃烧产物量的计算）焦炭燃烧产物量的计算燃烧产物的体积为各可燃元素燃烧产物的体积燃烧产物的体积为各可燃元素燃烧产物的体积与燃料含氮量、燃料水分所生成的水蒸气以及与燃料含氮量、燃料水分所生成的水蒸气以及空气带入的氮气和水蒸气的体积之和。空气带入的氮气和水蒸气的体积之和。（3）焦炭理论燃烧温度的计算）焦炭理论燃烧温度的计算理论燃烧温度为：燃料完全燃烧，且所理论燃烧温度为：燃料完全燃烧，且所放出的热量全部用于加热燃烧产物时所能达放出的热量全部用于加热燃烧产物时所能达到的最高温度。计算公式如下：到的最高温度。计算公式如下：1）焦炭完全燃烧时的理论燃烧温度）焦炭完全燃烧时的理论燃烧温度2）焦炭不完全燃烧时的理论燃烧温度）焦炭不完全燃烧时的理论燃烧温度
