回顾历史 推陈出新

1．冲天炉的特点及地位

冲天炉是一种多以焦炭燃烧为热源的竖筒式热法熔炼设备，主要用于熔炼含碳量2.2%以上的铸铁材料。可熔炼多种牌号的灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁及中低合金铸铁。与其它热源的熔化炉相比，冲天炉内焦炭的燃烧、炉料的熔化、过热是在金属、焦炭和炉气的相互接触中进行的。炉内的最高温度可以超过1800℃，形成最佳的换热条件和冶金环境，炉内的高温可以克服金属炉料的不良遗传特性，高温冶金反应所形成的高熔点氧化物可以成为铁液内的异质晶核，使铁液的石墨化能力增强，铁液中的杂质和气体随着冶金反应的进行与炉渣的形成被排除，冲天炉铁液所浇注的铸件具有良好的机械加工性能。

冲天炉还具有连续熔炼、一次性投资小、技术改造不受电力供应限制，施工速度快，操作维修简单，没有电磁污染等特点。

目前我国铸铁件年产量已达2000万吨，冲天炉熔炼占到80%以上，现役冲天炉有两万多台，平均单台年产量不足1000吨，可见熔化率1-3T/h的冲天炉仍占绝大多数。

2．我国冲天炉的发展史

建国初期我国铸铁熔炼仍然沿用的是传统的勺炉（又名搀炉，始于元代）。这种炉采用单一风眼，由装铁水的底盆和装焦炭及铁料的上节组成。优点是铁水高度可视，无需堵铁水口操作，炉体倾斜出铁。缺点是有效高度不足，热效率低，底盆装铁水量过少。把勺炉的底盆加高，并固定在地面上，再在勺炉上节炉体上再加上一节，就形成了三节炉，和勺炉相比热效率得到提高，底盆的容铁量加大了，可以满足一些低牌号较大重量的铸铁件的生产需要。

直到1954年才从前苏联引进了具有现代意义的三排大风口冲天炉（风口比达25%），但此时国内冲天炉使用的焦炭主要是冶金焦还有大量的土焦，这些焦炭的块度小、灰分大、固定碳含量低，大风口冲天炉经常因为风口结焦（风口发黑）而被迫停炉，平均出铁温度也只有1350℃—1380℃。

从1958年—1965年，我国广大的铸造工作者把一切可以采取的强化冶炼措施几乎全部集中到冲天炉上，推出了多排小风口密筋热风胆冲天炉，这种冲天炉缩小了风口，提高了入炉风速，热风温度接近200℃，改善了底焦的燃烧环境，焦铁比一度达到1：17—1：18，铁水温度稳定在1350℃—1380℃，但这种炉硅、锰烧损都大于30%。

在1979年，湖北某厂首创卡腰冲天炉，这种炉型采用两排短间距大斜度风口，主风口放在第二排，在二排风口以上，形成卡腰。1T/h试验炉测试结果，焦铁比1：10，铁水温度大于1490℃，硅烧损小于8%，锰烧损12%。这是一种合金元素烧损少，铁水温度高的冲天炉。一经出现，就引起了铸造同行的极大兴趣。但卡腰炉用耐火材料修砌的卡腰正处在氧化带部分，这里炉气温度最高，烧损速度很快，保持高温卡腰炉型时间很短。

1984年，由沈阳铸造研究所组织有关科研院校，对两排大间距冲天炉进行了实验定型。1987年，通过了原机械电子工业部的鉴定。两排大间距冲天炉存在两个氧化带，两个还原带，铁水过热距离长，在焦铁比1：7的情况下，铁水温度大于1450℃，硅烧损小于20%，锰烧损小于25%。

1993年，由江阴某厂在两排大间距冲天炉的基础上研发了我国第一台冷风大排距双层送风长炉龄水冷冲天炉。炉龄可达四周，水冷冲天炉炉龄的延长是以冷却水带走的热量为代价的，只适合5T/h以上的冲天炉。

3．组合式冲天炉的研制

从上述我国冲天炉的发展史中可以清晰的看出，各种冲天炉在时间这个链条上的继承性，后出现的冲天炉都保留了先出现冲天炉的部分优点。那么，能否把各种冲天炉的优点都一一提出，重新组合，再创造出一种新的冲天炉呢？答案是肯定的——我们做到了——那就是组合式冲天炉。

衡量冲天炉好坏的标准，我个人认为应该是“高温、优质、低耗、环保”。高温就是指铁水温度要高;优质是指铁水杂质含量少，纯净度高;低耗是指低的焦炭消耗；环保是指可以方便的连接烟气净化设备，且动力消耗要少。如何能实现上述目标呢？还得从理论上加以突破，冲天炉其实就是一个大的换热器，是炉气及炽热的焦炭和金属炉料直接换热，换热效果的好坏，取决于炉气所能达到的最高温度，炉气的流速，炉气和金属炉料的接触时间。一个好的冲天炉能被用户接受的一个重要原因还在于操作是否简单，维护是否方便，更重要的还得给老板省钱。基于上述事实我们进行了冲天炉的再创造。

组合式冲天炉保留了勺炉的铁水高度可视、无须堵出铁口操作的优点，同时，又采用了独特的隔板将焦炭和底盆的铁水分离，避免了勺炉焦炭浸泡在铁水里的增碳增硫，取消了勺炉的长勺柄，取而代之的是带有减速箱的齿条机构，这样出铁时只需轻转手轮就可以将铁倒出，像从铁水包倒铁水一样方便。保留了多排小风口的曲线炉膛，进一步调整了曲线炉膛的相关比例，使熔化带变得更加平直。吸取了密筋炉胆热风的有益效果，采用了整体薄炉衬风冷结构，最大限度的减少了炉胆与炉气的接触面积，一出铁就有大于200℃的热风，炉胆的寿命较传统密筋炉胆提高一倍。保留卡腰炉两排短间距大斜度风口，进一步强化底焦的燃烧，同时适当的减少了底焦的加入量，有数据证明，组合式冲天炉熔炼的铁水球化剂加入量较传统冲天炉1.7-2.0%减少到1.2-1.5%，由于我们的组合式冲天炉是针对0.5—3T/h的用户设计的，为方便修炉将炉体分为五节，修炉时可以多人同时工作，改变了传统冲天炉“贴湿泥”的修炉方法，烧损严重的熔化带采用和中频电炉同样的打炉墙方法，用耐火材料捣制。采用我厂研制的廉价的耐火材料配方，可以使炉墙的小时烧损率小于8mm，由于炉墙脱落物的大量减少，组合冲天炉的炉渣量，只要传统冲天炉的三分之一。组合式冲天炉在固定碳大于83%时，层焦铁比10：1，铁水温度大于1450℃，硅烧损小于10%，锰烧损小于15%。

组合式冲天炉2006年研制成功，同年获国家专利（专利号：ZL200620005051.4），2010年再获国家专利（专利号：2009102540291）。

下面把两个现场调炉记录汇报给同行：

2008年1月8日 河北某厂（2T/h）

砌炉用耐火材料如下：粘土耐火砖（45—65）×230刀砖100块，65×230标砖120块、30×230薄砖100块、石英砂200kg、耐火土270kg.。砌好炉后用木材引燃的焦炭烘烤20个小时，使炉壁彻底干透。装完引材后再上一料斗焦炭（65Kg），11：25分，用氧气乙炔割枪点火，13：10分上排风眼已经明亮，再加两料斗焦炭，上批料4批，每批料上号铁40Kg、回炉料30Kg、废钢30Kg、硅铁0.5Kg、锰铁1Kg、焦炭10Kg、石灰石2Kg。13：25分送风，10分钟后有铁花飞出，14：00出头一包铁水，每小时平均熔化率2.1T，热风温度200℃，测铁水温度2次，1470℃、1490℃，当天熔炼铁水11T。

2009年2月23日 山东某厂（3T/h）

加底焦3平料斗（每斗85Kg），送风8分钟后，放冷铁口有铁花飘出，很快成流，温度很高。堵上放冷铁口，开始正常熔化，3分钟上一批料，每批料上号铁75Kg、回炉料75Kg、焦炭15Kg、石灰石2Kg，每隔10批上10Kg乏碳。午休30分钟，采用挡风与放风相结合的措施，下午上班后正常送风，避免了堵过桥的危险。要拉炉前半小时停止上料，当料位降到第一节分界面时，挡风同放风结合，使炉上口有轻微火焰飘出，热风温度初期210℃、后期260℃，铁水温度1510℃，共开炉8个小时，化铁20.5T，因每小时3T过快，与生产节拍不匹配，采用了挡风操作。

作者简介：赵文鹤 （1967年），男，黑龙江省海林市人，铸造工程师，长期从事冲天炉研究，拥有多项国家专利，现任海林市经久工业炉制造厂总工程师。电话：0453-8868898