提高冲天炉效率.docVIP

通过提高吹入空气温度来提高冲天炉效率的一项技术 摘要： 冲天炉的效率与铸造技术的提高和发展紧密相连，其中重要的改进之一是提高焦碳燃烧的预热空气，这项研究的主要目的是为了评估提高焦碳温度所能获得的结果：从焦碳的消耗，产量的提高和硅的损失来看能量节约。然而，如果没有关于不同材料性能的一些技术限制，节约能量是不能实现的。此外,为了达到高效率和低成本的平衡，应将成本考虑在内，这些分析已经在论文中得以体现。这项工作目前的结果是可以把焦碳的消耗降低大约5%，可适当的节约成本。同时, 在600-700℃范围内的温度以前从未被使用过，目的是为了回收废气中的能量。 关键词:铸造；冲天炉；分析；过程最优化 1、 引言 在中频熔炉被引进用于熔化铁之前，还没有发明出理想的熔炼设备。在规范的生产过程中，金属组成的更高规格和球墨铸铁的引进，要求非常低的含硫量，几乎可以代替现有的冲天炉。 除此之外，社会对环境的更高敏感性使它的生存更加重要，尤其对于那些没有意识到冲天炉不仅是一个熔炼设备而且是一个废物回收者的人来说[1]。然而，仍有另一个支持冲天炉在环境保护方面的因素：现代的冲天炉熔化每吨金属料要比电炉要求更低的初始能量[2]。这就意味着，考虑到整个环境它们更加清洁和对生态环境无害[3，4]。 在产品生产率和能量效率方面，有些可行的方法来改善冲天炉的效率[5，6]。这些可行的方法之一就是通过增加吹入空气的温度来获得明显的能效改进。作为一个理想的假说，在没有增加额外投资的情况下，预热空气可得到尽可能高的温度[7]。 冲天炉中产生的能量来自于焦碳的燃烧，但其中只有40%的能量贡献于金属熔化和超过熔化温度的过热，而其余能量都损失于冷却系统，进入冲天炉的热空气通过烟道排出。在空气通过喷嘴进入燃烧室之前，使用预热空气有助于节约能量。然而，对这个温度的提高有某些限定条件，如材料抗力和成本，燃烧条件的冶金作用等。图1是表明冲天炉内能量分布示意图，图中W0是从焦碳燃烧得到能量的过程；W1是从硅、锰得到能量的过程；W10是熔化金属中包含的能量；W11是炉渣和湿空气的分解和加热损失的能量；W12是冲天炉冷却系统损失的能量；W13是上加料口损失的能量；W14气体显热和发热量损失的能量；WR通过吹入预热空气而获得的能量。 图1 冲天炉的能量分布 2、 冲天炉的描述 冲天炉采用的是直立圆柱体水冷系统，炉料包含废金属废钢、合金元素、石灰石和作为燃料的焦碳。当焦碳被消耗时，炉料熔化并下降。热空气穿过炉料上升，预热炉料提高了冲天炉的热效率，热气体从冲天炉顶端排出，在此处气体被处理的达到污染标准。 冲天炉的内部环境有非常强的刺激性。这是由于高温化学反映，强气流和液态炉渣及的金属的存在，图2是常规冲天炉的图解，图3是此文所讨论的冲天炉的局部图（那就是说单排风口的水冷冲天炉）。在此情况下温度在850～900℃的排出气体通过热交换器，转换气体部分热量，使吹入空气温度提高到500℃并使系统温度在600～650 废气体通过封闭水池的流量计数器被净化，这就意味着当气体被水冷却后，显热损失了。这些气体温度降到250℃并且包含小的煤粒、沙粒和金属颗粒，这些杂质被设置在加料口末端的旋风分离器分离了。 熔炼金属和炉渣的分离在加压或之后进行，金属为了均匀化和保温，被传送到浇包里。 典型的补给材料由大量含25%的废铸铁，30%铸铁钢和45%废钢的金属料组成。许多合金材料也被加到炉料中，如硅铁或锰铁。焦碳加入到炉料中为了使铁焦比达到11%。熔融金属温度在1490—1540℃ 这种冲天炉的日生产量是550吨，对于重2200千克的工件要每周工作五天，这就意味着每天大约生产250个工件。熔化率是11t/h㎡的冲天炉的金属流出孔被PLC长期监测所控制。它在1200mm压力下，500℃ 图2 普通冲天炉熔炉 图3 单排风口的水冷冲炉 表1 铸铁化学成分百分比 图4 燃烧室和热交换器 冲天炉的热分析 冲天炉中所有不同可能的热损失中，主要的是金属本身和水冷系统所造成的。相反，当风口吹入空气预热时，在汽化反应过程中损失的能量被部分回收（5）。而在此情况下，热交换器仅能回收气化过程中损失能量的25％和通过冲天炉烟囱损失的20％的能量。 表2列出了设备的热分析，表中所给参数都取决于焦碳尺寸，同时，图5显示出能量分布和焦碳尺寸的关系。 表2 热量分析 铸铁 41.0% 燃烧炉气通过加料口损失的能量 7.1% 燃烧炉气通过烟囱损失的能量 22.8% 炉渣 3.3% 石灰石分解 2.6% 冷却损失 22.7% 图5 能量分布与和焦碳尺寸的关系 提高能量效率的最好的方法之一是通过选择较好的耐火涂料来提高冲天炉的内外隔热程度。然而，操作上投资提高了，并且由于高温没有什么