新型无焦冲天炉及利用该装置熔铁的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及铸铁的冶炼设备技术领域，具体涉及新型无焦冲天炉，包括炉体和加热源，炉体内部整体为上下贯通的空腔结构，炉体上设置有加料口和至少一个出铁口，加料口和出铁口通过所述空腔结构连通，其中，空腔结构的炉缸区和熔化带均设置成用于容置支撑炉料的高碳球的填充区段，加热源为天然气燃烧器，天然气燃烧器的烧嘴设于炉体上，且位于高碳球的填充区段。本发明专利技术以高碳球替代水冷炉栅和耐火球床作为支撑料柱，避免水冷炉栅可能给设备带来的安全风险以及水冷炉栅钢管内冷却水带走的热量损失。

New type coke free cupola and method of melting iron using the device

The invention relates to the technical field of cast iron smelting equipment, in particular to a new coke-free cupola, which comprises a furnace body and a heating source. The whole inside of the furnace body is a cavity structure with a top and bottom running through. The furnace body is provided with a feeding port and at least one iron outlet. The feeding port and the iron outlet are connected through the cavity structure, wherein the cavity structure is provided with a feeding port and an iron outlet. The hearth and melting zone are arranged in the filling section of the high carbon sphere used to hold the burden of the furnace. The heating source is the natural gas burner. The burner of the natural gas burner is arranged on the furnace body and is located in the filling section of the high carbon sphere. The high carbon ball is used to replace the water-cooled grate and the refractory ball bed as the supporting material pillar to avoid the safety risk of the water-cooled grate to the equipment and the heat loss of the cooling water in the steel pipe of the water-cooled grate.

【技术实现步骤摘要】
新型无焦冲天炉及利用该装置熔铁的方法
本专利技术涉及铸铁的冶炼设备
，更具体地，涉及一种新型无焦冲天炉及利用该装置熔铁的方法。
技术介绍
上世纪80年代以来，英国、德国专利技术了一种用天然气-氧气烧嘴作为供应热源的无焦冲天炉，以储量丰富的清洁能源——天然气替代焦炭，取得很好的节能减排效果，与传统的焦炭冲天炉相比，熔化同样数量的铸造铁液，天然气无焦冲天炉可以减少CO2排放70％以上，减少SO2排放90％以上。同时，无焦冲天炉设备结构，特别是配套环保设备相对简单，投资较小，并且可以在原有冲天炉设备的基础上进行改造，而不必建新炉，因此易于在广大铸造企业，特别是年产量在1～10万吨以下的中小铸造厂进行推广。然而，目前所使用的无焦冲天炉还存在以下问题：①由于没有了焦炭作为炉内的料柱支撑，所以在天然气烧嘴的上方增加了水冷炉栅，来承载炉料料柱。该水冷炉栅为安装在高温火焰上方的一排过水强制冷却的钢管，这些高温区的钢管工作条件比水冷炉壁和水冷风口还要恶劣，这不仅加大了设备的安全风险，也增加了穿越水冷炉栅的铁液液滴的温度损失，还增加了水冷炉栅钢管内冷却水带走的热量损失。并且，由于必须依赖水冷炉栅作为料柱支撑，限制这种类型的冲天炉的体积，使得无法制备30t/h及以上的大型无焦冲天炉。②冲天炉在正常熔化铸铁的过程中，水冷炉栅上需要铺一层陶瓷球，陶瓷球层的厚度一般要求在400～700mm(陶瓷球的直径约180～200mm)，作为铁液过热的“炉床”，由于冲天炉熔化过程中陶瓷球要不断损耗，因此需要在整个过程中不断开炉对陶瓷球进行补充(以德国15t/h无焦冲天炉为例，大约需要随每批炉料补增水冷炉栅瓷球)。由于陶瓷球在炉内只起到支撑和抬高炉床的作用，此外没有任何有益的作用，只能是消耗能量，最终还都变为了炉渣；加之陶瓷球的价格是焦炭价格的若干倍，因此每天消耗的陶瓷球也提高了开炉成本。③由于上述原因，无焦冲天炉的出铁温度比较低(一般只有1400℃左右)，因此需要配置一台功率较大的有芯工频感应电炉作为前炉，提供额外的升温与保温功能，才能熔化出1500℃的高温合格铁液。④在这种无焦冲天炉炉内加入废钢量较大的炉料时，还需要在前炉内对铁液补加增碳剂，进行铁液增碳操作。目前对铸造行业焦炭冲天炉限制条件日益严格，为了适应我国不断加大的节能减排的力度，以及目前天然气开采数量不断增大、价格日益平稳和趋降的条件，在国内铸造业推广无焦冲天炉已经提上日程。而研制出一种能够克服上述缺陷的无焦冲天炉已成为业内亟待解决的难题。因此需要研制出一种既能够保留上述无焦冲天炉的优点，又能避免其前述所列缺点的新型无焦冲天炉，以适应绿色铸造产业的发展。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种新型无焦冲天炉，以解决上述技术问题的至少一个。本专利技术首先提供了一种新型无焦冲天炉，包括炉体和加热源，炉体内部整体为上下贯通的空腔结构，炉体上设置有加料口和至少一个出铁口，加料口和出铁口通过空腔结构连通，其中，空腔结构的炉缸区和熔化带均设置成用于容置支撑炉料的高碳球的填充区段，加热源为天然气燃烧器，天然气燃烧器的烧嘴设于炉体上，且位于高碳球的填充区段。由此，本专利技术所提供的装置炉体内部为空腔结构，上下贯通，空腔结构的炉缸区和熔化带均设置高碳球的填充区段，突破了现有技术中的无焦冲天炉的炉缸处通常设置为空心结构以提高燃烧效率的技术壁垒和认知障碍；其次，填充高碳球取代水冷炉栅作为炉料的支撑，不仅对铁液起过热作用，而且由于省略了水冷炉栅(水冷炉栅为安装在高温环境中的一排过水强制冷却的钢管)，因此避免了钢管工况异常所带来的安全风险，消除了现有装置在生产运行中存在的安全隐患，而且还解除了对无焦冲天炉体积的限制，使得能够根据需求制备不同熔化率的无焦冲天炉，特别是使得制备30t/h及以上的大型无焦冲天炉成为可能；再者，采用天然气燃烧器作为加热源，不仅热源温度高而且更节能，并且天然气燃烧器的烧嘴向炉内提供的是水蒸气和二氧化碳高温气体，避免了因高温气体中含有氧气而与高碳球发生氧化反应，减少了高碳球的损耗；此外，由于天然气-氧气高温烧嘴直接提供冲天炉熔炼所需的热量，加之高碳球诸如碳素球、废石墨电极切块不存在焦炭那样的孔隙，反应性低，消耗速度慢，支撑料柱的高度稳定不容易波动，因此不用再顾忌“风焦平衡”问题，也不会再发生“底焦高度降低”、“落生”、“黑渣、发渣”、铁液氧化等冲天炉的常见事故，所以炉况更稳定，保证了正常的生产秩序和铸件质量；由于铁液在冲天炉内既不会氧化，也增硫很少，因此铁液的纯净度比较高，适宜生产高质量的球墨铸铁原铁液。在一些实施方式中，填充的高碳球为碳素球和/或石墨电极切块。由此，当高碳球为碳素球时，由于碳素球致密无孔且表面覆盖有铁液，与炉内高温气体反应性低，可以大大减少碳素球烧损率和减少废渣量，还具有增碳作用，使得工艺优化、操作更简便。由于高碳球顶面到烧嘴的高度会影响铁液的温度和熔化率，因而在具体实践中，优选将高碳球顶面与烧嘴之间的距离设置为400～700mm，高碳球顶面到烧嘴的高度越高，出来的铁液温度高，但熔化率将会有所下降；反之，高度越低，熔化率有所提升，但出来的铁液温度较低；此值范围内，结合大量实践和总结，保证了熔化率和铁液温度的最佳平衡。在一些实施方式中，填充的高碳球直径需根据炉体需求设定,大小适用即可，一般情况下可以设为150～300mm。由此，能够使高碳球大小保证一致性，且处于较大时，保证了良好的透气性和热效率；但过大，烧不透，热效率低，因此经过大量实践和总结，本专利技术实施例优选高碳球直径为150～300mm，以达到炉缸内透气性好、热效率高的效果。在一些实施方式中，炉料直接置于高碳球上，炉料为金属炉料，包括生铁、回炉料及废钢等。由此，在炉料熔化为铁液时，铁液滴顺着高碳球滴落过程中，高碳球还起着过热作用，大大提升铁液出液的温度，使得该装置更节能省料。在一些实施方式中，天然气燃烧器烧嘴所提供的热源温度为1700℃-2000℃。由此，烧嘴向炉内喷入高温气流，保证了炉内所需的高温要求，并且，当炉料熔化后顺着高碳球之间的间隙向出铁口流动时，气流和高碳球对铁液起到过热作用，使得最终流出的铁液温度可以达到1500℃以上，甚至可以不再配置有芯工频感应电炉作为铁液保温升温用前炉。在一些实施方式中，加热源绕炉体至少设有一排，一排均匀排布有至少两只，优选为4～12只加热源；当设有两排加热源时，每排之间可以正置、倒置或等置方式排列。由此，加热源采用环形排布方式设于炉体上，便于对炉内全方位输入高温气流对炉体进行加热，且在炉体内部设置两排及以上加热源时，可以提高熔炼效率。具体地，当在炉体上设置两排加热源时，正置是指总功率最大的一排烧嘴置于下排且总功率最大的一排热源占全部热源总功率的70％～90％，等置是指各排烧嘴的总功率相等，倒置是指总功率最大的一排烧嘴置于上排且总功率最大的一排热源占全部热源总功率的70％～90％；其中，正置时上排烧嘴距离顶面200～400mm，倒置时上排烧嘴距离顶面400～700mm，等置时上排烧嘴距离顶面400～600mm。在一些实施方式中，还包括至少一个渣铁分离器和至少一个过桥，每个出铁口均分别经由过桥与一个渣铁分离器相连通。由此，熔炼完毕的铁液和废渣由出铁口流出炉体后，经过过桥直接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型无焦冲天炉，其特征在于，包括炉体(1)和加热源(2)，所述炉体(1)内部整体为上下贯通的空腔结构，炉体(1)上设置有加料口(6)和至少一个出铁口(7)，所述加料口(6)和出铁口(7)通过所述空腔结构连通，其中，所述空腔结构的炉缸区和熔化带均设置成用于容置支撑炉料(8)的高碳球(5)的填充区段(11)，所述加热源(2)为天然气燃烧器，所述天然气燃烧器的烧嘴(21)设于炉体(1)上，且位于高碳球(5)的填充区段(11)。

【技术特征摘要】
1.一种新型无焦冲天炉，其特征在于，包括炉体(1)和加热源(2)，所述炉体(1)内部整体为上下贯通的空腔结构，炉体(1)上设置有加料口(6)和至少一个出铁口(7)，所述加料口(6)和出铁口(7)通过所述空腔结构连通，其中，所述空腔结构的炉缸区和熔化带均设置成用于容置支撑炉料(8)的高碳球(5)的填充区段(11)，所述加热源(2)为天然气燃烧器，所述天然气燃烧器的烧嘴(21)设于炉体(1)上，且位于高碳球(5)的填充区段(11)。2.根据权利要求1所述的新型无焦冲天炉，其特征在于，填充的所述高碳球(5)为碳素球和/或石墨电极切块。3.根据权利要求2所述的新型无焦冲天炉，其特征在于，填充的所述高碳球(5)的顶面(12)高出烧嘴(21)400～700mm。4.根据权利要求3所述的新型无焦冲天炉，其特征在于，所述烧嘴(21)提供的热源温度为1700℃-2000℃。5.根据权利要求1所述的新型无焦冲天炉，其特征在于，所述加热源(2)绕炉体(1)至少设有一排，且每排均匀排布有至少两只加热源(2)。6.根据权利要求5所述的新型无焦冲天炉，其特征在于，当设有两排加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇新，赵占良，赵保平，
申请(专利权)人：广东北晟益通实业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44