CN104534861B - 一种燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床，该炉床采用高温耐火浇注料整体成型与常温硬化免烧技术，通过蜂窝状流道结构、环形圆凸台与凹沟结构设计，以及底部圆拱形结构优化，使燃气、铁水与熔渣分别通过各自流道上升和下降，减少了燃气与铁水的直接接触，降低合金元素烧损。该耐火炉床能有效替代现代燃气冲天炉中的水冷炉栅和耐火球，可节约大量水资源，降低能耗10-15%，提高了操作安全性和出铁温度。
Description
技术领域
本发明涉及铸铁熔炼技术领域，具体涉及一种燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床。
背景技术
典型的现代燃气冲天炉主要由燃烧室、水冷炉栅和耐火球三要素构成。其中，燃烧室是通过燃烧器把燃气与空气混合燃烧，为冲天炉提供足够的热量，通过上升的热气流把金属炉料熔化；水冷炉栅把耐火球和炉料托起，形成一定的燃烧空间；耐火床是由3-6层直径120-150毫米的耐火球（亦称陶瓷球）组成，起蓄热和传导作用，在冲天炉中形成一定高度的过热带和熔化带，确保炉料的连续熔化，以获得符合要求的铁水温度。显然，水冷炉栅和耐火球是燃气无焦冲天炉的关键所在，自然也是其根本的特点所在。
尽管燃气冲天炉与传统焦炭冲天炉相比，在环境效益上取得了显著进步，但水冷炉栅消耗大量水和动力，不但要从燃烧室带走约10-15%的热量，而且操作极为繁琐，一旦操作不慎，易发生炉栅烧穿造成严重事故，另外耐火球属于消耗材料，吨铁料消耗量3-4%，生产成本也会随之增加。由此可见，现代燃气冲天炉中的水冷炉栅和耐火球并不是最节能和安全的结构要素。
发明内容
针对上述问题与不足，本发明提供了一种燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床。该炉床采用高温耐火浇注料整体成型与常温硬化免烧技术，通过蜂窝状流道结构、环形圆凸台与凹沟结构设计，以及底部圆拱形结构优化，使燃气、铁水与熔渣分别通过各自流道上升和下降，减少了燃气与铁水的直接接触，降低了合金元素烧损。该耐火炉床能有效替代现代燃气冲天炉中的水冷炉栅和耐火球，可节约大量水资源，降低能耗10-15%，提高操作安全性和出铁温度。
本发明的具体技术方案是：一种燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床，基本结构由金属外壳和高温耐火材料共同组成，高温耐火浇注料注入炉床外壳，常温固化免烧一次整体成型，耐火材料上均布垂直的蜂窝状流道通孔，炉床上端环形圆凸台和凹沟分别与燃气流道通孔、铁水与熔渣流道通孔对应，底部为圆拱形结构。
本发明所述的耐火炉床，总高度H1为600-800mm；其外壳采用厚度6-8mm锅炉钢板制作；耐火浇注料由82%的中性氧化铝粉，12%的碳化硅粉为基料，5%的纯铝酸钙水泥为免烧结合剂，1%的金属铝粉、硼酸和三聚磷酸钠为复合添加剂组成；耐火床上端环形圆凸台和凹沟半径为R40-60mm，燃气流道通孔直径为?30-40mm，间距50-60mm，铁水与熔渣流道通孔直径?20-30mm，间距40-50mm；圆拱形高度H2为300-350mm。
所述的耐火炉床耐火材料采用氧化铝、碳化硅等三价中性氧化物作为基料，在高温下能抵抗酸性炉渣、碱性炉渣、溶剂和其它耐火材料的化学侵蚀，提高耐火炉床的抗氧化能力；结合剂采用纯铝酸钙水泥，可以实现常温下硬化，避免高温烧结带来的污染和能源消耗；添加剂采用硼酸、金属铝粉、三聚磷酸钠等作为复合添加剂，可以保证耐火床的制备、常温硬化和使用中高温自行烧结的要求。
耐火炉床的制备与使用，炉床外壳采用锅炉钢板制造，既是耐火炉床模型的外框，将上述耐火材料加入8-10%水搅拌，形成浇注料注入外框与模型之间振动压实成型，脱模自然风干后放入常温水中硬化25小时备用；使用时将所述耐火炉床装入燃气冲天炉后便可直接使用（如图1位置），生产结束或使用一定时间（铸铁熔炼12-16小时，岩棉熔炼18-20小时），拆下清除残余耐火材料，重新浇注耐火料后继续使用。所述的耐火炉床，利用使用过程的炉温自行烧结，获得蓄热与热传导兼顾，耐火、抗蚀和抗压综合性能优良的耐火炉床，同时构成了熔炉必备且合理的过热带和熔化带。
耐火炉床上端的环形圆凸凹结构与燃气上升和铁水与熔渣下降蜂窝状流道相对应。环形圆凸台和凹沟均采用半径为R40-60mm，燃气上升流道采用直径为?30-40mm，每个流道之间距离50-60mm；铁水与熔渣下降流道采用直径为?20-30mm，流道之间距离40-50mm。依据流体力学原理，高温炉气沿着凸台孔道上升，铁料溶化后铁水和熔渣会很容易沿着凸台流向凹沟，经过专门孔道下降，这样便形成了燃气、铁水与熔渣分别通过各自流道上升和下降。这样就减少了铁水与燃气的接触机会，降低了铁水中合金元素的烧损。
耐火炉床底部圆拱结构，圆拱高度H2设计为300-350mm。一是圆拱形结构受力分布最为合理，四周受力大耐火材料较厚，中心受力小耐火材料较薄，具备较高的抗压和抗冲击能力；二是圆拱形结构有利于燃烧室燃气充分燃烧和冲天炉气流的均匀分布。
所述耐火炉床的综合性能：炉床耐火材料工作温度1600-1750℃，整体抗压6-8吨以上，铸铁熔炼有效使用时间12-16小时，出铁温度1450-1550℃；岩棉熔炼有效使用时间18-20小时，出炉温度1380-1450℃。
综上所述，本发明的有益效果是：
（1）所述的耐火炉床，简化了燃气冲天炉结构要素，由原来的燃烧室、水冷炉栅和耐火球三要素，变为燃烧室、耐火炉床两要素，解决了水冷炉栅热量和水资源损失的技术问题，节约大量水资源，降低能耗10-15%以上，提高了铁水出炉温度。
（2）所述的耐火炉床上端环形圆凸凹结构以及燃气、铁水与熔渣分别上升与下降蜂窝状流道，与现有燃气冲天炉相比，减少了铁水与燃气的接触机会，降低了合金元素的烧损。
（3）所述的耐火炉床下端的圆拱形结构，与现有燃气冲天炉相比火焰聚集、孔道畅通,火焰作用发挥更充分而且迅速。
（4）所述的耐火炉床制备简便，可节约大量烧结能源，使用操作简单，可实现快速更换，工作安全性提高。
附图说明
图1是燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床安装位置剖面图。部件A（虚线部分）是燃气冲天炉的炉料熔化和预热段；部件B（实线部分）是本发明所述的燃气冲天炉整体式蜂窝状耐火炉床，替代了现代燃气冲天炉的水冷炉栅和耐火球；部件C（虚线部分）是燃气冲天炉的燃烧室和铁水熔池段。
图2是燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床结构剖面图。图中序号1和2分别是耐火炉床外壳与耐火材料；图中序号3是燃气上升流道，热气流经该流道一方面把炉床加热，形成炉床过热带，另一方面与炉料接触，在炉床上表面形成一定的熔化带，把炉料熔化；图中序号4是铁水与熔渣流道，熔化的铁水与熔渣经该流道过热并下落到铁水熔池；图中序号5和6分别是炉床环形圆凸台和凹沟，为燃气、铁水与熔渣分别通过各自流道形成条件。
图3是耐火炉床蜂窝状结构图图2的俯视图。
具体实施方式
实施例1
一种燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床，替代2t/h燃气铸铁熔炉水冷炉栅和耐火球的实施例：炉床高度H1为600mm；炉床外壳锅炉钢板厚度6mm；耐火浇注料由82%的中性氧化铝粉和12%的碳化硅粉为基料，5%的纯铝酸钙水泥为免烧结合剂，1%的金属铝粉、硼酸和三聚磷酸钠为复合添加剂组成；耐火床上端环形圆凸台和凹沟半径为R40mm，燃气流道通孔直径?30mm，间距50mm，铁水与熔渣流道通孔直径?20mm，间距40mm；圆拱形高度H2为300mm。
应用效果：出铁温度可以稳定1450℃左右，可连续使用12小时。
实施例2
一种燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床，替代3t/h燃气铸铁熔炉水冷炉栅和耐火球的实施例：炉床高度H1为700mm；炉床外壳锅炉钢板厚度7mm；耐火材料由中性氧化物基料、免烧结合剂和复合添加剂组成同实施例1相同；耐火床上端环形圆凸台和凹沟半径为R50mm，燃气流道通孔直径为?35mm，间距55mm，铁水与熔渣流道通孔直径?25mm，间距45mm；圆拱形高度H2为320mm。
应用效果：出铁温度可以稳定1500℃左右，可连续使用10小时。
实施例3
一种燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床，替代5t/h燃气铸铁熔炉水冷炉栅和耐火球的实施例：炉床高度H1为800mm；炉床外壳锅炉钢板厚度8mm；耐火材料由中性氧化物基料、免烧结合剂和复合添加剂组成同实施例1相同；耐火床上端环形圆凸台和凹沟半径为R60mm，燃气流道通孔直径为?40mm，间距60mm，铁水与熔渣流道通孔直径?30mm，间距50mm；圆拱形H2为350mm。
应用效果：出铁温度可以稳定1550℃左右，可连续使用8小时。
实施例4
一种燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床，替代3t/h燃气岩棉熔炉水冷炉栅和耐火球的实施例：炉床高度H1为600mm；炉床外壳锅炉钢板厚度6mm；耐火材料由中性氧化物基料、免烧结合剂和复合添加剂组成同实施例1相同；耐火床上端环形圆凸台和凹沟半径为R40mm，燃气流道通孔直径为?30mm，间距50mm，岩棉流道通孔直径?30mm，间距40mm；圆拱形H2为300mm。
应用效果：出铁温度可以稳定1380℃左右，可连续使用20小时。
实施例5
一种燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床，替代5t/h燃气岩棉熔炉水冷炉栅和耐火球的实施例：炉床高度H1为800mm；炉床外壳锅炉钢板厚度8mm；耐火材料由中性氧化物基料、免烧结合剂和复合添加剂组成同实施例1相同；耐火床上端环形圆凸台和凹沟半径为R60mm，燃气流道通孔直径为?40mm，间距60mm，岩棉流道通孔直径?40mm，间距50mm；圆拱形H2为350mm。
应用效果：出铁温度可以稳定1450℃左右，可连续使用18小时。
Claims (3)
1.一种燃气冲天炉用整体式蜂窝状耐火炉床，其特征是：高温耐火浇注料注入炉床外壳，常温固化免烧一次整体成型，耐火材料上均布垂直的蜂窝状流道通孔，炉床上端环形圆凸台和凹沟分别与燃气流道通孔、铁水与熔渣流道通孔对应，底部为圆拱形结构；
所述的炉床外壳由锅炉钢板制备，厚度6-8mm，高温耐火浇注料由82%的中性氧化铝粉和12%的碳化硅粉为基料，5%的纯铝酸钙水泥为免烧结合剂，1%的金属铝粉、硼酸和三聚磷酸钠为复合添加剂组成。
2.权利要求1所述的耐火炉床，其特征是：所述的耐火炉床总高度H1为600-800mm，耐火床上端的环形圆凸台和凹沟半径R40-60mm，燃气流道通孔直径为?30-40mm，间距50-60mm，铁水与熔渣流道通孔直径?20-30mm，间距40-50mm，底部圆拱形高度H2为300-350mm。
3.权利要求1或2所述的耐火炉床，其特征是：所述的耐火炉床工作温度为1600-1750℃，整体抗压6-8吨，铸铁熔炼有效使用时间12-16小时，出铁温度1450-1550℃；岩棉熔炼有效使用时间18-20小时，出炉温度1380-1450℃。
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