锅炉配件铸造铁液的熔炼技术要求

　　锅炉配件获得合格的、高质量的液态金属是凝固成形技术的非常重要的方面。

　　锅炉配件对于不同的铸造合金，要获得合格的、高质量的液态金属，由于熔点与炉气的反应情况及氧化情况的不同，必须采用不同的设备及熔炼方法。

　　熔炼锅炉配件铸铁的设备有：冲天炉、反射炉、电弧炉、工频炉等，其中冲天炉应用最广。

　　在冲天炉的熔炼过程中，是通过焦碳的燃烧放出热量使固体的金属炉料熔化并过热后成为液体金属的。

　　在冲天炉的熔炼过程中，高温的炉气不断上升，炉料不断下降，在两者的逆向运动中产生如下过程：

　　底焦燃烧;

　　金属炉料被预热、熔化和过热;

　　熔化的金属液与炉气及焦碳接触而发生冶金反应，使金属原液成分发生变化。

　　因此，金属在冲天炉内并非简单的熔化，实质上会产生一系列复杂的高温冶金反应，因此其实质为冶炼过程。

图5-6 冲天炉内炉气与温度的变化

　　来自鼓风机的空气经风口进入炉内与风口以上的底焦发生完全燃烧反应，产生CO2并放出大量的热，在风口以上随空气中的O2与焦碳的燃烧反应进行，使CO2逐渐增加，O2逐渐减少，直至消失。从风口到炉气中O2完全消失的区域称为氧化带。氧化带顶面为炉温最高的区域，约1600～1700℃。

　　含有CO2大量的高温炉气在继续上升的过程中与焦碳发生还原反应，生成CO，并吸收大量的热，因而使炉气中的CO2减少、CO增多，炉温下降。当炉温到达1000℃左右的区域时，CO2的还原反应不再进行。从氧化带最上层到还原反应停止的区域称为还原带。还原带最上层直至加料口称为预热带，因此处炉温已较低，又无氧气，故仅通过对流传热对炉料起预热作用，而炉气成分则基本不变。风口以下为炉缸区，因无炉气流动，焦碳不燃烧。

　　从上述炉气及温度沿冲天炉高度方向的变化规律可见，焦碳的燃烧反应主要是在风口以上的底焦层中进行，层焦在未进入到底焦高度内之前几乎不燃烧。层焦的作用在于补充底焦的消耗，以维持底焦高度的不变。

　　金属炉料自装料口装入后，迎着上升的高温炉气，随着熔化过程的进行面逐渐下降，并被逐渐加热到熔化的温度。当温度达到1200～1300℃时，开始熔化成铁水滴。铁水滴在下落过程中通过过热区，被高温炉气和炽热的焦碳进一步过热，最后通过炉缸区流入前炉储存待用。

　　炉料中的石灰石在700℃左右分解成石灰，这种碱性氧化物与焦碳燃烧后的灰分和被侵蚀的炉衬材料等酸性氧化物结合成低熔点、密度较小的液态炉渣，通过出渣口排出炉外。

　　从上述冲天炉的熔炼过程中，可以得出以下结论：

　　炉料(铁液)与炽热的焦碳及高温炉气直接接触，因此炉料(铁液)中的化学成分会通过一些冶金反应而产生变化，台易氧化元素硅和锰将产生氧化，形成氧化物进入炉渣;

　　铸造锅炉配件的铁液中的碳会产生氧化而变成CO或CO2气体;

　　而同时当铁液直接与焦碳接触时，焦碳中的碳及硫又会通过扩散而进入铁液中。

　　因此，在熔炼过程中，铁液中的某些元素会产生增、减。只有掌握了它们的变化规律，在配料时加以考虑才能获得预期化学成分的铁液。此外，从上述熔炼过程可见，由于炉料(铁液)在高温下与氧化性炉气(CO2　、O2)直接接触，因此，用冲天炉来熔炼具有较高合金元素含量的铁液(如高铬铸铁)将使得这些元素严重氧化，不仅浪费了合金元素，而且也得不到预期成分的铁液。熔炼高合金的锅炉配件铸铁宜使用电弧炉或感应电炉。