摘要：本文根據(jù)工作經(jīng)驗介紹了沖天爐底焦的一些操作技巧。
沖天爐內(nèi)的焦炭分為爐缸內(nèi)的焦炭、底焦、層焦三部分。正常熔化期間，爐缸內(nèi)的焦炭不燃燒，層焦由于缺氧和未達(dá)到燃燒溫度也無法燃燒。爐內(nèi)燃燒的焦炭只有底焦，底焦燃燒是金屬爐料熔化、鐵液過熱最根本的熱能來源，底焦的燃燒狀態(tài)直接決定沖天爐的熔化率、鐵液溫度等。底焦操作屬于沖天爐操作的關(guān)鍵技術(shù)，只要正確調(diào)控底焦高度，爐況一般不會出現(xiàn)大問題。本文結(jié)合工作經(jīng)驗，圍繞底焦調(diào)控的操作技巧介紹了沖天爐的有關(guān)操作問題，希望能起到拋磚引玉作用。
1.底焦操作的理論基礎(chǔ)
沖天爐網(wǎng)格圖（如下圖）反映了風(fēng)量、鐵焦比、鐵液溫度、熔化率四者之間的復(fù)雜關(guān)系，沖天爐網(wǎng)格圖是指導(dǎo)底焦操作的理論基礎(chǔ)。通過網(wǎng)格圖可以看出，在鐵焦比一定的條件下，增大風(fēng)量可以提高沖天爐的熔化率；在風(fēng)量一定的條件下，增大焦耗則沖天爐的熔化率下降、鐵液溫度提高。如果用最簡明的語言表述網(wǎng)格圖所反映的沖天爐熔化規(guī)律，可以說鐵液溫度是底焦高度的標(biāo)尺，而熔化率不僅是風(fēng)量的標(biāo)尺，而且與底焦高度有關(guān)。
除了鐵焦比、風(fēng)量影響底焦高度外，爐襯侵蝕引起的爐膛擴大也直接影響底焦高度。僅僅穩(wěn)定鐵焦比、穩(wěn)定風(fēng)量并不能達(dá)到穩(wěn)定底焦高度的目的，穩(wěn)定底焦高度還需要考慮爐襯侵蝕因素。由于底焦高度不僅與鐵焦比、風(fēng)量有關(guān)，而且與爐襯侵蝕有關(guān)，同時由于底焦高度無法直接觀測，因此底焦高度屬于沖天爐操作中最難控制的作業(yè)參數(shù)。
底焦高度即爐內(nèi)燃燒著的焦炭的高度，也就是第一排風(fēng)口中線與底焦頂面之間的鉛垂高度。沖天爐的底焦高度無法直接觀測，只能通過熔化率、鐵液溫度、爐渣溫度進(jìn)行綜合分析判斷。在風(fēng)量一定的情況下，如果鐵液溫度偏低、爐渣粘度增大，同時沖天爐的熔化率有所增加，則說明底焦高度偏低，需要及時增焦提高底焦高度；如果鐵液溫度偏高、同時沖天爐的熔化率有所降低，則說明底焦高度偏高、需要及時增風(fēng)或者減焦適當(dāng)降低底焦高度。
沖天爐的網(wǎng)格圖
由于爐渣熔點大大高于鐵液熔點，爐渣溫度明顯影響爐渣粘度，因此爐渣粘度更靈敏地反映了底焦高度的變化。如果熔劑加入量未變、風(fēng)量未變，而爐渣粘度明顯增高，則說明底焦高度已經(jīng)降低，需要及時增加層焦、補充底焦；如果熔劑加入量未變、風(fēng)量未變，而爐渣粘度明顯降低，則說明底焦高度已經(jīng)增高，需要及時減少層焦、調(diào)低底焦高度?？傊?，爐渣粘度的微小變化，靈敏地指示了底焦高度的變化，細(xì)心觀測爐渣粘度可以判斷底焦高度。
2.底焦高度調(diào)控的風(fēng)焦配合技巧
風(fēng)量增減、鐵焦比增減是控制沖天爐底焦高度的兩種基本手段。穩(wěn)定底焦高度必須首先穩(wěn)定鐵焦比、保證鐵焦平衡，同時需要穩(wěn)定保持沖天爐的鼓風(fēng)量、保證風(fēng)焦平衡。鐵焦失衡會引起底焦高度的變化，風(fēng)焦失衡會引起底焦高度的迅速變化。
底焦高度可以通過風(fēng)量調(diào)控，如果底焦偏高，增加風(fēng)量可以使底焦高度迅速降低；如果底焦偏低，減少風(fēng)量可以使底焦逐步提高。通過風(fēng)量增減可以迅速改變底焦高度，收到立竿見影的效果。由于爐料從加料口到達(dá)熔化區(qū)一般需要30～50min時間，因此通過鐵焦比調(diào)控底焦高度需要一定時間。
如果沖天爐的風(fēng)量合適，層焦量過大引起了底焦高度增加，應(yīng)該首先適當(dāng)減少層焦用量，同時臨時適當(dāng)增大風(fēng)量，控制底焦高度繼續(xù)增高，增風(fēng)期間沖天爐的熔化率會有所增加。增風(fēng) 30～50min后、當(dāng)減少層焦的爐料到達(dá)熔化區(qū)時，必須及時減少風(fēng)量、恢復(fù)沖天爐的原來風(fēng)量。
如果風(fēng)量合適，層焦量過小引起了底焦高度降低，應(yīng)該立即減風(fēng)增焦，通過減風(fēng)防止底焦高度的進(jìn)一步降低，減風(fēng)增焦后 30～50min、當(dāng)增加了層焦的爐料到達(dá)熔化區(qū)時，及時增加風(fēng)量、恢復(fù)沖天爐的原來風(fēng)量。
如果層焦量合適，風(fēng)量偏小引起底焦高度增加，應(yīng)該立即增加風(fēng)量；如果風(fēng)量偏大引起底焦高度下降，應(yīng)該立即減風(fēng)、防止底焦高度的進(jìn)一步降低，同時立即補加一批接力焦，加接力焦后 30～50min、當(dāng)接力焦到達(dá)熔化區(qū)時，及時增大沖天爐的風(fēng)量。
3.沖天爐增風(fēng)的操作規(guī)則
增加風(fēng)量可以迅速提高沖天爐的熔化率，在實踐中我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，增風(fēng)往往導(dǎo)致爐況紊亂甚至沖天爐事故。筆者在長期實踐中摸索出了增風(fēng)提高沖天爐化率的操作規(guī)則：增風(fēng)前30～50min左右，預(yù)先增加爐料中的層焦量，當(dāng)增加了層焦量的爐料到達(dá)底焦頂面時，再增加風(fēng)量、提高沖天爐的熔化率。此操作方法的理論依據(jù)為：增風(fēng)必定增加焦炭消耗、增加底焦高度。增風(fēng)前先增焦，可以避免增風(fēng)引起的底焦高度下降，穩(wěn)定和提高底焦高度。
目前一些鑄造廠在急需大量鐵液時，忽視了先增焦、后增風(fēng)的操作規(guī)則，增風(fēng)操作手法粗糙。增加層焦后未等到增加的焦炭到達(dá)熔化區(qū)便開始增風(fēng)，甚至在不增加層焦的情況便任意增風(fēng)，導(dǎo)致沖天爐底焦高度、鐵液溫度大幅度降低，甚至沖天爐故障。如果違背沖天爐增風(fēng)的操作規(guī)則倉促增風(fēng)，出故障后恢復(fù)爐況到正常狀態(tài)一般需要很長時間，期間不僅未提高鐵液產(chǎn)量，而且減少了沖天爐的鐵液產(chǎn)量。
4.風(fēng)焦遞增作業(yè)法
風(fēng)焦遞增作業(yè)法即層焦與風(fēng)量逐步增加的作業(yè)方法，該作業(yè)法適合于普通沖天爐使用。普通沖天爐存在爐膛侵蝕、爐膛逐步擴大，需要逐步增加風(fēng)量，以保證一定的鼓風(fēng)強度、鐵液溫度；同時爐膛擴大直接導(dǎo)致底焦高度下降，因此普通沖天爐需要根據(jù)爐膛侵蝕逐步增加風(fēng)量、需要使用接力焦。沖天爐增風(fēng)與加接力焦均容易引起底焦高度的波動，導(dǎo)致爐況紊亂。改用風(fēng)焦遞增作業(yè)法可以******限度減少底焦波動，穩(wěn)定沖天爐的爐況。該作業(yè)法的具體作法為：在層鐵量不變的情況下，根據(jù)爐膛侵蝕速度，每批爐料中的焦炭均稍微多于上一批，層焦量一直按一定數(shù)值逐步增加；同時逐步增加風(fēng)量。如果普通沖天爐按風(fēng)焦遞增作業(yè)法操作，可以基本取消接力焦，******限度穩(wěn)定底焦高度。
普通沖天爐采用風(fēng)焦遞增作業(yè)法，需要根據(jù)爐襯侵蝕規(guī)律、經(jīng)過一段時間的逐步摸索。目前一些鑄造廠習(xí)慣于用接力焦調(diào)整底焦高度，一些鑄造廠甚至規(guī)定每10批爐料加1次接力焦。接力焦不僅會引起底焦高度的較大波動，而且容易引起燃料浪費。應(yīng)該逐步認(rèn)識到：接力焦屬于補償爐襯侵蝕、提高沖天爐底焦高度的一種不得已手段，應(yīng)該盡量減少接力焦的使用。水冷長爐齡沖天爐不存在爐膛侵蝕擴大問題，一般不應(yīng)該使用接力焦。但目前一些水冷爐沿用普通爐的操作習(xí)慣，仍然大量使用接力焦。如果某沖天爐確實需要每10批爐料加1次接力焦，則說明該沖天爐的層焦量偏少，應(yīng)該將接力焦量分?jǐn)側(cè)雽咏埂⒃龃髮咏沽?，取消接力焦?/span>
5.計劃停風(fēng)的底焦操作技巧
目前一些沖天爐計劃停風(fēng)前，不考慮停風(fēng)期間的底焦損耗問題，未采取相應(yīng)的底焦高度調(diào)控措施直接停風(fēng)，沖天爐恢復(fù)送風(fēng)后很長一段時內(nèi)，不僅熔化率低、而且鐵液溫度低，嚴(yán)重地影響了正常生產(chǎn)。
為了使沖天爐恢復(fù)送風(fēng)后迅速恢復(fù)正常狀態(tài)，必須根據(jù)停風(fēng)時間的長短，停風(fēng)前在爐內(nèi)額外加入一定量的焦炭，以補償停風(fēng)期間底焦高度的損耗，保證停風(fēng)期間底焦高度不降低。具體作法為：計劃停風(fēng)前跟隨爐料預(yù)先在爐內(nèi)額外添加一定量焦炭并繼續(xù)送風(fēng)熔化30～40min，當(dāng)額外添加的焦炭達(dá)底焦頂面時停風(fēng)。如果實際停風(fēng)時間超過了預(yù)計時間，應(yīng)該在預(yù)計停風(fēng)時間到達(dá)時首先恢復(fù)送風(fēng)，然后在底焦頂面再次添加適量焦炭、再停風(fēng)。
按照上述停風(fēng)技巧操作，不僅可以時刻保證沖天爐的底焦高度，時刻保持良好爐況，而且可以大幅度延長停風(fēng)時間。有關(guān)鑄造廠應(yīng)該逐步改革目前沖天爐停風(fēng)的粗糙操作手法，推行新的停風(fēng)操作方法，提高沖天爐操作的技術(shù)水平。
6.有關(guān)底焦傳統(tǒng)操作規(guī)程的兩項改革
目前幾乎所有的沖天爐操作規(guī)程均規(guī)定：測定底焦高度后，首先在底焦頂面加2～3批層料量的石灰石，然后按配料單逐層加料至料面與加料口平齊，悶爐30～40min后開風(fēng)熔化。上述傳統(tǒng)作業(yè)規(guī)則有兩項需要改革，其一為在底焦頂面添加熔劑（石灰石），其二為裝滿料后悶爐30～40min。
傳統(tǒng)工藝規(guī)則之所以規(guī)定在底焦頂面加石灰石，其目的在于用堿性熔劑中和底焦中的酸性灰分、促使底焦表面的爐渣層脫離焦炭表面，增加底焦與空氣的接觸幾率、改善底焦的燃燒條件，迅速提高爐溫。但是由于沖天爐熔化初期，焦炭、爐渣、鐵液、爐膛各處的溫度均不高，同時由于爐渣的熔點一般高于鐵液的熔點，如果加入石灰石促使底焦中的爐渣向下流動，爐渣很容易凝結(jié)在爐缸中，阻塞鐵液的下行通道，造成鐵液灌入風(fēng)口的事故；如果爐渣凝結(jié)在過橋中，很可能造成過橋阻塞事故。
目前北方的一些鑄造廠已經(jīng)取消了底焦頂面的熔劑（石灰石），不僅不在底焦頂面加熔劑，而且在首先的兩批爐料中也不加熔劑，大幅度推遲了爐渣下行的時間，可以確保熔化初期爐渣不在爐缸、過橋中凝結(jié)，可以有效防止鐵液灌風(fēng)口、爐渣阻塞過橋的事故。
沖天爐裝滿爐料后開風(fēng)熔化前，打開風(fēng)口窺視蓋，使?fàn)t料預(yù)熱的過程稱為悶爐。傳統(tǒng)操作工藝認(rèn)為悶爐可以使金屬爐料充分預(yù)熱，提高頭茬鐵液的溫度。目前大量的熔化實踐證明，是否悶爐、悶爐時間的長短與頭茬鐵液的溫度并不存在必然關(guān)系。因此雖然絕大多數(shù)操作規(guī)程仍要求悶爐，但許多沖天爐實際已經(jīng)取消了悶爐，加滿爐料后直接送風(fēng)熔化，提高了鑄造廠的勞動生產(chǎn)率。
兩物體間熱交換的基本規(guī)律為：兩者的溫差越大，熱交換的動力越大、交換的熱量越大。悶爐階段焦炭處于低溫燃燒狀態(tài)，所產(chǎn)生爐氣的溫度不高，爐氣與金屬爐料之間的對流換熱動力不大，并不利于金屬爐料從爐氣中獲得熱量。同時，由于金屬爐料屬于熱的優(yōu)良導(dǎo)體，認(rèn)為悶爐延長了爐料預(yù)熱的時間、有利于提高爐料心部溫度的觀點也缺乏科學(xué)依據(jù)。總而言之，認(rèn)為悶爐有利于爐料預(yù)熱、提高頭茬鐵液溫度的觀點不符合熱工學(xué)的基本原理。悶爐目前已經(jīng)不屬于沖天爐熔化操作的必要程序，鑄造廠應(yīng)該根據(jù)各自的爐料現(xiàn)狀、操作習(xí)慣及時修正有關(guān)操作規(guī)程。
7.雨雪天的底焦控制
目前所有的配料設(shè)備均不具備根據(jù)水分含量調(diào)整層焦量的功能，雨雪天焦炭水分增加，往往導(dǎo)致層焦不足、底焦高度下降、很容易導(dǎo)致熔化故障。因此必須特別注意雨雪天、潮濕季節(jié)的沖天爐底焦控制問題。
實驗表明，焦炭浸透水表面風(fēng)干后質(zhì)量增加15～20%，******可增加25%。沖天爐所使用的焦炭必須預(yù)先進(jìn)行水分測試，根據(jù)水分含量及時調(diào)整稱量設(shè)備的層焦定值。為了控制好雨雪天、潮濕季節(jié)的底焦高度，必須堅強雨雪天的焦炭水分測試，根據(jù)焦炭水分及時調(diào)整層焦定值。當(dāng)雨雪天爐溫持續(xù)走低時，應(yīng)該首先想到焦炭水分問題，提高層焦定值、盡快恢復(fù)底焦高度。
目前一些鑄造廠露天存放焦炭，焦炭水分含量波動很大，雨雪天、潮濕季節(jié)很容易使沖天爐層焦不足、底焦高度不足，頻繁引起沖天爐故障，應(yīng)該引起高度注意并應(yīng)逐步改進(jìn)。
本文以底焦調(diào)控為核心說明了風(fēng)焦配合、先焦后風(fēng)等沖天爐操作技巧。雖然底焦操作屬于沖天爐最關(guān)鍵的操作技術(shù)，但要掌控好沖天爐、成為沖天爐操作的行家里手，還需要注意其它方面的操作問題。作者根據(jù)多年工作經(jīng)驗歸納了沖天爐操作的一些要點、編寫為以下歌訣，供從事沖天爐操作的同仁們參考：
理順?biāo)悸钒押藐P(guān)，開好爐子也簡單：
儀表風(fēng)機加料機，維修完好心方安。
精選爐料除泥砂, 堆放焦炭忌露天。
爐料必須破斷小，杜絕棚料需事先。
風(fēng)口過橋精心修，烘干烘透防麻煩。
全部爐料需過秤，稱量設(shè)備常校驗。
料面穩(wěn)定風(fēng)自穩(wěn)，克服吊料壞習(xí)慣。
手腳麻利多思考，勤看四口[1]有主見。
熔速[2]不足增風(fēng)量，溫度[3]偏低快增炭。
熔速溫度風(fēng)和焦，相互依存互牽連。
風(fēng)足焦?jié)M爐況順，底焦高度最關(guān)鍵。
缺焦少風(fēng)爐溫低，爐渣粘度首先變。
增風(fēng)操作戒急躁，增焦之后掐時間。
熔化中間遇停風(fēng)，預(yù)補底焦顯手段。
打爐需要早準(zhǔn)備，搶焦同時保安全。
虛心好學(xué)多看書，成為把式并不難。
[1]四口：指可以觀察判斷爐內(nèi)狀態(tài)的風(fēng)口、加料口、出鐵口、出渣口等。
[2]熔速：指熔化速度即熔化率。
[3]溫度：指爐渣溫度與鐵液溫度,尤其需要注意爐渣的溫度與粘度。
