1、沖天爐熔煉基本原理
（1） 底焦燃燒：沖天爐底焦燃燒可以劃分為兩個區(qū)帶：
A、氧化帶：從主排風(fēng)口到自由氧基本耗盡，二氧化碳濃度達(dá)到值的區(qū)域。
B、還原帶：從氧化帶頂面到爐氣中[CO2]/[CO]濃度基本不變的區(qū)域，從風(fēng)口引入的風(fēng)容易趨向爐壁，形成爐壁效應(yīng)，形成一個下凹的氧化帶和還原帶，對熔化造成不利影響。
①不易形成一個集中的高溫區(qū)，不利于鐵水過熱；
②加速了爐壁的侵蝕；
③鐵料熔化不均勻，鐵液不易穩(wěn)定下降,影響化學(xué)成分。
解決方法：
①采用較大焦炭塊度，使風(fēng)均勻送入；
②采用插入式風(fēng)嘴；
③采用曲線爐膛；
④采用送風(fēng)系統(tǒng)；
⑤熔煉過程中為使焦炭不易損耗，送風(fēng)量要與焦炭損耗相適應(yīng)。
根據(jù)爐氣、爐料、鐵水濃度和溫度，爐身分為4個區(qū)域：
（1）預(yù)熱區(qū)：從加料口下沿，爐料表面到鐵料開始熔化的區(qū)域稱為預(yù)熱區(qū)，下面的爐氣溫度可達(dá)1200℃—1300℃，預(yù)熱帶的上部爐氣溫度為200℃—500℃。由于這一區(qū)域的平均溫度不高，爐氣黑度和輻射空間較小，爐氣在料層內(nèi)流速較大，爐料與爐氣之間的熱交換以對流為主，爐料在預(yù)熱區(qū)內(nèi)停留時間較長，一般為30分鐘左右，預(yù)熱區(qū)的高度受有效高度、底焦高度、爐內(nèi)料面的實際位置、爐料塊度、熔化速度、焦鐵比的影響。
（2）熔化區(qū)：從鐵料開始熔化到熔化完畢這一區(qū)域稱為熔化區(qū)，在實際熔煉過程中，底焦頂面高度的波動范圍大致等于層焦的厚度，熔化區(qū)內(nèi)的熱交換方式仍以對流為主，在實際熔煉過程中，熔化區(qū)不是一個平面區(qū)帶，而是一個中心下凹的曲面，從鐵水過熱和成分均勻度出發(fā)希望熔化區(qū)窄而平直，熔化區(qū)在爐內(nèi)位置的高低基本上是由爐氣和溫度分布狀態(tài)決定，也受焦炭的燒失速度、批料重量、爐料塊度等因素影響，這些因素將使鐵料的受熱面積、受熱時間、受熱強(qiáng)度發(fā)生變化，造成熔化區(qū)高度波動（影響出鐵溫度），當(dāng)焦鐵比一定，熔化區(qū)的平均高度將會因批料重量的減小而提高，從而擴(kuò)大了過熱區(qū)，提高了鐵水溫度，但是批料層不宜過薄，否則易混料使加料操作不便。
（3）過熱區(qū)：從鐵液熔化以后，鐵水下滴過程中，與高溫爐氣和熾熱的焦炭相接觸，溫度進(jìn)一步提高，此區(qū)域稱為過熱區(qū)（過熱區(qū)爐氣溫度一般在1600℃—1700℃）。過熱區(qū)內(nèi)以焦炭與鐵水接觸傳導(dǎo)傳熱為主，焦炭表面燃燒溫度對熱交換效果有重要影響。因而設(shè)法強(qiáng)化底焦燃燒，經(jīng)測定鐵水滴成鐵水小流穿越底焦的時間一般不超過30秒，而在這一區(qū)間內(nèi)鐵水卻要提高350℃左右，比預(yù)熱區(qū)大了24倍左右，其傳熱強(qiáng)度為11KJ/Kg.s，達(dá)到這樣高的傳熱強(qiáng)度，除了以高爐溫做保證外，還要保證底焦具有足夠的高度，這是提高過熱效應(yīng)的關(guān)鍵。
（4）爐缸區(qū)：在一般操作條件下，爐缸內(nèi)沒有空氣供給，焦炭幾乎不燃燒，此區(qū)域溫度一般不超過1520℃，所以對高溫鐵水來說，爐缸區(qū)是一個冷卻區(qū)，且爐缸越深，冷卻作用越大。為了提高此區(qū)域的溫度，可以適當(dāng)?shù)亻_渣口操作，但對鐵水的氧化程度有害，所以當(dāng)熔煉穩(wěn)定以后，還要閉渣操作。
3、冶金過程
金屬在沖天爐內(nèi)被預(yù)熱、熔化、過熱的過程中，金屬與爐氣、焦炭、爐渣相接觸，發(fā)生一系列的物理、化學(xué)、冶金反應(yīng)，引起鐵水化學(xué)成分的變化。
（1）、砂、焦炭中的灰分、金屬元素氧化形成的氧化物，以及侵蝕剝落的爐襯材料等相互作用形成爐渣，其主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁，這種粘滯的爐渣包附在焦炭表面，不僅阻礙燃燒，而且不利于冶金反應(yīng)的順利進(jìn)行。因此必須用熔劑加以中和和稀釋，以便順利地排除，熔劑主要是石灰石，加入量一般為焦炭重量的30%左右，爐渣的性質(zhì)通常以爐渣堿度衡量，堿性爐渣有利于爐內(nèi)的脫硫反應(yīng)，可以降低鐵水的含硫量。
（2）、化學(xué)成分的變化，沖天爐熔煉化學(xué)成分變化有如下規(guī)律：
①、含碳量的增加。鐵水的含碳量的變化，總是趨于共晶成分；
②、含硫量往往增加40%—99%，鐵水增硫量主要來自于焦炭；
③、磷量基本不變；
④、鐵、硅、錳等合金元素?zé)龘p，爐內(nèi)氧化作用越大，元素?zé)龘p越嚴(yán)重。
附：冷風(fēng)水冷無爐襯沖天爐
一期工程為12T
1、爐體結(jié)構(gòu)：上部為加料口，下面裝有料位傳感器和環(huán)形抽氣道（抽走氣物）。爐殼為圓錐形，上小下大，便于冷卻水順壁而下冷卻爐壁，自加料口至風(fēng)口這段爐身內(nèi)，除抽氣道砌有耐火材料外都沒有爐襯，在爐壁外殼設(shè)有多道的環(huán)形噴水管，用于噴淋，冷卻爐壁，風(fēng)口數(shù)量8個，為使空氣伸入到熔爐的中心，減少爐壁效應(yīng)，改善底焦燃燒，并避免高溫氣流沖刷爐壁，用水冷風(fēng)口插入爐內(nèi)供風(fēng)，爐缸內(nèi)砌有耐火材料，爐缸內(nèi)分別有出鐵口、除渣口可以進(jìn)行連續(xù)地出鐵和除渣，并且從沖天爐加料口下方抽出的爐氣經(jīng)過螺旋重力除塵以后，通過布袋除塵器。
2、沖天爐的水系統(tǒng)：由爐體及風(fēng)口冷卻水和沖渣水兩部分組成，爐體冷卻水和風(fēng)口冷卻水共用一套供水裝置，沖渣水單套供水裝置。沖天爐送風(fēng)系統(tǒng)采用高壓離心式風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率130KW ，額定風(fēng)量：3000m³/h。在環(huán)形抽氣道管道上配備一臺冷風(fēng)機(jī)，把抽出的氣體與冷風(fēng)機(jī)的氣體混合，將高溫爐氣降溫，一般應(yīng)降到150℃以下。爐后的加料系統(tǒng)采用計算機(jī)自動配料控制系統(tǒng)振動給料，傳感器傳輸數(shù)據(jù)，反饋回的數(shù)據(jù)由計算機(jī)計算后自動平衡爐料。上料機(jī)構(gòu)為爬式加料機(jī)，沖天爐設(shè)有微機(jī)控制室，通過屏幕監(jiān)測和控制設(shè)備。
4、主要特點：
①CO含量通常比CO2高，爐氣的燃燒比一般在40％左右，不超過60％，所以，爐氣氧化性弱，鐵和合金的燒損小，Si的燒損通常不到5％，渣中的氧化鐵含量低，一般不到2％，在弱氧化性條件下，熔煉鑄鐵是目前國內(nèi)外沖天爐較為普遍的一種操作方式目的是為了以的熔煉損耗獲得高溫優(yōu)質(zhì)鐵水。
②爐況穩(wěn)定連續(xù)工作時間長，這種熔煉爐由于沒有爐襯，在整個熔煉操作期間爐型和爐膛尺寸始終是穩(wěn)定的，風(fēng)量和風(fēng)口插入深度，都可以進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制因而爐況穩(wěn)定。此外，各種熔煉爐，沒有因為爐襯熔蝕所形成的爐渣，渣量只占熔煉鑄鐵重量的0.1-0.3％。由于渣量少，由爐渣（一般有爐襯沖天爐渣量3-6％）引起的鐵水化學(xué)成分的波動也就小。所以，鐵水化學(xué)成分含量正確控制并保持穩(wěn)定。熔爐的連續(xù)工作時間不再受爐襯壽命的制約，而主要取決于爐缸的壽命。
③調(diào)節(jié)范圍大，這種熔煉爐的風(fēng)量、風(fēng)口插入深度以及決定爐缸深度的爐底厚度都可以調(diào)節(jié)和改變，所以在保持鐵水溫度不變的情況下，熔爐的熔化率可以靈活的調(diào)節(jié)，熔爐的和熔化率可以相差一倍，在全部用廢鋼作爐料時，通過改變爐底厚度，可以熔煉得含C量低到2.8％，高至4.0％的鐵水。此外，通過造堿性渣（堿度1.3-1.6）可以將鐵水的含S量降到0.035％以下，因此，這種熔爐適用球墨鑄鐵管的生產(chǎn)。
④對周圍的環(huán)境污染小，由于爐氣凈化設(shè)備比較完善，經(jīng)過凈化后的爐氣含灰量僅為0.05-0.1g/m³，低于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)（不大于0.2g/ m³的標(biāo)準(zhǔn)）。
附：
一、 沖天爐熔煉過程
在熔化過程中底焦燃燒而消耗，為了保證整個熔煉過程連續(xù)正常進(jìn)行就必須及時得補(bǔ)充底焦，以此來始終保持底焦的高度。隨同鐵料一起加入的焦碳就可以補(bǔ)嘗底焦的消耗，熔化過程的底焦同點火前所加底焦不是同一高度，底焦的頂面是指金屬爐料大體熔清的位置。在底焦高度內(nèi)只有鐵水和熔渣不斷的穿過焦炭柱，它的高度和上界面的形狀隨熔化工藝和供風(fēng)方式而改變，底焦燃燒狀況（爐溫、爐氣成份、爐氣成分的分布）是沖天爐熔化過程的基礎(chǔ)，沖天爐的熔化過程就是合理的組織底焦燃燒，以此來獲得爐內(nèi)的高溫，同時造成鐵料與焦碳爐氣間的熱交換過程。
（一）、造渣過程
沖天爐燃燒和換熱過程中會從各個方面帶入爐內(nèi)各種各樣的氧化物，其中有焦碳的灰分、金屬爐料的鐵銹、粘土和砂子腐蝕掉的爐襯的。金屬爐料中一些元素的燒損也會產(chǎn)生氧化物，主要有二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鎂、氧化亞鐵其中以酸性氧化物二氧化硅為主，如果這些氧化物殘留在鐵水中會使鐵水粘度增大流動性下降，并惡化鑄件的機(jī)械性能，因此伴隨熔化過程必須有一個造渣過程，隨同每批爐料加入一定數(shù)量的溶劑，以便使這些化合物變?yōu)槿墼鼜臓t內(nèi)排出獲得干凈的鐵水和潔凈的焦碳表面。常用的造渣熔劑石灰石加入爐內(nèi)后逐步加熱到900℃時開始分解生成石灰，石灰（CaO）是較強(qiáng)的堿性氧化物可以同高熔點酸性氧化物組成低熔點的復(fù)雜鹽類，爐渣成分對沖天爐熔煉過程、鐵水質(zhì)量有重大影響，調(diào)整爐渣成分可以促成或者是阻礙一些反應(yīng)的進(jìn)行，按照組成物的化學(xué)性質(zhì)分有三類：酸性氧化物包括二氧化硅、五氧化二磷，堿性氧化物包括氧化鈣，氧化鎂，氧化錳，氧化亞鐵，中性氧化物包括氧化鋁。如果渣中的酸性氧化物多就稱為酸性渣，堿性=CaO%+MgO% ，堿性在0.8以下
SiO2%
時稱為酸性渣，堿性在0.8~1.0時稱為中性渣，1.0以上稱為堿性渣，在沖天爐內(nèi)還可以加入螢石（CaF2）用以降低爐渣熔點，這種氟鹽投爐以后可以生成氟化氫對人體極其有害，目前許多工廠已禁止使用。經(jīng)驗表明，不加入螢石對爐渣性質(zhì)并沒有不良影響。
（二）、單個焦碳或炭柱的燃燒
碳的燃燒具有兩個條件：溫度和氧，碳在一定溫度以上才能和氧發(fā)生燃燒反應(yīng)，溫度范圍是600~700℃，此范圍稱為碳的著火溫度，在這一溫度下，焦碳表面上的碳開始與空氣中的氧作用首先形成CxOy，然后分解成一氧化碳和二氧化碳并放出熱量這叫一次反應(yīng)，所生成的二氧化碳擴(kuò)散到焦炭表面就會被碳還原生成一氧化碳并吸收熱量CO2+C=2CO—3438千卡/公斤碳 （1-1）反應(yīng)條件溫度800~1200℃才可順利進(jìn)行，二氧化碳的氧被碳奪走生成一氧化碳，在化學(xué)上稱為二氧化碳的還原反應(yīng)，這一反應(yīng)消耗了碳而不放出熱量反而吸收了熱量，這是沖天爐燃燒過程所不希望的，一次燃燒的另一產(chǎn)物一氧化碳由焦炭表面擴(kuò)散出來與氧相遇可生成二氧化碳并放出熱量，CO+1/2O2=CO2+3000千卡/公斤碳，這個氣相反應(yīng)在一定空間壓力之下溫度在900~1000℃范圍內(nèi)才可能進(jìn)行，通過溫度、氧的數(shù)量和焦炭性質(zhì)等因素的變化調(diào)整一氧化碳和二氧化碳的數(shù)量，氧過剩時或者是溫度較高時可以獲得單一產(chǎn)量二氧化碳，此時每公斤碳只能放出2201千卡熱量C+1/2O2=CO+2201千卡/公斤碳,碳加氧分子生成二氧化碳叫做燃燒；碳加氧原子生成一氧化碳叫做不燃燒，不燃燒釋放的熱量只有燃燒的約三分之一，燃燒時每公斤碳需要供給8.89M3的空氣；不燃燒時每公斤碳需要供給4.44M3的空氣。實際上焦炭的燃燒過程屬于氣固多相反應(yīng)，包括氣體擴(kuò)散以及焦炭表面上的反應(yīng)等幾個環(huán)節(jié)，整個反應(yīng)過程的速度同各個環(huán)節(jié)的進(jìn)行速度有關(guān)。反應(yīng)所表現(xiàn)出來的速度決定于速度最慢的環(huán)節(jié)。溫度很高，氣流速度很低，化學(xué)反應(yīng)速度很大時整個燃燒反應(yīng)速度決定于氣體擴(kuò)散速度，就把它稱為擴(kuò)散區(qū)；相反溫度很低，氣流速度很高，整個燃燒反應(yīng)速度決定于化學(xué)反應(yīng)速度，就把它稱為動力區(qū)。如果化學(xué)反應(yīng)速度與氣體擴(kuò)散速度相接近，則稱為擴(kuò)散動力區(qū)。各種因素如溫度、氣流速度、焦炭性質(zhì)對燃燒速度的影響在上述三個區(qū)內(nèi)各不相同，如在動力區(qū)溫度作用非常大，提高溫度則反應(yīng)速度急劇上升，焦炭的反應(yīng)能力和比表面積也有影響；在擴(kuò)散區(qū)情況相反，氣體的擴(kuò)散起決定性作用，溫度的影響小的多，它通過對氣體的擴(kuò)散速度的影響起作用，焦炭的反應(yīng)能力不在起作用，但它的幾何因素（塊度、氣孔率）仍有影響；在擴(kuò)散動力區(qū)，溫度和擴(kuò)散因素都有明顯影響，介于擴(kuò)散區(qū)和動力區(qū)之間，根據(jù)焦炭燃燒的這些特點就可以選擇強(qiáng)化燃燒的措施。
（三）、焦層的燃燒過程
將焦炭堆積成層狀加熱到一定溫度后由底部通入空氣即開始焦層的燃燒過程。層炭的燃燒情況與單個焦炭有相似之處，空氣鼓入爐內(nèi)先被加熱到一定的溫度同焦炭接角后立即，燃燒消耗掉相當(dāng)多的氧，爐氣中出現(xiàn)一氧化碳和二氧化碳，放出熱量并殘留一部分氧氣，爐內(nèi)的溫度隨之上升，這種爐氣再與第二層焦炭相遇，除了氧可以與焦炭繼續(xù)反應(yīng)外，二氧化碳還可以被焦炭還原，一氧化碳可以同氧反應(yīng)生成二氧化碳，爐氣溫度繼續(xù)上升，第三層，第四層也是如此，不過氧越來越少，二氧化碳和一氧化碳含量不斷增加，爐氣溫度不斷升高，氧氣基本耗盡（實際上總有0.5%左右的殘留氧）的位置二氧化碳的含量也最多，爐氣的溫度達(dá)到值。氧氣基本耗盡以前的區(qū)域稱為氧化區(qū)（氧化帶），在氧化區(qū)內(nèi)同時存在二氧化碳、一氧化碳、氧和氮，一氧化碳和二氧化碳既月一次燃燒反應(yīng)產(chǎn)物，又有反應(yīng)式（1-1）（1-2）（1-3）（1-4）四個反應(yīng)式的綜合結(jié)果。氧化區(qū)內(nèi)，溫度上升很快可以達(dá)到1600℃以上，因此它屬于擴(kuò)散區(qū)，反應(yīng)速度決定于擴(kuò)散速度，氣體速度，氧氣濃度，焦炭幾何形狀對溫度和反應(yīng)速度也有影響，溫度的升高也利于氣體擴(kuò)散速度的增加，溫度值和的二氧化碳量，對層焦燃燒過程影響很大，溫度值和的二氧化碳量，受很多因素的影響，變化范圍也比較大，氧化區(qū)的上界面，隨著溫度值的增加而升高。即溫度高時，一氧化碳的含量反而多，這一規(guī)律看上去同爐氣成分和溫度的關(guān)系似乎相互矛盾，其實不然，理論燃溫度設(shè)有考慮燃燒所具有的空間、燃燒速度、和向四周介質(zhì)的熱幅射損失。在焦層燃燒過程中，這三個因素都對燃燒溫度和爐氣成分有很大影響，因此，焦層燃燒有它的規(guī)律。氧化區(qū)的大小同焦炭的塊度，鼓風(fēng)的氧濃度和鼓風(fēng)溫度等因素有關(guān)，對通常的鼓風(fēng)來講氧化區(qū)的大小等于4-5塊焦炭的疊高。焦炭氣孔率大（焦炭比較松孔隙多）反應(yīng)能力強(qiáng)則氧化區(qū)小；反之剛則大。爐氣離開氧化區(qū)繼續(xù)上升，此時爐氣反含有少量的氧和大量的二氧化碳、一氧化碳和氮，高溫下這種爐氣與高溫焦炭相遇只有二氧化碳發(fā)生還原反應(yīng)（1-1）要吸收熱量，因此爐氣溫度由值急劇下降。同時一氧化碳數(shù)量急劇減少爐氣溫度可必400-500℃當(dāng)二氧化碳還原反應(yīng)進(jìn)行的很微弱的爐氣成分不再發(fā)生明顯變化。在這個時間內(nèi)，從氧化區(qū)上界面到二氧化碳反應(yīng)革本停止的區(qū)域以二氧化碳還原為特征稱為還原區(qū)（還原帶），還原區(qū)的大小根據(jù)焦炭的性質(zhì)、鼓風(fēng)條件變化很大，約為氧化區(qū)的3-5%爐氣在還原區(qū)停留的時間很短，大約只有1/10s，二氧化碳和碳之間的反應(yīng)很難進(jìn)行，所以只有一部分二氧化碳還原成一氧化碳，還原區(qū)的下部溫度很高，反應(yīng)式（1-1）處于擴(kuò)散區(qū)或是擴(kuò)散動力區(qū)還原區(qū)的上部溫度比較低，反應(yīng)處于動力區(qū)，因此二氧化碳的還原反應(yīng)進(jìn)行的程度除與焦碳炭性質(zhì)（幾何因素和反應(yīng)能力）有關(guān)外，同溫度也有密切的關(guān)系。溫度越高，二氧化碳還原反應(yīng)進(jìn)行的越激烈，爐氣中的一氧化碳越多還原區(qū)以上爐氣史殘留少量的氧，爐氣溫度已降到1000℃以下。爐氣很少與焦炭發(fā)生反應(yīng)，只是把熱量傳給自加料氧下落的爐料，這個區(qū)域稱為 預(yù)熱區(qū)（預(yù)熱帶），加料口爐氣成分決定于氧化區(qū)和還區(qū)的成分和溫度以及各區(qū)內(nèi)各個反應(yīng)進(jìn)行的程度。焦炭在氧化區(qū)和還原區(qū)都要消耗但是兩個區(qū)域氧化的介質(zhì)不同，熱效率也不同在氧化區(qū)內(nèi)，氧消耗的碳升高了爐溫在還原區(qū)內(nèi)二氧化碳消耗了碳防低了爐溫，從沖天爐熔化金屬來講不希望出現(xiàn)還原區(qū)介是提高爐氧溫度總會促使二氧化碳還原反應(yīng)的激烈進(jìn)行，出現(xiàn)更多的一氧化碳，焦層高度對加料口爐氣成分影響很大焦層高度超過氧化區(qū)+還原區(qū)之和時碳15-20塊焦炭的疊高，二氧化碳在原區(qū)內(nèi)有足夠長的道路同信碳接觸，二氧化碳還原反應(yīng)進(jìn)行的，相反焦層高度高度時，則還原區(qū)高度不夠，二氧化碳還原反應(yīng)進(jìn)行的不，加料口爐氣有比較多的二氧化碳底焦越薄，二氧化碳的含量越多，焦層燃燒這一特點，有助于我們了解沖天爐加料口的爐氣成分變化規(guī)律。
（四）、影響底焦燃燒的主要因素。
1、風(fēng)量 加大風(fēng)量可以增加氧的擴(kuò)散速度，提高焦炭的燃燒速度，增加風(fēng)量對氧化區(qū)和還原區(qū)的大小沒有顯著的影響，哈蟆在單位時間內(nèi)、單位氧化區(qū)空間內(nèi)燒掉了更多的焦炭，熱量更加集中了單位重量的焦炭向四周介質(zhì)的熱損失減少，這種效果反過來影響到爐氣的成分和溫度使?fàn)t內(nèi)的溫度上升不斷地升高必須導(dǎo)致還原區(qū)二氧化碳含量減少，一氧化碳含量增加。加大風(fēng)量，爐氣溫度上升，當(dāng)風(fēng)速至5m/s時變化不再明顯。
圖
在還原區(qū)的上界面，一氧化碳含量可達(dá)34%二氧化碳含量極少。增加風(fēng)量必須成比例地增加焦炭的用量，補(bǔ)充燒掉的焦炭，才能保證底焦穩(wěn)定在合適的高度。增加風(fēng)量不能提高爐氣中二氧化碳含量。
2、熱風(fēng) 提高鼓風(fēng)的溫度對底焦內(nèi)氧化區(qū)和還原區(qū)的大小爐氣成分和爐氣溫度都有顯著的影響，隨著鼓風(fēng)溫度的升高，氧向焦炭表面擴(kuò)散速度增加，提高了氧的消耗速度，焦炭的燃燒速度，也隨著內(nèi)溫的增加成正比例增加，氧化區(qū)的高度與熱風(fēng)溫度的升高成反比，熱風(fēng)溫度每升高100℃，氧化區(qū)高度減少12%，還原區(qū)高度也縮小，因此氧化區(qū)和還原區(qū)熱輻射損失減少，熱量更集中爐氣溫度急劇上升，熱風(fēng)溫度每上升100℃，可使?fàn)t氣溫度升高70℃。
3、富氧送風(fēng) 富氧也可以起到熱風(fēng)的同樣效果，一般的方法是將氧加入到鼓風(fēng)中隨風(fēng)速入爐內(nèi)，提高鼓風(fēng)的含氧量，能相對降低氮，并增加氧的擴(kuò)散速度，從而強(qiáng)化了焦炭的燃燒過程，隨著氧化濃度增加，焦炭的燃燒速度直線上升，氧濃度每提高1%，氧化區(qū)高度縮小5%，爐氣溫度上升50-60℃，對于出鐵溫度相當(dāng)于熱風(fēng)溫度增加了70-80℃的效果，當(dāng)氧濃度為25%時，爐氣的溫度達(dá)到1900℃以上，氧濃度大于25%時，氣濁度上升變緩，提高氧濃度可以增加氧化區(qū)的二氧化碳含量，在還原區(qū)內(nèi)隨著氯濃度的增加，一氧化碳的含量也增加，這是由于溫度升高了二氧化碳的還原反應(yīng)加強(qiáng)了。測試數(shù)據(jù)表明，加料口爐氣的一氧化碳含量達(dá)到了很高的數(shù)值。
4、焦炭塊度 焦炭質(zhì)量（化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)）是影響底焦燃燒的重要因素，變更焦炭底焦燃燒效果可以發(fā)生比較大的變化，焦炭的質(zhì)量包括化學(xué)性質(zhì)和物理機(jī)械性能兩部分，化學(xué)性質(zhì)包括固定碳的含量、灰分的含量揮發(fā)分的含量，硫分的含量?？扇夹院蛷?qiáng)度。固定碳是焦炭的主要組成部分，它是可燃部分，越多越好，灰分是一些不可燃的無機(jī)化合物，淡僅不能放出熱量，還以造渣的形式吸收大量的熱量，灰分的含量越低越好，揮發(fā)物是由碳?xì)浠衔锝M成的可燃部分，不過在較低溫度下就會揮發(fā)掉，這部分熱量不能用于過熱鐵水，越低越好，焦炭中的水分要做為驗收標(biāo)準(zhǔn)水分在沖天爐的上部就蒸發(fā)掉，使預(yù)熱帶的爐氣溫度降低，可燃性是指焦炭與空氣反應(yīng)的能力，它的檢測方法：取一標(biāo)準(zhǔn)的試塊，測量確定的高溫下與空氣作用時的燃燒速度，單位是g/s；反應(yīng)性（還原性）的測量方法如下：稱取一定數(shù)量的焦炭放入試管內(nèi)，加熱到一定的溫度（900-1000℃）與二氧化碳?xì)饬鹘佑|，升成一氧化碳，反應(yīng)性用R表示公式。要求R≤24%，焦炭的可燃性與反應(yīng)笥有一定聯(lián)系，除與碳原子的活度有關(guān)外，還受焦炭塊的大小，氣孔率，顯微裂紋的影響。塊度小，氣孔率高顯微裂紋高，單位體積的表面積大，可燃性和反應(yīng)性高，從充分利用焦炭發(fā)熱值的角度出發(fā)，希望反應(yīng)性越低越好，可燃性越高越好，前者可以少生成一氧化碳，后者可以加快燃燒速度，有助于提高燃燒過程的燃燒溫度，但是各種焦炭的可燃性和反應(yīng)性都隨著溫度的升高而增加。在高溫下，例如沖天爐的氧化區(qū)內(nèi)，這兩種性質(zhì)不影響燃燒反應(yīng)和二氧化碳的還原反應(yīng)，因為高溫下，氣體的擴(kuò)散支配著反應(yīng)的進(jìn)行，而在還原區(qū)的上部，爐氣溫度已比較低，焦炭的反應(yīng)性影響到反應(yīng)的進(jìn)行，要求鑄造用焦的R值<24%以降低加料口爐氣中的一氧化碳含量，鑄造用焦也應(yīng)該限制氣孔率氣孔率的測定方法：先測出焦炭的視比重，再測出焦炭的真比重，公式，一般要求鑄造用焦的氣孔率在50%以下，以40-43%為值。焦炭的熱穩(wěn)定性對底焦的燃燒影響很大，包括兩部分，一是受熱沖擊以后是否開裂，二是高溫下強(qiáng)度值的大小，焦炭在爐內(nèi)受到爐料的擠壓、沖擊，在變化劇烈地?zé)釠_擊下工作，如果熱穩(wěn)定性差，則裂成小塊，底焦的燃燒受到影響。焦炭熱穩(wěn)定性的測定方法：在通氮的密閉容器內(nèi)加熱到1300℃然后隨爐冷卻到室溫，在從4米高的位置自由落在鋼板上，如此反復(fù)兩次，根據(jù)破碎的數(shù)目與原焦炭重量的差值計算熱穩(wěn)定數(shù)據(jù)。公式
強(qiáng)度是衡量焦碳質(zhì)量的重要指標(biāo)，用轉(zhuǎn)鼓測量的方法進(jìn)行檢測：取410千克焦碳放入轉(zhuǎn)鼓篩公式經(jīng)過轉(zhuǎn)動一段時間由于焦炭之間碰撞，塊度減小，小顆粒從篩孔掉出，稱量留在轉(zhuǎn)鼓篩內(nèi)的焦炭數(shù)量；即可得出焦炭的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度，鑄造用焦要求轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度≥300千克，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度是對常溫而言，不反高溫下的機(jī)械性能。經(jīng)研究表明，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度高的焦炭，高溫機(jī)械性能也高，因此可以用常溫強(qiáng)度表示高溫強(qiáng)度的高低。
與小塊焦相比，大塊焦之間孔隙大，有利于一氧化碳燃燒生成二氧化碳的反應(yīng)，因此爐中的二氧化碳含量增加，例如塊度由20-30mm增加到40-60mm二氧化碳含量由13。5%提高到17%。大塊焦炭的使用也可以擴(kuò)大氧化區(qū)，這樣燃燒放出的熱量不能集中在較小范圍內(nèi)，散熱面積也加大，使?fàn)t內(nèi)的溫度下降。在還原區(qū)內(nèi)，焦炭塊度增大時，二氧化碳含量也升高，從獲得高溫的角度出發(fā)，焦炭塊度不宜過大，但也不能過小，焦炭塊度過大，增加散熱損失，焦炭塊度過小，由于阻力增大鼓風(fēng)難以進(jìn)入爐內(nèi)，不能保證燃燒強(qiáng)度，因此焦炭大小對不同的爐徑有一個的范圍值，
5、爐徑，爐子的直徑也影響燃燒過程。爐徑大，氧化區(qū)內(nèi)每公斤內(nèi)焦炭的散熱損失減少，爐溫上升，爐氣中的一氧化碳含量增加。爐徑由600mm增到700mm時，爐氣溫度由1650℃升到1700℃，二氧化碳含量由16%降到14%。
（五）、沖天爐內(nèi)鐵料的預(yù)熱熔化及過程
1、鐵料的預(yù)熱和熔化（1）預(yù)熱帶一般是在加料口底部和底焦的頂部之間（到1149℃的區(qū)間爐氣溫度約1300℃）在預(yù)熱帶金屬爐料，焦炭和熔劑。被逐步加熱，爐料口的水分首先蒸發(fā)，在潮濕的天氣和雨季焦炭往往帶入大量的水分。蒸發(fā)時吸收大量的熱量，使?fàn)t氣溫度有較大的下降，石灰石加熱到900℃開始激烈的分解反應(yīng)式為石灰石為吸熱反應(yīng)，放出的二氧化碳使預(yù)熱帶的爐氣中二氧化碳含量增加，生成的一氧化碳在整個熔化過程中及其它氧化物結(jié)合構(gòu)成爐CaCO 用量為炭量20%左右普通的為30%爐料大約以每分鐘100mm的速度下降，在預(yù)熱帶下降紅1h后被高溫爐加熱到熔化溫度，焦炭在下降過程中也被加熱進(jìn)入還原帶時已被加熱到1200℃左右開始了二氧化碳的還原反應(yīng)，此進(jìn)的爐氣溫度比爐料高出150℃-200℃，預(yù)熱帶的熱效率可以達(dá)到60%（干燥焦炭）。（2）熔化帶，由于各種爐料的熔點不同（鐵素體1530℃珠光體1430℃生鐵錠的熔點1149℃，磷共晶為950℃硅鐵1309℃）它們的熔化位置，熔化所需要時間、下落的距離不會在一個固定的位置上，而是在一個區(qū)間，實際觀察表明，熔化帶位于底焦以上約200mm約高度內(nèi)沖天爐底焦各個水平面上的溫度分布不均勻，風(fēng)口能上能下的區(qū)域靠近爐壁的附近，溫度比中心高，所以氧化帶是一個倒立的圓椎體，直接測量也得出同樣的結(jié)論，冼長鐵棒隨爐料加入爐內(nèi)，鐵棒安放在不同的位置，當(dāng)鐵棒隨爐料下落到一定的距離后停風(fēng)打爐，觀察各處鐵棒的熔爐半徑1/2處的鐵棒熔化的時間居中，熔化帶的熔爐中心區(qū)比爐壁附近大約下降180mm，生鐵的熔化時間根據(jù)測量由1min-5min時間不等主要是成分和塊度不同所致，廢鋼的熔點約1500℃左右，在爐內(nèi)下落的過程中，鋼的表面和鐵水接角后碳可以快速擴(kuò)散到廢鋼內(nèi)降低了鋼的熔點；每擴(kuò)散進(jìn)1%的碳熔點可降約90℃一般廢鋼比生鐵的熔化位置低200mm爐徑大的沖天爐同一截面上的底焦，燃燒的更不均勻，因此各批爐料的交錯越嚴(yán)重鐵水成分波動范圍比較大，由于熔化帶平面的不均衡性，爐料有橫向運動的趨勢。批爐料尚未熔清第二批爐料部分已開始熔化，千萬沖天爐鐵水成分的波動范圍比較大，提高層焦的加入量能將兩批爐料有效地隔開，可以將鐵水的成分限制在比較我小的波動范圍內(nèi)，正常熔化帶位于還原區(qū)內(nèi)，二氧化碳還原反應(yīng)在熔化帶的上界面。基本停止。鐵水熔化時并不是立即集結(jié)成大鐵滴下落，等熔化的金屬集聚到一定尺寸，表面張力不足以承擔(dān)重量時，才會脫離固體的金屬爐料向下落，在這段時間內(nèi)，鐵水容易被氧化。如果爐氣還原性比較強(qiáng)，鐵水的氧化程度變小，如果底焦高度變低，層焦的加入量變小，風(fēng)量大，熔化帶可能落入氧化區(qū)使鐵水的氧化加劇，造成質(zhì)量事故。
2、鐵水的過熱，是在熔化帶以下到風(fēng)口的這段距離（過熱帶）進(jìn)行的過熱帶的范圍包括還原區(qū)的下部和整個氧化區(qū)，它具有爐內(nèi)的爐氣溫度，爐氣的氧化性也。這一區(qū)域是決定鐵水溫度和質(zhì)量的關(guān)鍵區(qū)域復(fù)習(xí)資料化區(qū)的上界面具有的溫度，鐵水進(jìn)入過熱帶溫度逐漸升高到達(dá)氧化區(qū)上界面附近鐵水的過熱強(qiáng)度。在這個區(qū)域的下部，由于爐氣溫度的降低鐵水的過熱減弱。溫度的越高，過熱效果越好，在這個區(qū)域有4種方式將熱傳給鐵水二（1）工高溫爐氣對鐵水的輻射傳熱；（2）高溫爐氣與鐵水的對流傳熱；（3）焦炭對鐵水的輻射傳熱；（4）焦炭與鐵水的對流傳熱，鐵水滴在焦炭上滾動，通過大面積的直接接觸，以對流方式把熱量傳給鐵水，鐵水的過熱速度快，過熱強(qiáng)度大是沖天爐熱交換效率。主要因素。這種方式的熱交換系數(shù)是2500-2800千卡/比其它的方式大10倍以上，因此過熱時間雖然僅有3-5S但鐵水溫度很快上升到1500℃以上鐵水滴離開了焦炭表面，或者是是鐵水滴與焦炭不緊密地接觸，過熱效果大大降低，因此高的爐溫焦炭與鐵水接觸面積大、時間長是獲得高溫鐵水的基本條件。一般認(rèn)為風(fēng)口區(qū)附近的溫度比較低，鐵水滴經(jīng)過此處被吹涼，使溫度下降介是在正常熔化時，風(fēng)口區(qū)附近焦炭表面溫度很高起過1600℃，與鐵水接觸后使伯水溫度快速升高，在爐中心處由于焦炭表面溫度比較低鐵水的過熱強(qiáng)度比較低。
3、爐缸區(qū) 風(fēng)口到爐底的部分稱為爐缸區(qū)，鐵水在爐缸區(qū)匯集，底焦浸泡在鐵水，鐵水在地區(qū)域內(nèi)增碳吸S，爐渣浮在鐵水表面。據(jù)檢測，爐缸區(qū)自由氧和二氧化碳極少，主要的爐氣是一氧化碳和氮，因此不發(fā)生焦炭燃燒，爐氣和焦碳溫度比氧化區(qū)要低，鐵水在爐缸區(qū)溫度一般下降30-50℃，鐵水在爐缸區(qū)停留期間，除了降濁以外，成分也發(fā)生變化例如增碳吸硫，Si、Mn、Fe少量 地被還原。
（六）、影響沖天爐燃燒、熔化過程的因素
1、焦炭對沖天爐燃燒熔化過程的影響，焦碳是沖天爐燃燒和熔化過程的基礎(chǔ)，焦炭的質(zhì)量如何，使用量多少直接影響到爐內(nèi)溫度高低，爐內(nèi)的溫度分布狀況和爐氣成分，從而影響鐵水溫度，鐵水的化學(xué)成分氧化程度和鐵水的鑄造性能，焦炭性能和成分的主要指標(biāo)：固定碳≥86%硫分<0.41%揮發(fā)分≤0.89%水分<4%，氣孔率37%-44%塊度60mm-300mm（允許60mm場塊≤10%）
2、焦炭塊度和均勻程度程度的影響焦炭塊度和均勻程度對燃燒效果，鐵水溫度和鐵水質(zhì)量有很大影響，焦炭塊度的值為爐徑的1/8-1/10，塊度過大或過小，爐氣的溫度都下降。焦炭塊度均勻程度是影響燃燒和熔化效果的重要因素，焦炭大小混雜，容易填滿焦炭的間隙，氣體流動阻力加大，氣流大部分沿爐壁向上，使空氣分布不均勻，不利于底焦的燃燒，使?fàn)t氣的溫度下降。
3、焦炭數(shù)量的影響，焦炭大海量影響燃燒和熔化過程，對生產(chǎn)成本影響也比較大，因此應(yīng)選擇合理的焦炭消耗量每提高1%消耗量，可以使鐵水增加9-15℃。焦炭增加到某一數(shù)值后，（例如25%，鐵水溫度不再上升，加料口的爐氣一氧化碳大量增加，沖天爐的熱效率著降低，爐氣帶走的化學(xué)潛熱增多，降低了沖天爐的熱效北，相反，焦炭用量少使鐵水氧化加劇，溫度低不能保證鑄造性能和鑄件的質(zhì)量。
4、送風(fēng)強(qiáng)度對燃燒和熔化效果的作用，生產(chǎn)上將單位爐膛面積每分鐘的進(jìn)風(fēng)量稱作送風(fēng)強(qiáng)度，提高送風(fēng)強(qiáng)度可以提高焦炭的燃燒速度相應(yīng)地加快了熔化率，這時如果層焦用量不足，不能補(bǔ)充底焦的消耗，底焦不能維持原高度，只能下降。此時氧化區(qū)高度沒有明顯的變化，但還原區(qū)高度下降。據(jù)測算送風(fēng)強(qiáng)度增加一倍，燃燒增加15%風(fēng)量增加以后，爐溫上升，熔化帶的上限隨之上升，可以導(dǎo)致鐵水溫度的增加，但是爐料下降速度隨之增加；預(yù)熱和過熱的時間減少了。預(yù)熱和過熱越來越越不充分，鐵水溫度開始下降。試驗數(shù)據(jù)表明，層焦用量越多，風(fēng)量可以增加的越多，才不會出現(xiàn)鐵水溫度下降的現(xiàn)象，而且鐵水溫度也可以達(dá)到值，這是由于爐內(nèi)的爐氣溫度提高和底焦處于較高位置的原因。其中底焦處于較高位置起著決定性的作用。當(dāng)送風(fēng)強(qiáng)度過大時，可以用增加焦炭加入量的辦法提高鐵水溫度，送風(fēng)強(qiáng)度一般為90-120，送風(fēng)強(qiáng)度為100-110，每公斤碳需要空氣8.89m 每公斤焦炭所需理論空氣量一般7.3 m 焦：鐵=1：6.8
5、進(jìn)風(fēng)速度，它可以用風(fēng)量比風(fēng)口兌面積計算出，進(jìn)風(fēng)速度應(yīng)與焦炭質(zhì)量相適應(yīng)，外使用鑄造焦，塊大灰分低強(qiáng)度高，采用大風(fēng)口（風(fēng)口比10%-25%低風(fēng)速約10m/s我國的焦炭灰分大、強(qiáng)度低，焦炭在爐內(nèi)易碎。大風(fēng)口，低風(fēng)速不能保證將風(fēng)送入爐子中心，縮小風(fēng)口比提高進(jìn)風(fēng)速度，可以提高鐵水溫度，這是由于隨著風(fēng)速提高，使風(fēng)射入爐子的中心，改善了風(fēng)的分布均勻性，強(qiáng)化了風(fēng)的中心底焦的燃燒同時高溫區(qū)從爐壁移向中心也有利于減少對爐襯的侵蝕，但當(dāng)送風(fēng)強(qiáng)度繼續(xù)增大，鐵水溫度達(dá)到某一高值勤時開始下降這點由于風(fēng)速過大，風(fēng)的冷卻區(qū)擴(kuò)大了，使風(fēng)口結(jié)渣，反而不利于焦炭的燃燒，在我國焦炭的條件下，風(fēng)速在20-30m/s比較合理，減小風(fēng)口要注意鼓風(fēng)設(shè)備的能力，因為隨著進(jìn)風(fēng)速度的加大，進(jìn)風(fēng)阻力也加大，風(fēng)機(jī)的壓力隨著風(fēng)口比的減小而上升，風(fēng)機(jī)的電力網(wǎng)消耗也隨之增加，此外，一般的離心式風(fēng)機(jī)送風(fēng)阻力加大，還將減少送風(fēng)的數(shù)量。
6、加氧送風(fēng)，通入氧氣可能提高鐵水溫度，改善鐵水質(zhì)量，提高沖天爐的熱效率，通入氧氣的方法有以下幾種：（1）將純氧送入風(fēng)管再進(jìn)入風(fēng)箱均勻后隨鼓風(fēng)一并進(jìn)入爐內(nèi)，一般的氧濃度≤25%（2）直接在風(fēng)口處將純氧用管子直接吹入爐內(nèi)，當(dāng)氧濃度>25%時鐵水的提溫效果減弱，氧濃度15min，可以達(dá)到提高效果。每增加1%氧濃度，鐵水溫度上升20℃。富氧送風(fēng)可以降低Si、Mn、Fe的燒損，也可以降低鐵水的含硫量，直接由風(fēng)口送入氧提溫，吹入占空氣總量的2%的氧鐵水溫度可以上升70℃它的提溫速度也快，大約5min鐵水可以達(dá)到上升70℃指標(biāo)。