[科普中國]-底焦

簡介

底焦也叫底炭。在沖天爐、三節(jié)爐等豎式圓筒形化鐵爐中熔化鐵料時，為了保持爐料（包括燃料、熔劑、鐵料等）在風口以上一定的高度井獲得高溫而裝在爐子最下層的一厚層焦炭。其上再依次分層裝入熔劑、鐵料和另一層焦炭。如此一再重復，至接近加料口為止。此種分層加入的焦炭叫層焦，用以燃燒發(fā)生熱量，熔化鐵料及補充底焦的燒損。底焦的高度影響鐵水的溫度和爐子的正常生產(chǎn)，故應(yīng)予控制。1

底焦的作用1、穩(wěn)定熔化帶

在熔化過程中，予熱、熔化、氧化還原，爐缸和前爐共4個區(qū)域，除爐缸和前爐影響不大外，以上三個區(qū)域都直接受底焦的影響，這三個區(qū)域在熔化過程中是由底焦確定劃分的，底焦決定熔化帶位置，同時也決定了予熱帶和氧化還原帶，正常熔化就必須使熔化帶穩(wěn)定，只有使熔化帶穩(wěn)定，才能保證予熱帶和氧化還原帶（又稱過熱帶），所以底焦有穩(wěn)定熔化帶的作用。

2、過熱液體金屬

在熔化過程中， 爐料在予熱帶受熱，逐漸下降到熔化帶開始熔化，這個階段的鐵水溫度，剛剛達到或超過鐵的熔點，并不能滿足鑄造工藝要求，熔化后通過赤熱的底焦層，這個時期的金屬大量吸收熱，使溫度提高到工藝要求的范圍之內(nèi)，所以底焦擔負了過熱液體金屬的作用。

3、起氧化和還原作用

在底炭燃燒過程中，放出大量的CO2和CO，以加熱金屬，當金屬滴下落時，接觸赤熱的底焦和空氣，使鐵中的碳被氧化，也使焦中的碳和硫被金屬吸收，這個化學反應(yīng)比較復雜，很難區(qū)分，也可能同時進行，也可能單獨進行，很難講清楚，硅和錳也是在底焦中與空氣中的氧接觸，使部分氧化，這些化學成分的氧化和還原基于是在底焦中產(chǎn)生和完成的。2

底焦高度的選擇底焦高度的確定底焦高度是指第一排風口中心線至底焦頂面之間的高度，這是影響鐵液溫度和化學成分的一個十分重要的操作參數(shù)。理論上，沖天爐底焦的正常高度應(yīng)處于爐內(nèi)燃燒區(qū)還原帶的上平面，底焦頂面的溫度約為1200℃左右。這樣，金屬料在氧化性較弱的氣氛中熔化，既能防止過分氧化，又能保證鐵液滴有足夠的過熱高度。底焦的平衡位置與下列因素有關(guān)。

①供風強度越大，底焦高度也越高。

②風口排距大、風口斜度大和風口排數(shù)多，底焦高度也相應(yīng)增高。

③焦炭塊度小，反應(yīng)性能高，底焦高度相應(yīng)降低。反之，底焦高度應(yīng)提高。

④層焦耗越高，底焦高度也越高。

沖天爐實際運行時底焦高度波動范圍理論上應(yīng)為一批層焦高度，但實際波動范圍受焦炭質(zhì)量、送風情況、操作等多種因素影響，波動范圍越小，沖天爐運行越正常。裝爐時底焦高度由于考慮燜爐時的消耗和裝料后壓實的作用，所以要比實際運行時底焦上頂面高250mm左右。

底焦高度的校核底焦高度是否合適，往往可以通過經(jīng)驗觀察來予以校核和修正。

1、觀察開風后的滴鐵時間

如果開風6~8min后風口處能見鐵滴，說明初選的底焦高度合適；如果時間小于5min，說明底焦不夠；如果時間大于10min，說明底焦高度過高。

2、觀察爐襯侵蝕高度

沖天爐熔化時，從熔化區(qū)上平面開始，爐襯將有明顯侵蝕，且往往在爐壁四周掛有少量爐渣，此處約低于運行的底焦高度，即可判定初選的裝爐底焦高度是合適的。3

沖天爐內(nèi)底焦的燃燒底焦以層狀堆積在爐底內(nèi)，焦炭與氣流之間產(chǎn)生碳氧反應(yīng)，進行層狀燃燒。底焦層也按焦炭燃燒的特點劃分又氧化帶和還原帶，各帶的爐氣分布及溫度分布都與層狀燃燒相似。但是底焦的燃燒具有以下的特點：

1、沖天爐的進風多數(shù)是從側(cè)面風口進入爐內(nèi)，加以進風只有“爐壁效應(yīng)”，故爐內(nèi)氣流分布及溫度分布是不均勻的。

2、沖天爐是一個化鐵設(shè)備，在底焦燃燒的同時進行著鐵料的熔化、過熱等吸熱過程以及鐵料中元素的氧化還原過程。因而爐氣的成分及溫度在各帶的變化及分布都不同于層狀燃燒。4

底焦燃燒的強化途徑焦炭的燃燒是發(fā)生于氣相和固相之間的不均勻多相反應(yīng)。整個燃燒過程由五步組成：①氧分子擴散到焦炭表面；②擴散來的氧分子被焦炭表面吸附；③碳與氧起化學反應(yīng)；④反應(yīng)產(chǎn)物從焦炭表面脫附；⑤氣相產(chǎn)物離開焦炭表面向氣流擴散，使焦炭重新露出活性表面，令燃燒過程進入下一循環(huán)。因此，燃燒過程的速度取決于其中最慢的環(huán)節(jié)，看其是受①、⑤步的擴散速度限制還是受③步的反應(yīng)速度的限制。

碳氧反應(yīng)的燃燒速度與溫度的關(guān)系如下圖所示。

圖中兩條曲線交點所對應(yīng)的溫度約在800℃左右。因此，溫度低于800℃時，燃燒速度取決于反應(yīng)速度，燃燒處于動力區(qū)；溫度高于800℃時，燃燒速度取決于擴散速度，燃燒處于擴散區(qū)。底焦內(nèi)溫度遠高于800℃，因此底焦燃燒為擴散燃燒。欲強化燃燒，必須強化擴散速度。

強化擴散過程的措施有：

1、提高風速。氣體附面層由爐氣的流動特性所決定，其厚度與氣流速度的開方成反比。提高風速可減小氣體附面層，同時還可沖薄灰渣層。增加送風量，或者保持風量不變而縮小風口區(qū)爐徑，或者采用小風口等均可提高風速。

2、采用低灰分焦炭、合理造渣以洗刷焦炭，均可減小灰渣層。

3、使用塊度均勻的焦炭，料柱透氣性好，氣流暢通，有利于減薄隔離層厚度。

強化底焦燃燒，加快了燃燒速度，縮短了氧化帶，又增加了單位時間內(nèi)放出的熱量。因此，提高了氧化帶內(nèi)的最高溫度。5