1．沖天爐的特點及地位

沖天爐是一種多以焦炭燃燒為熱源的豎筒式熱法熔煉設(shè)備，主要用于熔煉含碳量2.2%以上的鑄鐵材料?？扇蹮挾喾N牌號的灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵及中低合金鑄鐵。與其它熱源的熔化爐相比，沖天爐內(nèi)焦炭的燃燒、爐料的熔化、過熱是在金屬、焦炭和爐氣的相互接觸中進行的。爐內(nèi)的最高溫度可以超過1800℃，形成最佳的換熱條件和冶金環(huán)境，爐內(nèi)的高溫可以克服金屬爐料的不良遺傳特性，高溫冶金反應(yīng)所形成的高熔點氧化物可以成為鐵液內(nèi)的異質(zhì)晶核，使鐵液的石墨化能力增強，鐵液中的雜質(zhì)和氣體隨著冶金反應(yīng)的進行與爐渣的形成被排除，沖天爐鐵液所澆注的鑄件具有良好的機械加工性能。

沖天爐還具有連續(xù)熔煉、一次性投資小、技術(shù)改造不受電力供應(yīng)限制，施工速度快，操作維修簡單，沒有電磁污染等特點。

目前我國鑄鐵件年產(chǎn)量已達2000萬噸，沖天爐熔煉占到80%以上，現(xiàn)役沖天爐有兩萬多臺，平均單臺年產(chǎn)量不足1000噸，可見熔化率1-3T/h的沖天爐仍占絕大多數(shù)。

2．我國沖天爐的發(fā)展史

建國初期我國鑄鐵熔煉仍然沿用的是傳統(tǒng)的勺爐（又名攙爐，始于元代）。這種爐采用單一風(fēng)眼，由裝鐵水的底盆和裝焦炭及鐵料的上節(jié)組成。優(yōu)點是鐵水高度可視，無需堵鐵水口操作，爐體傾斜出鐵。缺點是有效高度不足，熱效率低，底盆裝鐵水量過少。把勺爐的底盆加高，并固定在地面上，再在勺爐上節(jié)爐體上再加上一節(jié)，就形成了三節(jié)爐，和勺爐相比熱效率得到提高，底盆的容鐵量加大了，可以滿足一些低牌號較大重量的鑄鐵件的生產(chǎn)需要。

直到1954年才從前蘇聯(lián)引進了具有現(xiàn)代意義的三排大風(fēng)口沖天爐（風(fēng)口比達25%），但此時國內(nèi)沖天爐使用的焦炭主要是冶金焦還有大量的土焦，這些焦炭的塊度小、灰分大、固定碳含量低，大風(fēng)口沖天爐經(jīng)常因為風(fēng)口結(jié)焦（風(fēng)口發(fā)黑）而被迫停爐，平均出鐵溫度也只有1350℃—1380℃。

從1958年—1965年，我國廣大的鑄造工作者把一切可以采取的強化冶煉措施幾乎全部集中到?jīng)_天爐上，推出了多排小風(fēng)口密筋熱風(fēng)膽沖天爐，這種沖天爐縮小了風(fēng)口，提高了入爐風(fēng)速，熱風(fēng)溫度接近200℃，改善了底焦的燃燒環(huán)境，焦鐵比一度達到1：17—1：18，鐵水溫度穩(wěn)定在1350℃—1380℃，但這種爐硅、錳燒損都大于30%。

在1979年，湖北某廠首創(chuàng)卡腰沖天爐，這種爐型采用兩排短間距大斜度風(fēng)口，主風(fēng)口放在第二排，在二排風(fēng)口以上，形成卡腰。1T/h試驗爐測試結(jié)果，焦鐵比1：10，鐵水溫度大于1490℃，硅燒損小于8%，錳燒損12%。這是一種合金元素?zé)龘p少，鐵水溫度高的沖天爐。一經(jīng)出現(xiàn)，就引起了鑄造同行的極大興趣。但卡腰爐用耐火材料修砌的卡腰正處在氧化帶部分，這里爐氣溫度最高，燒損速度很快，保持高溫卡腰爐型時間很短。

1984年，由沈陽鑄造研究所組織有關(guān)科研院校，對兩排大間距沖天爐進行了實驗定型。1987年，通過了原機械電子工業(yè)部的鑒定。兩排大間距沖天爐存在兩個氧化帶，兩個還原帶，鐵水過熱距離長，在焦鐵比1：7的情況下，鐵水溫度大于1450℃，硅燒損小于20%，錳燒損小于25%。

1993年，由江陰某廠在兩排大間距沖天爐的基礎(chǔ)上研發(fā)了我國第一臺冷風(fēng)大排距雙層送風(fēng)長爐齡水冷沖天爐。爐齡可達四周，水冷沖天爐爐齡的延長是以冷卻水帶走的熱量為代價的，只適合5T/h以上的沖天爐。

3．組合式?jīng)_天爐的研制

從上述我國沖天爐的發(fā)展史中可以清晰的看出，各種沖天爐在時間這個鏈條上的繼承性，后出現(xiàn)的沖天爐都保留了先出現(xiàn)沖天爐的部分優(yōu)點。那么，能否把各種沖天爐的優(yōu)點都一一提出，重新組合，再創(chuàng)造出一種新的沖天爐呢？答案是肯定的——我們做到了——那就是組合式?jīng)_天爐。

衡量沖天爐好壞的標(biāo)準(zhǔn)，我個人認為應(yīng)該是“高溫、優(yōu)質(zhì)、低耗、環(huán)?！?。高溫就是指鐵水溫度要高;優(yōu)質(zhì)是指鐵水雜質(zhì)含量少，純凈度高;低耗是指低的焦炭消耗；環(huán)保是指可以方便的連接煙氣凈化設(shè)備，且動力消耗要少。如何能實現(xiàn)上述目標(biāo)呢？還得從理論上加以突破，沖天爐其實就是一個大的換熱器，是爐氣及熾熱的焦炭和金屬爐料直接換熱，換熱效果的好壞，取決于爐氣所能達到的最高溫度，爐氣的流速，爐氣和金屬爐料的接觸時間。一個好的沖天爐能被用戶接受的一個重要原因還在于操作是否簡單，維護是否方便，更重要的還得給老板省錢。基于上述事實我們進行了沖天爐的再創(chuàng)造。

組合式?jīng)_天爐保留了勺爐的鐵水高度可視、無須堵出鐵口操作的優(yōu)點，同時，又采用了獨特的隔板將焦炭和底盆的鐵水分離，避免了勺爐焦炭浸泡在鐵水里的增碳增硫，取消了勺爐的長勺柄，取而代之的是帶有減速箱的齒條機構(gòu)，這樣出鐵時只需輕轉(zhuǎn)手輪就可以將鐵倒出，像從鐵水包倒鐵水一樣方便。保留了多排小風(fēng)口的曲線爐膛，進一步調(diào)整了曲線爐膛的相關(guān)比例，使熔化帶變得更加平直。吸取了密筋爐膽熱風(fēng)的有益效果，采用了整體薄爐襯風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，最大限度的減少了爐膽與爐氣的接觸面積，一出鐵就有大于200℃的熱風(fēng)，爐膽的壽命較傳統(tǒng)密筋爐膽提高一倍。保留卡腰爐兩排短間距大斜度風(fēng)口，進一步強化底焦的燃燒，同時適當(dāng)?shù)臏p少了底焦的加入量，有數(shù)據(jù)證明，組合式?jīng)_天爐熔煉的鐵水球化劑加入量較傳統(tǒng)沖天爐1.7-2.0%減少到1.2-1.5%，由于我們的組合式?jīng)_天爐是針對0.5—3T/h的用戶設(shè)計的，為方便修爐將爐體分為五節(jié)，修爐時可以多人同時工作，改變了傳統(tǒng)沖天爐“貼濕泥”的修爐方法，燒損嚴(yán)重的熔化帶采用和中頻電爐同樣的打爐墻方法，用耐火材料搗制。采用我廠研制的廉價的耐火材料配方，可以使?fàn)t墻的小時燒損率小于8mm，由于爐墻脫落物的大量減少，組合沖天爐的爐渣量，只要傳統(tǒng)沖天爐的三分之一。組合式?jīng)_天爐在固定碳大于83%時，層焦鐵比10：1，鐵水溫度大于1450℃，硅燒損小于10%，錳燒損小于15%。

組合式?jīng)_天爐2006年研制成功，同年獲國家專利（專利號：ZL200620005051.4），2010年再獲國家專利（專利號：2009102540291）。

下面把兩個現(xiàn)場調(diào)爐記錄匯報給同行：

2008年1月8日 河北某廠（2T/h）

砌爐用耐火材料如下：粘土耐火磚（45—65）×230刀磚100塊，65×230標(biāo)磚120塊、30×230薄磚100塊、石英砂200kg、耐火土270kg.。砌好爐后用木材引燃的焦炭烘烤20個小時，使?fàn)t壁徹底干透。裝完引材后再上一料斗焦炭（65Kg），11：25分，用氧氣乙炔割槍點火，13：10分上排風(fēng)眼已經(jīng)明亮，再加兩料斗焦炭，上批料4批，每批料上號鐵40Kg、回爐料30Kg、廢鋼30Kg、硅鐵0.5Kg、錳鐵1Kg、焦炭10Kg、石灰石2Kg。13：25分送風(fēng)，10分鐘后有鐵花飛出，14：00出頭一包鐵水，每小時平均熔化率2.1T，熱風(fēng)溫度200℃，測鐵水溫度2次，1470℃、1490℃，當(dāng)天熔煉鐵水11T。

2009年2月23日 山東某廠（3T/h）

加底焦3平料斗（每斗85Kg），送風(fēng)8分鐘后，放冷鐵口有鐵花飄出，很快成流，溫度很高。堵上放冷鐵口，開始正常熔化，3分鐘上一批料，每批料上號鐵75Kg、回爐料75Kg、焦炭15Kg、石灰石2Kg，每隔10批上10Kg乏碳。午休30分鐘，采用擋風(fēng)與放風(fēng)相結(jié)合的措施，下午上班后正常送風(fēng)，避免了堵過橋的危險。要拉爐前半小時停止上料，當(dāng)料位降到第一節(jié)分界面時，擋風(fēng)同放風(fēng)結(jié)合，使?fàn)t上口有輕微火焰飄出，熱風(fēng)溫度初期210℃、后期260℃，鐵水溫度1510℃，共開爐8個小時，化鐵20.5T，因每小時3T過快，與生產(chǎn)節(jié)拍不匹配，采用了擋風(fēng)操作。

作者簡介：趙文鶴 （1967年），男，黑龍江省海林市人，鑄造工程師，長期從事沖天爐研究，擁有多項國家專利，現(xiàn)任海林市經(jīng)久工業(yè)爐制造廠總工程師。電話：0453-8868898