徐培好，趙龍泉，楊恒遠，張聚輝，毛永濤

（濰柴動力股份有限公司，山東濰坊市 261001）

沖天爐壓力分渣器的研究與應用

徐培好，趙龍泉，楊恒遠，張聚輝，毛永濤

（濰柴動力股份有限公司，山東濰坊市 261001）

研究了沖天爐壓力分渣器的工作原理與結構參數，說明了鐵、渣分界面位置對鐵渣分離效果的影響。

沖天爐；壓力分渣器

壓力分渣器是一種利用爐氣壓力使鐵液和爐渣分離的連續(xù)分渣裝置。在正常工作狀態(tài)下，過橋必須始終保持暢通，爐氣通過過橋進入分渣器。分渣器內鐵液、渣液上方的爐氣壓力隨著爐缸內壓力的變化而變化，分渣器內爐氣壓力始終等于爐缸內的壓力。這是壓力分渣器與其它連續(xù)出鐵出渣裝置的根本區(qū)別。

一些水冷長爐齡沖天爐所采用的爐內分渣裝置，由于爐缸較深，致使原鐵液含硫量較高，降低了原鐵液的質量；而常用的連續(xù)出鐵出渣槽由于爐缸較淺、爐缸的容量有限，沖天爐過橋意外阻塞時，鐵液、爐渣很容易倒灌進入風口、造成事故[1，2]，壓力分渣器（圖 1）則可以避免上述兩種裝置的弊端。

1 壓力分渣器的工作原理

如圖2所示，壓力分渣器運行時，爐缸內鐵液和爐渣經過橋進入壓力分渣器，由于密度的差異，爐渣處于上層，鐵液在下層。分渣器內的爐氣壓力作用于爐渣表面。爐渣在重力和爐氣壓力作用下沿出渣口排出，鐵液在重力、爐渣壓力、爐氣壓力的共同作用下沿出鐵口進入前爐。正常工作的壓力分渣器，必定同時滿足如下兩個基本等式：

式中：H1——鐵液壓頭，m；

H2——渣液壓頭，m；

ρ鐵——鐵液密度，ρ鐵≈7kg/m3；

ρ渣——渣液密度，ρ渣≈2kg/m3；

h1——出鐵口以上的鐵液層厚度（或者分渣器內

鐵液對出鐵口的作用壓頭），m；

hz——渣液層厚度，m；

h2——出渣口以上的渣液層厚度（或者分渣器內渣液對出渣口的作用壓頭），m；

P——分渣器內的爐氣壓力，Pa；

P0——大氣壓力，Pa;

g——重力加速度。

2 壓力分渣器結構參數分析

壓力分渣器的結構參數包括 H1、d1、H2、d2、以及出鐵口、出渣口距離底部的高度等6項，其中H1、H2為最重要的參數，現分析如下。

2.1 渣液壓頭

由式（2）可以導出渣液壓頭H2的表達式：

H2=（P－P0）/gρ渣+h2

欲使壓力分渣器正常工作、出渣口不得與爐氣相接，否則出渣口會出現爐氣噴發(fā)現象，因此出渣口以上的渣液層厚度必須不小于零。渣液臨界壓頭H2的表達式為：

H2臨=（P－P0）/gρ渣

可以看出，影響渣液臨界壓頭的因素只有P，如果能夠測定壓力分渣器內的爐氣壓力，則可以很方便確定渣液臨界壓頭。

2.2 鐵液壓頭

鐵液壓頭H1屬于壓力分渣器的重要結構參數，通過式（1）可以導出H1的表達式：

H1=（P－P0）/gρ鐵+h1+ρ渣hz/ρ鐵

壓力分渣器正常工作、出鐵口無渣液流出，則出鐵口以上的鐵液層厚度必須不小于零。當h1=0時，出鐵口在臨界狀態(tài)下工作，H1臨界值的表達式為：

H1臨=（P－P0）/gρ鐵+ρ渣hz/ρ鐵

可以看出，影響鐵液臨界壓頭的因素有P、hz兩項，復雜于影響渣液臨界壓頭的因素。確定鐵液臨界壓頭，不僅需要知道爐氣壓力，而且需要考慮壓力分渣器內的渣液層厚度。

2.3 鐵、渣分界面分析

壓力分渣器內鐵、渣分界面相對于出鐵口、出渣口的位置，決定了鐵渣分離的效果，分4種情況說明如下：

①若壓力分渣器內鐵、渣分界面高度低于出鐵口的上沿高，則爐渣進入出鐵口，鐵液中易混入了爐渣，必須避免出現該情況。

②若壓力分渣器內鐵、渣分界面高度在出鐵口上沿與出渣口下沿之間，出渣口完全被爐渣浸沒，出鐵口完全被鐵液浸沒，渣鐵分離徹底，這屬于壓力分渣器正常工作的情況。

③若壓力分渣器內鐵、渣分界面高度在出渣口直徑范圍，但如果出渣口僅僅下部被鐵液浸沒、上部仍然可以正常排渣，則壓力分渣器仍然可以正常工作；但如果出渣口大部分被鐵液浸沒，則爐缸內的爐渣很難排出、排渣不暢。這情況下壓力分渣器工作很不穩(wěn)定，應該盡量避免。

④若壓力分渣器內鐵、渣分界面高于出渣口的直徑范圍，則壓力分渣器無法排渣。

通過以上分析可知，壓力分渣器內鐵、渣分界面應該介于出鐵口上沿與出渣口下沿之間。鐵、渣分界面即分渣器內鐵液對出鐵口的作用壓頭h1，由方程（1）可以得出：

h1=H1－[ρ渣hz＋（P－P0）/g]/ρ鐵

可以看出，影響h1的因素包括H1、hz與P三項，H1越大則h1越大，hz與P越大則h1越小。

3 使用實例

結合上述分析，以某廠8/h沖天爐壓力分渣器為例，簡要介紹壓力分渣器的使用控制及結構參數設計。

3.1 壓力分渣器的控制

通過上述分析可以看出，爐氣壓力P對壓力分渣器的結構參數有決定性影響，爐氣壓力決定于沖天爐的送風風量。該沖天爐采用鑄鐵渣罐接液體熔渣工藝，沖天爐送風風量根據生產節(jié)拍控制在4000～6500m3/h。通常有如下兩個關鍵點。

（1）換渣罐。當需要更換熔渣渣罐時，沖天爐先加一批鐵料，利用層料下落時對爐內空氣的壓縮，然后增加風量500m3/h，即增大爐氣壓力P值，加快分渣器內熔渣的排出，加快熔渣的排除，降低分渣器內熔渣液面即減小h2值，待分渣器出渣口熔渣斷流時，立刻減小送風風量1000m3/h即減小爐氣壓力P值，使P+ρ渣gh2＜ρ渣gH2，利用h2回復間隙完成換渣罐工作，換完渣罐后送風風量回復至正常狀態(tài)。

（2）中間停風。因設備故障和生產原因中途停風，停風時間不大于40min。停風前，先增大風量至7000m3/h，加速鐵液、熔渣排除，降低分渣器內鐵、渣液面即減小h1和h2值，至出渣口斷流，開始逐漸減小風量至停風，同時停止爐后加料。停風后，用石棉封住出渣口、出鐵口，以使分渣器保溫。

3.2 壓力分渣器的結構及參數介紹

壓力分渣器必須綜合沖天爐送風風量調整范圍及壓力分渣器使用過程的侵蝕，合理設計其各項參數，既要保證使用過程中的安全性與穩(wěn)定性，又要做到結構緊湊節(jié)約修筑成本。圖3所示為該廠根據其沖天爐使用參數設計的壓力分渣器結構及其主要參數。內出渣口與出鐵口中心距為60mm，壓力分渣器正常工作過程中，鐵液面高于分渣器內出鐵口頂面低于內出渣口中心，既保證了鐵液不混渣，又保證了熔渣排出的流暢性；H2＝525mm既能保證分渣器內熔渣液面在低于過橋出鐵口時出渣口順利出渣，又能保證沖天爐送風風量達到控制上限時出渣口不噴渣；出鐵、出渣通道截面均為圓形結構，減少液體流動阻力，降低液體對通道的侵蝕，延長分渣器使用壽命；出鐵、出渣口設計適當長度的水平通道保持了分渣器的結構緊湊性，提高了壓力分渣器使用過程中的結構穩(wěn)定性。

[1]朱瑞恒，張明，董明玉，等.沖天爐連續(xù)出鐵出渣裝置及其使用.中國鑄造裝備與技術，2004（6）：48-50.

[2]中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊:鑄鐵.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

Study and Application of Cupola Pressurized Slag Separator

XU PeiHao，ZHAO LongQuan，YANG HengYuan，ZHANG JuHui，MAO Yong Tao
（WeiChai Power Co.Ltd.，WeiFang 261001，ShanDong China）

The operational p rincip le and struc ture parameters of cupola p ressurized slag separator have been investigated,and the effec t of m elted iron-slag interface level on getting them separated has been analyzed.

Cupola；Slag separator

TG232.7;

B；

1006－9658（2011）02－3

2011－01－06

2011－003

徐培好（1978－），男，工程師，碩士研究生，主要從事鑄鐵熔煉工藝及設備研究