底焦（底焦）

简介

底焦也叫底炭。在冲天炉、三节炉等竖式圆筒形化铁炉中熔化铁料时，为了保持炉料（包括燃料、熔剂、铁料等）在风口以上一定的高度井获得高温而装在炉子最下层的一厚层焦炭。其上再依次分层装入熔剂、铁料和另一层焦炭。如此一再重复，至接近加料口为止。此种分层加入的焦炭叫层焦，用以燃烧发生热量，熔化铁料及补充底焦的烧损。底焦的高度影响铁水的温度和炉子的正常生产，故应予控制。

底焦的作用

1、稳定熔化带

在熔化过程中，予热、熔化、氧化还原，炉缸和前炉共4个区域，除炉缸和前炉影响不大外，以上三个区域都直接受底焦的影响，这三个区域在熔化过程中是由底焦确定划分的，底焦决定熔化带位置，同时也决定了予热带和氧化还原带，正常熔化就必须使熔化带稳定，只有使熔化带稳定，才能保证予热带和氧化还原带（又称过热带），所以底焦有稳定熔化带的作用。

2、过热液体金属

在熔化过程中，炉料在予热带受热，逐渐下降到熔化带开始熔化，这个阶段的铁水温度，刚刚达到或超过铁的熔点，并不能满足铸造工艺要求，熔化后通过赤热的底焦层，这个时期的金属大量吸收热，使温度提高到工艺要求的范围之内，所以底焦担负了过热液体金属的作用。

3、起氧化和还原作用

在底炭燃烧过程中，放出大量的CO和CO，以加热金属，当金属滴下落时，接触赤热的底焦和空气，使铁中的碳被氧化，也使焦中的碳和硫被金属吸收，这个化学反应比较复杂，很难区分，也可能同时进行，也可能单独进行，很难讲清楚，硅和锰也是在底焦中与空气中的氧接触，使部分氧化，这些化学成分的氧化和还原基于是在底焦中产生和完成的。

底焦高度的选择

底焦高度是指第一排风口中心线至底焦顶面之间的高度，这是影响铁液温度和化学成分的一个十分重要的操作参数。理论上，冲天炉底焦的正常高度应处于炉内燃烧区还原带的上平面，底焦顶面的温度约为1200℃左右。这样，金属料在氧化性较弱的气氛中熔化，既能防止过分氧化，又能保证铁液滴有足够的过热高度。底焦的平衡位置与下列因素有关。

①供风强度越大，底焦高度也越高。

②风口排距大、风口斜度大和风口排数多，底焦高度也相应增高。

③焦炭块度小，反应性能高，底焦高度相应降低。反之，底焦高度应提高。

④层焦耗越高，底焦高度也越高。

冲天炉实际运行时底焦高度波动范围理论上应为一批层焦高度，但实际波动范围受焦炭质量、送风情况、操作等多种因素影响，波动范围越小，冲天炉运行越正常。装炉时底焦高度由于考虑焖炉时的消耗和装料后压实的作用，所以要比实际运行时底焦上顶面高250mm左右。

底焦高度是否合适，往往可以通过经验观察来予以校核和修正。

1、观察开风后的滴铁时间

如果开风6~8min后风口处能见铁滴，说明初选的底焦高度合适；如果时间小于5min，说明底焦不够；如果时间大于10min，说明底焦高度过高。

2、观察炉衬侵蚀高度

冲天炉熔化时，从熔化区上平面开始，炉衬将有明显侵蚀，且往往在炉壁四周挂有少量炉渣，此处约低于运行的底焦高度，即可判定初选的装炉底焦高度是合适的。

冲天炉内底焦的燃烧

底焦以层状堆积在炉底内，焦炭与气流之间产生碳氧反应，进行层状燃烧。底焦层也按焦炭燃烧的特点划分又氧化带和还原带，各带的炉气分布及温度分布都与层状燃烧相似。但是底焦的燃烧具有以下的特点：

1、冲天炉的进风多数是从侧面风口进入炉内，加以进风只有“炉壁效应”，故炉内气流分布及温度分布是不均匀的。

2、冲天炉是一个化铁设备，在底焦燃烧的同时进行着铁料的熔化、过热等吸热过程以及铁料中元素的氧化还原过程。因而炉气的成分及温度在各带的变化及分布都不同于层状燃烧。

底焦燃烧的强化途径

焦炭的燃烧是发生于气相和固相之间的不均匀多相反应。整个燃烧过程由五步组成：①氧分子扩散到焦炭表面；②扩散来的氧分子被焦炭表面吸附；③碳与氧起化学反应；④反应产物从焦炭表面脱附；⑤气相产物离开焦炭表面向气流扩散，使焦炭重新露出活性表面，令燃烧过程进入下一循环。因此，燃烧过程的速度取决于其中最慢的环节，看其是受①、⑤步的扩散速度限制还是受③步的反应速度的限制。

碳氧反应的燃烧速度与温度的关系如下图所示。

碳氧反应的燃烧速度与温度的关系

强化扩散过程的措施有：

1、提高风速。气体附面层由炉气的流动特性所决定，其厚度与气流速度的开方成反比。提高风速可减小气体附面层，同时还可冲薄灰渣层。增加送风量，或者保持风量不变而缩小风口区炉径，或者采用小风口等均可提高风速。

2、采用低灰分焦炭、合理造渣以洗刷焦炭，均可减小灰渣层。

3、使用块度均匀的焦炭，料柱透气性好，气流畅通，有利于减薄隔离层厚度。

强化底焦燃烧，加快了燃烧速度，缩短了氧化带，又增加了单位时间内放出的热量。因此，提高了氧化带内的最高温度。