譚岳云

（江西省機(jī)械科學(xué)研究所，江西南昌 330002）

1 節(jié)能、減排與均勻流動

要說節(jié)能、減排傳統(tǒng)工業(yè)大有可為；鼓風(fēng)爐窯是耗能大戶、污染大戶，爐窯工業(yè)更是首屈一指。改善、改變?nèi)紵绞绞沁_(dá)到上述目的的必然途徑。實(shí)施燃燒有兩大主要要素：一是燃料，長期以來主要是煤炭或焦炭；二是助燃劑，主要是空氣或者氧氣。在采用固體燃料的年代里，改善送風(fēng)幾乎是提高熱效率的唯一途徑。

早在1931年，德國人J.E.Fletscher以均勻送風(fēng)沖天爐取得英國專利，盡管現(xiàn)在看來顯得十分幼稚，但比之現(xiàn)今主要爐種，例如沖天爐的姐妹爐高爐，真是太有先見之明了！1985年，蝸螺風(fēng)箱沖天爐的發(fā)明，可以說解決了沖天爐的均勻送風(fēng)問題[1]。均勻送風(fēng)也即均勻送氧取得階段性成果。

2006年作者也曾企圖解決氣體燃料如天然氣的均勻輸送問題，現(xiàn)在吉守勤、張明等多人更是明確著文《研制天然氣沖天爐的重大戰(zhàn)略意義》，全面闡述難得企及的諸多深刻理由[2]。

作者以為，煤改氣已是燃燒技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，或者說是世界技術(shù)革新的潮流，沖天爐當(dāng)然也必須適應(yīng)；而天然氣、氧氣同時實(shí)施勻流輸送似乎已經(jīng)迫在眉睫。

勻流小組的蝸螺沖天爐強(qiáng)化了燃燒功能，實(shí)踐證明，節(jié)能、減排與強(qiáng)化功能相輔相成，最終都會歸結(jié)為均勻流動，以促使資源的最佳利用。助燃劑的均勻流動加上燃料天然氣的均勻流動，效果疊加，更加不可小視。

現(xiàn)在借助霍爾效應(yīng)，連電子也要實(shí)施均勻流動，何況天然氣呢!更令人感概的是：巴西圣保羅兒童劇院的設(shè)計也采用蝸螺形，以實(shí)現(xiàn)人員的均勻流動，如圖1所示[2]。我們所做的，不過是利用斷面控制流體的等速均勻流動，即努力減少湍流，盡量接近層流而已。

2 燃?xì)?、氧氣雙向勻流輸送天然氣沖天爐的設(shè)計結(jié)構(gòu)及其合成分配圖

隨著設(shè)計結(jié)構(gòu)的變化，原有有關(guān)專業(yè)用詞（術(shù)語）已經(jīng)不符實(shí)際，必須隨之變化。我們且把具有相應(yīng)功能的送風(fēng)機(jī)構(gòu)、風(fēng)箱、進(jìn)風(fēng)管以及風(fēng)口分別稱之為：輸流機(jī)構(gòu)、匯流箱、燃?xì)廨斎牍?、氧氣輸入管以及燃?xì)鈬娍?、氧氣噴口甚至相套噴口等等?/p>

同送風(fēng)機(jī)構(gòu)由風(fēng)箱、進(jìn)風(fēng)管和風(fēng)口各部分組成一樣，輸流機(jī)構(gòu)則由匯流箱、輸入管及噴口各部分所組成，如圖2所示。

圖1 巴西圣保羅兒童劇場

圖2 燃?xì)?、氧氣雙向（相）勻流輸送天然氣沖天爐匯流箱簡圖

1）匯流箱，即環(huán)繞爐體同時接受燃?xì)?、氧氣兩者的箱體，由AC、B C兩部分組成，B C部在外側(cè)以順時針方向繞爐；AC部在內(nèi)側(cè)以逆時針方向繞爐；兩者最大截面即B、A兩面呈120°夾角；兩者分別保持蝸螺形和變體蝸螺形，兩者最大和最小截面面積之比均為6∶2即3∶1，以確保該箱體各斷面上流體流動速度相等。

2）輸入管：燃?xì)廨斎牍艿臄U(kuò)大角度約15°氧氣輸入管擴(kuò)大角度約6°，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于22°，兩者分別從左右兩側(cè)相向包抄進(jìn)入?yún)R流箱。

3）噴口組，燃?xì)鈬娍谂c氧氣噴口可以兩兩相套而成噴口組；考慮到生產(chǎn)實(shí)際需要和平面平衡，噴口組共用3組，不能多也不能少，純氧頂吹百頓轉(zhuǎn)爐也不過用一個噴槍；本爐利用調(diào)控氣壓，三組完全可以滿足要求，同樣可以精確調(diào)節(jié)氣壓、氣量，考慮縱向火焰平衡，噴口組均向下傾斜5°，噴口組細(xì)部如圖3所示。

圖3 噴口細(xì)部

三角配置是本爐設(shè)計的特色和核心，決定了整個設(shè)計的格局。

天然氣沖天爐燃?xì)?、氧氣雙向（相）勻流合成分配圖如圖4所示。燃?xì)鈴淖髠?cè)順時針方向勻流（等速）進(jìn)入，氧氣則從右側(cè)繞過燃?xì)猓ㄒ妶D2 A-A剖面）逆時針方向勻流進(jìn)入；最后分別進(jìn)入各個噴口組。

圖4 燃?xì)庋鯕夂铣煞峙鋱D

3 鐵水溫度問題

鐵水溫度低是焦炭沖天爐的致命問題，更是無焦沖天爐的致命問題。焦炭沖天爐提高鐵水溫度曾經(jīng)有采用鑄造焦炭和采取均勻送風(fēng)兩條途徑，現(xiàn)在天然氣沖天爐將如何提高鐵水溫度呢！

3.1 勻流小組，均勻送風(fēng)進(jìn)而雙向（相）勻流

在鑄造焦炭剛剛風(fēng)行的時候，均勻送風(fēng)也悄然出現(xiàn)。蝸螺風(fēng)箱沖天爐空氣分配圖如圖5所示，其進(jìn)風(fēng)管如圖6所示[1]。該爐風(fēng)箱比之傳統(tǒng)風(fēng)箱減少約2/3的容積，為形成渦流的體積；進(jìn)風(fēng)管也從湍流接近層流。實(shí)踐證明，該爐勻流小組、燃燒強(qiáng)化，在不變更其他條件（包括焦鐵比）的前提下，在1400℃的水平上，鐵水溫度凈提高50℃，即使如此，還不能以為潛力已經(jīng)挖盡。

圖5 蝸螺風(fēng)箱沖天爐空氣分配圖

圖6 進(jìn)風(fēng)管流線比較圖

圖7 圓拱形耐火爐床

圖8 沖天爐爐架部件全焊結(jié)構(gòu)圖

而今燃?xì)?、氧氣同時均勻輸送，效果疊加，鐵水溫度的提高一定會比50℃更高。

3.2 采用圓拱形耐火爐床

一般水冷爐排要消耗的熱量大于總熱量的10%，除去水冷爐排采用耐火爐床，作者深信不失為可靠措施。圓拱形耐火爐床如圖7所示[4]，實(shí)施起來可能有些難度，但不會是不可克服的。

4 主要配套措施

沒有相應(yīng)配套機(jī)構(gòu)的設(shè)計不會是完整的設(shè)計，下列配套機(jī)構(gòu)是完全必須的。

1）支撐機(jī)構(gòu)采用全焊機(jī)構(gòu)，如圖8所示[5]。

底座用15 mm板代替國標(biāo)60 mm板，制成框架結(jié)構(gòu)，同比用料節(jié)省約50%；爐腿用φ114mm～φ150mm鋼管代替φ250 mm～φ300 mm的鑄鐵管；底門用可焊可補(bǔ)的焊結(jié)門代替鑄鐵門；完全改變既重又笨的形象。

2）煙氣凈化處理裝置：焦炭改用天然氣之后，煙氣仍然必須凈化處理，采取潔玉煙氣凈化處理系統(tǒng)；采用三級高強(qiáng)度、高密度傘形水幕，除去煙塵、微粒及有害氣體，效率疊加可以無限接近100%，其煙氣運(yùn)行如圖9所示[6]。

3）加料機(jī)采用輕便的翻斗加料機(jī)，滑輪用12#槽鋼代替18#槽鋼，材料既節(jié)省、運(yùn)行又很平穩(wěn)，其局部如圖10所示[7]。

5 結(jié)語

本人認(rèn)為研制天然氣沖天爐的確具有重大戰(zhàn)略意義；同時作者相信，燃?xì)?、氧氣雙向（相）均勻輸送，將是繼均勻送風(fēng)之后，沖天爐技術(shù)發(fā)展史上又一次重大進(jìn)步!

圖9 煙氣凈化處理裝置煙氣運(yùn)行圖

圖10 翻斗加料機(jī)局部圖

［1］譚岳云.蝸螺風(fēng)箱沖天爐圓了均勻送風(fēng)的夢［J］.鑄造設(shè)備研究，2000（3）:1-11.

［2］吉守勤，張明.研制天然氣沖天爐的重大戰(zhàn)略意義［J］.鑄造，2013（3）：260-263.

［3］巴西圣保羅兒童劇場.中外著名建筑1000例［M］.杭州：浙江技術(shù)出版社.

［4］譚岳云.均勻送氧供氣及無水冷無焦沖天爐［J］.鑄造設(shè)備研究，2006（1）:7-9.

［5］譚岳云.論沖天爐支撐部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)，1999（1）：3-9.

［6］譚岳云.潔玉煙氣凈化處理系統(tǒng)設(shè)計［J］.鑄造設(shè)備研究，2007（4）:1-14，28.

［7］譚岳云.沖天爐翻斗加料機(jī)評述［J］.鑄造設(shè)備研究，2006（3）：8-11.