底焦

底焦也叫底炭。在衝天爐、三節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。如此一再重複，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，故應予控制。

1、穩定熔化帶

在熔化過程中，予熱、熔化、氧化還原，爐缸和前爐共4個區域，除爐缸和前爐影響不大外，以上三個區域都直接受底焦的影響，這三個區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定，只有使熔化帶穩定，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，並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範圍之內，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CO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，這個化學反應比較複雜，很難區分，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於是在底焦中產生和完成的。

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。理論上，衝天爐底焦的正常高度應處於爐內燃燒區還原帶的上平面，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。

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多，底焦高度也相應增高。

③焦炭塊度小，反應性能高，底焦高度相應降低。反之，底焦高度應提高。

④層焦耗越高，底焦高度也越高。

衝天爐實際運行時底焦高度波動範圍理論上應為一批層焦高度，但實際波動範圍受焦炭質量、送風情況、操作等多種因素影響，波動範圍越小，衝天爐運行越正常。裝爐時底焦高度由於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。

底焦高度是否合適，往往可以通過經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；如果時間小於5min，說明底焦不夠；如果時間大於10min，說明底焦高度過高。

2、觀察爐襯侵蝕高度

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

底焦以層狀堆積在爐底內，焦炭與氣流之間產生碳氧反應，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，各帶的爐氣分佈及溫度分佈都與層狀燃燒相似。但是底焦的燃燒具有以下的特點：

1、衝天爐的進風多數是從側面風口進入爐內，加以進風只有“爐壁效應”，故爐內氣流分佈及溫度分佈是不均勻的。

2、衝天爐是一個化鐵設備，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佈都不同於層狀燃燒。

焦炭的燃燒是發生於氣相和固相之間的不均勻多相反應。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；④反應產物從焦炭表面脫附；⑤氣相產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。因此，燃燒過程的速度取決於其中最慢的環節，看其是受①、⑤步的擴散速度限制還是受③步的反應速度的限制。

碳氧反應的燃燒速度與溫度的關係如下圖所示。

圖中兩條曲線交點所對應的溫度約在800℃左右。因此，溫度低於800℃時，燃燒速度取決於反應速度，燃燒處於動力區；溫度高於800℃時，燃燒速度取決於擴散速度，燃燒處於擴散區。底焦內溫度遠高於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爐徑，或者採用小風口等均可提高風速。

2、採用低灰分焦炭、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，有利於減薄隔離層厚度。

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放出的熱量。因此，提高了氧化帶內的最高溫度。