张明，男，生于1958年，陕西华县人，工学学士，高级工程师，冲天炉技术专家。15年来长期致力于冲天炉技术的研究与工程项目施工，迄今公开发表冲天炉项目研究报告、论文约50篇。

    《冲天炉及其熔炼技术》面向广大铸造厂的管理者、冲天炉工程师、采购经理与炉工，在总结继承冲天炉传统技术的基础上，紧密围绕环保、节能、降低熔化成本、提高铁液质量等课题，介绍了现代冲天炉的结构、操作技术、配套设备、炉辅料、铸铁熔炼等实用技术和新技术。
    《冲天炉及其熔炼技术》分5篇18章，第1篇3章为冲天炉熔炼基础，第2篇5章为现代冲天炉及操作，第3篇5章为冲天炉配套设备与炉辅料，第4篇2章为环保、节能与安全生产，第5篇3章为铸铁熔制概要。
    《冲天炉及其熔炼技术》不仅介绍了冲天炉的结构，而且重点介绍了冲天炉操作的新技术与技巧，包括两排大排距普通炉衬冲天炉、水冷冲天炉、炉顶热风冲天炉、炉外热风水冷冲天炉、天然气冲天炉等。同时介绍了冲天炉除尘系统、冲天炉节能、铁液成本控制等，全面反映了30年来我国冲天炉方面的技术进步，对广大铸造厂的管理者、采购经理、冲天炉工程师、炉工均有重要参考价值。

    2 冲天炉的优越性与局限性据统计，2007年世界铸件总产量为9492万t，我国约占世界铸件总产量的1／3，总产量为3127万吨，相当于美国、俄罗斯、印度、日本产量的总和。其中灰铸铁占49.4％，球墨铸铁占24.6％，可锻铸铁占1.8％，铸钢、有色金属铸件占24.2％。铸铁迄今仍然是仅次于钢材应用最广泛的金属材料，冲天炉仍然是铸铁熔炼的主要设备。目前越来越多的铸铁厂由于环境保护的原因，在工厂建设中选用了感应电炉，我国冲天炉面临着严峻的形势，因此有必要重新认识冲天炉。相对于电炉熔炼，冲天炉有下列的优越性与局限性：
    （1）冲天炉以焦炭为燃料，炉气产量大，炉渣量大，容易污染环境，污染治理费用高于电炉。但冲天炉的熔化能力强，熔化热效率高，中频感应电炉对铁液的过热效率高，冲天炉与中频炉双联熔炼相辅相成，是最节能的熔炼方式。
    （2）冲天炉熔化成本低，但是金属液易受焦炭污染（例如增硫），铁液成分、铁液温度波动大于电炉。
    （3）冲天炉内存在冶金反应，适用的炉料范围广。
    （4）冲天炉可以单班制、双班制或长期连续生产，容易实现自动化流水作业，便于生产组织管理。
    （5）冲天炉应用历史长，使用范围广，熔化工艺与配套设备技术成熟。
    （6）冲天炉结构简单，配套设备少，建造费用低，建设周期短，设备故障少且易维修，容易在大范围内应用。
    （7）冲天炉的熔化率范围很大，熔化率可以达到百吨以上，而百吨以上的感应电炉制作难度则很大。
    3冲天炉熔炼的基本要求提高铁液质量，节约能源，降低冲天炉对环境的污染，降低铁液熔化成本等是冲天炉及其熔炼技术的基本问题与要求。
    （1）提高铁液质量铁液质量包含温度、成分、铁液中的杂质、气体含量、氧化程度等。提高冲天炉铁液质量的根本途径为精选金属炉料，提高焦炭的质量，严格操作和管理。
    铁液温度高，不仅铁液的流动性好，而且其中的杂质少，气体含量低，氧化程度低。温度反映了铁液的综合质量，属铁液质量的最重要指标。冲天炉铁液出炉温度：高级优质铸件应在1500～1550℃之间；普通铸件应不低于1450℃。用冲天炉与电炉双联熔化生产优质铸件，不可忽视冲天炉的冶金作用，降低冲天炉铁液的出炉温度。
    冲天炉铁液的化学成分应该符合铸件要求，同时应成分稳定，波动小，碳、硅、锰的质量分数波动范围应小于±0.10％，硫、磷波动应小于±0.02％。
    元素烧损率间接反映铁液的纯净度或氧化程度，要求硅烧损小于10％～20％，锰烧损小于15％～25％。炉渣中的氧化亚铁含量反映铁液的氧化程度，炉渣中。FeO的质量分数一般要求小于1.5％～5％。
    铁液中的氧、氢、氮等气体降低铸铁的力学性能，容易造成铸造缺陷，同时对石墨化和热处理也有一定影响。一般情况下，铁液中氢的质量分数应小于0.0002％，氮应小于0.002％～0.008％，氧应小于0.007％。
    （2）降低铁液成本铁液成本包括熔化设备折旧费用、金属炉料成本、燃料及动力费用、炉衬费用、污染治理与排放费用、人工费用、管理费用等。

序
前言
绪论
第1篇 冲天炉熔炼基础
第1章 概论
1.1 冲天炉及其选用
1.1.1 冲天炉的组成
1.1.2 类型及其适用性
1.1.3 冲天炉选用原则
1.2 冲天炉熔炼过程及其要求
1.2.1 熔炼作业过程
1.2.2 熔炼作业的基本要求
1.2.3 熔炼工序操作要点
1.3 冲天炉术语与熔炼指标

第2章 基础理论
2.1 底焦燃烧
2.1.1 焦炭厚层燃烧过程
2.1.2 碳的燃烧反应
2.1.3 焦炭在空气中的燃烧
2.1.4 影响焦炭燃烧与炉气温度的因素
2.1.5 送风死区与附壁效应
2.2 冲天炉内的热交换
2.2.1 冲天炉内热交换的特点
2.2.2 炉内各区段热交换概况
2.2.3 影响炉内热交换的因素
2.3 冲天炉的炉渣
2.3.1 炉渣量及其成分
2.3.2 炉渣的流动性
2.3.3 炉渣的碱度
2.4 铁液成分的变化
2.4.1 元素烧损率
2.4.2 铁的氧化与还原
2.4.3 铁液含碳量的变化
2.4.4 硅锰含量变化与影响元素烧损的因素
2.4.5 铁液含硫量的变化
2.4.6 铁液含磷量的变化

第3章 熔炼控制与检测
3.1 熔炼参数及其选择
3.1.1 装炉底焦高度
3.1.2 层铁量与层焦量
3.1.3 层熔剂量
3.1.4 人炉风量及风压
3.2 熔炼规律及熔炼控制
3.2.1 熔炼参数的基本规律
3.2.2 运行底焦高度的控制
3.3 熔炼的十项控制
3.3.1 炉料熔化顺序
3.3.2 熔化率调控
3.3.3 前炉出铁时间控制
3.3.4 出渣时间控制
3.3.5 铁液温度的控制
3.3.6 交界铁液的控制
3.3.7 浇注铁液量的估算与控制
3.3.8 浇注温度的控制
3.3.9 铁液成分控制
3.3.10 计划停风的控制
3.4 熔炼参数检测
3.4.1 料位检测
3.4.2 压力测量
3.4.3 风量测量
3.4.4 温度检测
3.4.5 炉气成分检测
3.4.6 炉渣成分的分析
3.5 铁液成分的炉前分析
3.5.1 铸铁热分析仪
3.5.2 真空光电直读光谱仪

第2篇 现代冲天炉及操作
第4章 两排大排距普通冲天炉
4.1 两排大排距普通冲天炉的结构
4.1.1 底焦燃烧特性
4.1.2 风口分配比
4.1.3 两排大排距冷风冲天炉结构参数
4.2 炉衬修砌
4.2.1 炉衬工作环境及材料
4.2.2 炉衬施工
4.2.3 炉衬烘烤
4.3 炉况观察与故障处理
4.3.1 炉况观察与判断处理
4.3.2 冲天炉的故障及其排除

第5章 水冷长炉龄冲天炉
5.1 炉衬侵蚀
5.1.1 炉衬侵蚀机理
5.1.2 炉衬侵蚀导致的问题
5.2 水冷冲天炉的工作原理
5.3 炉壁淋浴冷却装置
5.4 插人式水冷风口
5.4.1 水冷风口的结构
5.4.2 影响水冷风口寿命的因素
5.5 连续出铁与出渣装置
5.5.1 连续出铁与出渣装置的结构
5.5.2 连续出铁与出渣装置的对比
5.6 水冷冲天炉的其他结构
5.6.1 水冷冲天炉炉缸
5.6.2 风箱
5.6.3 风口供风支管
5.7 其他水冷冲天炉
5.7.1 两排水冷风口的水冷冲天炉
5.7.2 无插入式风口的水冷冲天炉
5.8 冷却水及其控制
5.8.1 循环冷却水
5.8.2 冷却水系统
5.9 水冷冲天炉的炉衬及其修砌
5.9.1 水冷冲天炉用耐火材料
5.9.2 炉龄与炉衬方案
5.9.3 炉衬修砌实例
5.9.4 水冷冲天炉的修炉与烘炉
5.10 水冷冲天炉故障处理

第6章 热风及炉顶热风冲天炉
6.1 热风冲天炉的类型及优越性
6.1.1 热风冲天炉的类型
6.1.2 热风冲天炉的优越性
6.2 炉气的化学潜热与热风
6.2.1 干燥空气的热容量
6.2.2 炉气的化学潜热与热风
6.3 炉顶热风冲天炉
6.3.1 结构简介
6.3.2 炉顶热风冲天炉的特点
6.3.3 炉顶热风换热器
6.3.4 换热器的损坏及其预防
6.3.5 换热器的器壁材料
6.4 热风温度及控制要点
6.4.1 风温及其影响因素
6.4.2 热风系统的控制要点

第7章 炉外热风水冷冲天炉
7.1 一氧化碳燃烧热与余热回收路线
7.1.1 燃烧热与燃烧温度的关系
7.1.2 炉气余热回收路线
7.2 炉外热风水冷冲天炉
7.2.1 系统典型例
7.2.2 炉气接口的结构
7.2.3 热风单元
7.3 操作要点

第8章 天然气冲天炉
8.1 天然气冲天炉的优越性和局限性
8.2 天然气及其燃烧
8.2.1 天然气
8.2.2 天然气的燃烧
8.3 热交换与冶金反应
8.4 天然气冲天炉的结构
8.4.1 天然气冲天炉的类型
8.4.2 天然气冲天炉的结构与其他
8.5 天然气冲天炉的熔炼
8.5.1 提高铁液温度的措施
8.5.2 熔炼作业

第3篇 配套设备与炉辅料
第9章 供风系统设备
9.1 鼓风机
9.1.1 鼓风机的类型与选用
9.1.2 鼓风机简介
9.1.3 风机参数选择与换算
9.1.4 鼓风机的故障及其处理
9.1.5 风机的变频调速
9.2 送风管道与阀门
9.2.1 送风管道
9.2.2 风量控制阀
9.3 加氧送风
9.3.1 加氧送风的优越性
9.3.2 加氧送风方式
9.3.3 氧气供应系统
9.4 冲天炉的脱湿送风
9.4.1 空气湿度及其对冲天炉的影响
9.4.2 脱湿送风装置的工作原理

第10章 加配料及冲天炉自动化
10.1 加料机
10.1.1 加料机的类型及选用
10.1.2 爬式加料机
10.1.3 翻斗加料机
10.1.4 单轨加料机
10.2 配料设备
10.2.1 配料设备的类型
10.2.2 电磁配铁秤
10.3 铁料翻斗、焦石称量装置
10.3.1 铁料翻斗
10.3.2 焦石称量装置
10.4 冲天炉自动控制系统
10.4.1 自动控制系统的类型
10.4.2 冲天炉集散控制系统

第11章 浇包与回转前炉
11.1 浇包及其搪衬
11.1.1 常见浇包的类型与结构
11.1.2 浇包搪衬
11.1.3 包衬烘烤
11.2 回转前炉
11.2.1 小型回转前炉
11.2.2 托辊式回转前炉

第12章 焦炭、金属炉料与辅料
12.1 焦炭
12.1.1 焦炭的性能指标
12.1.2 焦炭的质量标准
12.1.3 焦炭的性能对比与型焦
12.1.4 我国主要产地焦炭的性能
12.2 金属炉料
12.2.1 生铁的质量标准
12.2.2 常用铸造铁合金
12.2.3 常用金属
12.2.4 回炉金属
12.2.5 主要金属炉料的选用
12.3 熔剂与聚渣剂
12.3.1 常用熔剂
12.3.2 聚渣剂

第13章 耐火材料
13.1 耐火材料概论
13.1 I1耐火材料常用术语
13.1.2 常见成分和原料的熔点
13.1.3 耐火材料的分类
13.2 耐火砖
13.2.1 技术条件与标准
13.2.2 常用耐火砖的形状尺寸
13.3 不定形耐火材料
13.3.1 不定形耐火材料的分类
13.3.2 不定形耐火材料的性能参数
13.4 隔热材料
13.4.1 隔热材料分类
13.4.2 常用隔热制品的性能
13.5 冲天炉与浇包耐火材料的选用

第4篇 除尘、成本、节能与安全生产
第14章 冲天炉的炉气除尘
14.1 炉气污染及治理要求
14.1.1 冲天炉的炉气污染
14.1.2 冲天炉烟尘治理要求
14.2 冲天炉除尘器
14.2.1 冲天炉除尘器基本类型
14.2.2 冲天炉除尘器的工作原理、特性与选用
14.2.3 袋式除尘器
14.3 冲天炉除尘系统
14.3.1 冲天炉除尘系统要素与类型
14.3.2 冲天炉除尘系统风量
14.3.3 炉气冷却器
14.4 冲天炉除尘系统例

第15章 成本、节能与安全生产
15.1 铁液成本及其控制
15.2 冲天炉节能
15.2.1 熔化方式及其能源利用率
15.2.2 冲天炉节能途径
15.2.3 提高焦炭热能利用率的措施
15.3 安全生产
15.3.1 安全装置与个人防护
15.3.2 冲天炉伤害事故及其预防
15.3.3 冲天炉安全作业规程

第5篇 铸铁熔制概要
第16章 铸铁化学成分
16.1 铸铁及其分类
16.2 铸铁的相图
16.2.1 Fe-C与Fe-Fe3C双重相图
16.2.2 Fe-C-Si准二元相图
16.2.3 常见元素对Fe-C相图临界点的影响
16.2.4 铸铁中的各相组织及其性能
16.2.5 碳当量与共晶度
16.3 成分对铸铁结晶及组织的影响
16.3.1 各元素在铸铁中的状态与分布
16.3.2 化学成分对石墨化的影响
16.3.3 化学成分对金属基体组织的影响
16.3.4 几个常用合金元素的具体作用
16.3.5 常见微量元素的影响
16.4 灰铸铁的牌号及化学成分
16.4.1 灰铸铁牌号
16.4.2 灰铸铁的化学成分
16.5 球墨铸铁牌号及化学成分
16.5.1 球墨铸铁牌号
16.5.2 球墨铸铁的化学成分
16.6 蠕墨铸铁牌号与化学成分
16.6.1 蠕墨铸铁牌号
16.6.2 蠕墨铸铁化学成分
16.7 可锻铸铁牌号与化学成分
16.7.1 可锻铸铁的牌号
16.7.2 化学成分的选择
16.8 特种铸铁的成分
16.8.1 特种铸铁的成分及性能
16.8.2 合金添加及其回收率

第17章 铸铁的熔炼
17.1 金属炉料的选配
17.1.1 配料的原则
17.1.2 金属炉料的管理与使用
17.1.3 各种铸铁金属炉料的选配
17.1.4 金属炉料的配料计算
17.2 灰铸铁的冶金指标与铁液质量控制
17.2.1 灰铸铁的冶金质量指标

第18章 铁液的炉前处理
附录
参考文献