反射炉（杯式炉）详解：结构、分区、操作与应用全指南
本文将全面介绍反射炉（杯式炉）的结构组成、炉内功能分区、操作流程及工业应用。反射炉是铸造车间中用于熔炼生铁与废钢的核心设备，其主要目标是以最经济的方式，按要求产率生产出成分、温度、性能均达标的铁液。相比其他熔炼炉型，反射炉具备操作简便、生产连续、产量高且热效率高等显著优势。
反射炉主要结构部件
反射炉炉身为垂直圆筒形钢板壳体，壁厚6-12mm，内衬酸性耐火砖或酸性捣打料（主要成分为SiO₂和Al₂O₃）。炉衬下部因温度较高而加厚。炉壳安装于砖砌基础或钢柱上，现代炉型多采用落底式结构，炉底设有落底门，熔炼结束可卸除焦渣等残留物。工作炉底由型砂堆筑而成，向前方出铁口倾斜。出铁口对面、稍高处设有出渣口，便于排渣。
鼓风系统由电动鼓风机提供恒定风量，风经风管进入环绕炉壳的风箱，再通过设于工作炉底上方450-500mm处的若干风口（数量4/6/8个，视炉径而定）吹入炉内。风口总面积约为炉衬内横截面积的1/5-1/6。风压随炉型大小而异：中小型炉250-400mm水柱，大型炉400-850mm水柱。熔炼1吨铁约需800-900m³空气（按铁焦比10:1计）。
装料门位于风口上方3-6m处，周围设有操作平台。炉身延伸至装料门上方4.5-6m形成烟囱，顶部装有捕火花装置（锥形盖），可冷却火花仅排烟气；部分配备收尘净化装置以减少污染。
反射炉功能分区
根据燃烧反应特征，炉筒自下而上可分为五个区域：
- 坩埚区（炉床/炉膛）：风口下端至砂底顶面之间，熔融铁液聚集于此。
- 燃烧区（氧化区）：风口上端150-300mm范围内，风中氧气全部参与燃烧，温度达1550-1850℃，主要反应：C+O₂→CO₂、Si+O₂→SiO₂、2Mn+O₂→2MnO，均放热。
- 还原区：燃烧区顶至焦层顶，CO₂与焦碳反应生成CO（CO₂+C→2CO-热），温度降至约1200℃，还原性气氛保护金属不被氧化。
- 熔化区：焦层顶上首层金属料起至上方约900mm，温度约1600℃，铁在此熔化并吸碳（3Fe+2CO→Fe₃C+CO₂）。
- 预热区（装料区）：熔化区上至装料门下，交替装入的焦、熔剂、金属料在此预热至约1100℃。
- 烟囱区：预热区上至炉顶，排出炉内生成气体。
反射炉产能与尺寸
产能定义为单位小时产出铁液吨数，范围1-15吨/小时甚至更高。产能取决于炉膛横截面积与焦炭消耗强度。经验公式：炉膛横截面积A = πd²/4 = Q/Q₁（Q为设计小时产量，Q₁为单位面积比产量，通常6-8吨/小时·m²）。有效高度H与直径d之比为3:1-5:1。炉高直接影响熔化速率、焦比、铁水温度与质量。内径决定单位时间焦耗与产铁量，经验值：14cm²平面面积每小时燃焦约1kg。
反射炉操作流程
- 炉前准备：清理旧衬渣砖、修补损伤、筑砂底（高出落底门100-200mm，向出铁口倾斜）、打出铁口与渣眼、烘干炉衬。
- 引火焦床：开炉前2.5-3小时用引火木点火，分批加焦至风口上方略高，开小风点燃焦床，见红斑后续加焦至上排风口上700-800mm。焦床高度用量棒测定，直接影响温度、熔化率与成分。
- 正常装料：焦床均匀着火后，按生铁:焦:石灰石分层装料至炉口，废钢比例通常占金属总重25-50%，大量废钢时加2-4%锰铁脱氧。石灰石用量约30-40kg/吨铁或焦重25%，常用铁焦比10:1。
- 浸烧：装满后小风浸烧约45分钟，使金属缓慢预热。
- 开大风熔炼：开大风前封闭风口与铁口，约10分钟铁液聚集炉床。此后装料速度与熔化速度匹配，保持炉料柱高度恒定。熔炼末期停止装料继续吹风至铁液熔净。
- 出铁出渣：开大风40-50分钟后首次出铁。渣积累时开渣眼排渣，铁水用包收集浇注。循环操作直至熔炼结束。
- 关炉：停风、撬倒落底门支柱，残料落地淬水清理。一般连续运转4-10小时。
热效率与风量核算
热效率 = （预热+熔化+过热利用热量）/（焦炭潜热+Fe/Si/Mn氧化热+风带入热量）×100%，通常30-50%，受焦比、风速、焦粒度影响。完全燃烧1kg焦需8.4m³空气，按铁焦比10:1，每吨铁需焦100kg，理论风量840m³，考虑漏风实际供风约900m³/吨铁。
装料成分控制
为获得均一铁液成分，须按损得规律调配生铁与废钢品级：
- 碳：吸碳增0.15%左右，氧化微损。
- 硅：氧化损失约10%。
- 锰：氧化损失15-20%。
- 硫：自焦炭/废钢/熔剂吸入，增0.03-0.05%。
- 磷：基本无损得。
- 铁：氧化损失3-4%。
工业技术