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冲天炉到底惹了谁?
作者:管理员    发布于:2014-12-17 17:46:59    文字:【】【】【

        近年来,国家在节能减排方面的要求日益提高并严格执行,因而不少人认为:冲天炉的应用已经是江河日下,被感应电炉取代是不可逆转的趋势。而现实情况中,也的确有为数不少的冲天炉遭到取缔,冲天炉将全面退出铸造领域的风声也甚嚣尘上。
        冲天炉真的已经一无是处?它究竟哪些地方遭到大众诟病?面临全面取缔,冲天炉到底惹了谁?

        中小型企业取消冲天炉并不影响其重要性
        对于全面取消冲天炉的潜在趋势,中国铸造协会资深顾问李传栻却不这么认为:“如果对铸铁熔炼设备的发展作比较全面的分析,冲天炉有着电炉无可替代的特点,而且从低碳经济角度考量,冲天炉这一传统的熔炼设备仍然有旺盛的生命力和广阔的发展空间。”
        李传拭分析认为,中、小型铸造企业用感应电炉取代冲天炉是非常合适的;但是,铸造业是能耗较高的行业,今后企业必将向集群化、大型化发展,中、小型铸造厂的产量在铸件总产量中所占的份额会越来越小。他表示:“目前,各工业国家铸铁行业所用的熔炼设备中,如果就熔炉的数量而言,当然感应电炉远多于冲天炉。但冲天炉大都是大型的,而且都是长炉龄的,生产能力很强,如果就铸铁件的产量而言,则还是冲天炉熔炼的居多。”这就是说,在铸铁熔炼中,冲天炉和电炉将永远并存,而且冲天炉的熔炼量要多于电炉的熔炼量。
         资料显示:
       1、2003~2007五年间欧盟各国铸造焦炭的用量一直保持在150万吨左右,且略有增长,说明冲天炉的应用并未衰落;目前,整个欧盟的铁液生产量中,50%是由冲天炉熔炼的。
       2、2006年法国生产的各种铸铁件以冲天炉为熔炼设备(包括双联)的占60.6%。
       3、德国每年生产铸铁件在370万吨左右,即每年需化500万吨铁液,其中冲天炉熔炼的占65%;而且,德国现有的50台冲天炉中熔化率最大的为90 t/h,共有5台。这5台冲天炉每年熔化铁液量就达到175万吨。
       4、据美国铸造师学会出版的《冲天炉手册(第6版)》所列的数据,美国以冲天炉为熔炼设备生产的各类铸铁件仍在铸铁件总量中占70%左右的份额。有一家公司使用105 t/h的冲天炉来生产汽车用刹车盘。

           理性看待去留 全面认识冲天炉
           在我国当前条件下,用冲天炉为熔炼设备生产的铸铁件在70%以上,因而正确地认识和掌握冲天炉,对于提高铸铁件的冶金质量、降低生产成本,乃至节能、减排,都是至关重要的,也是我国由铸造大国走向铸造强国必须切实解决的课题之一。
          冲天炉在铸造行业有着举足轻重的作用,面临取缔尴尬的最重要的争论点集中在能耗大、污染严重这两方面,而许多地方政府强制用电炉取代冲天炉也是冲着这两点。但事实是否确实如此呢?
       •碳消费量冲天炉更胜一筹
          原机械科学研究总院副院长,中国机械工程学会荣誉理事,中铸协资深顾问房贵如在采访中表示:“电炉用的是电,使用的是二次能源;而冲天炉使用的是原煤燃烧产生的热量,是一次能源。因此,在能耗对比时,电炉的能耗应该要加上从一次能源到二次能源的消耗。所以,核算单价比,电炉并不一定就比冲天炉能耗低。”
          李传拭曾在他的研究中详细计算了冲天炉和电炉两者的能耗对比,结果同样证实了上述说法。理论上讲,把1吨金属炉料从室温24 ℃升温,变成1 550 ℃的铁液需要1 322.6 MJ热量,这是基本上不会变的。如没有废气余热的利用,冲天炉熔炼铸铁,用于熔化铁料和使铁液过热的能量,一般只是焦炭总能量的40%左右,能源的利用率是相当低的。焦炭的热值按30 MJ/㎏计算,则熔炼每吨铁液的能耗约为3 750 MJ。每吨铁液耗用焦炭量平均约为125 ㎏。
          用坩埚式中频感应电炉熔炼,热效率可达到70%,如每吨铁液的电耗平均按600 kW•h计算,结果显示,1 kW•h的能量相当于3.6 MJ,熔炼每吨铁液的能耗为2 160 MJ。从能耗的对比看来,感应电炉熔炼铸铁的能耗只是冲天炉熔炼能耗的57.6%。只从电的热当量考虑,当然是感应电炉远优于冲天炉。
          但如果考虑到电是二次能源,而且,目前的电能绝大部分是由煤转化的;按碳消费量来评估,情况就大不一样了。
          发电厂产出每kW•h电能的耗煤量平均为0.32 ㎏标准煤。按此推算,感应电炉熔炼每吨铁液的碳消费量为192 ㎏标准煤,其中还不包括输电过程中约5%的各种损失。
冲天炉熔炼,每吨铁液耗用的焦炭量平均为125 ㎏。固定碳含量为84%的焦炭,热值大致与标准煤相当。按此推算,每吨铁液的碳消费量只有125 ㎏标准煤,大约比用感应电炉熔炼少34.9%。
          德国有一家著名的感应电炉生产公司做过各种熔炼炉的能耗对比(考虑了炉子的效率和能源的种类),结论是:每熔炼1吨铁液的耗能,中频电炉约6 200 MJ,冷风冲天炉约5 300 MJ,热风冲天炉约4 400 MJ;热风冲天炉可比中频感应电炉节能40%以上。
          由此看来,采用冲天炉熔炼,碳消费量比用感应电炉熔炼低得多。

          当然,焦炭也是二次能源,是由焦煤炼制而成的,但是,炼焦的副产品煤焦油是重要的化工原料,焦炉煤气是优质燃料,两者的价值高于焦炭。从能源的综合利用看来,以焦炭为燃料、用冲天炉熔炼铸铁,当然不失为一种可取的选择,且对国家和企业都有利。
          安徽省机械科学研究所总工程师、中铸协耐磨材料与铸件分会秘书长宋量也表明观点:电炉的熔化和冲天炉的熔炼是两个不同概念,前者是物理现象,后者是物理加化学现象。冲天炉在熔炼过程中,可以有利于化学物质充分燃烧。此外,冲天炉废气中的显热和潜热约占所用焦炭总能量的40%~45%,如果将这些热量充分加以利用,就更能体现出冲天炉熔炼的优势。目前,在利用冲天炉废气的热量方面,已经有多种行之有效的方法。“当然冲天炉的优点不仅于此,全面取消冲天炉还为时过早。”宋量说。
对比看来,以冲天炉能耗大作判据,可谓一场冤案。
       •冲天炉对金属炉料适应力强
          除此之外,冲天炉对金属炉料的适应能力也比较强。
          近年来,为了实现装备的轻量化,各行业,特别是汽车行业,所用的钢材中,合金钢所占的比例越来越多。以美国通用汽车公司为例,2003年所用钢材中碳钢占65%,2010年降低到10%。这从资源的充分利用、各种装备的轻量化、工艺技术的进步等方面看来,当然是好事,而且这种趋势今后仍将继续。但是,废钢中合金元素的增多却给铸铁业带来了许多棘手的问题。用感应电炉熔炼铸铁时,因没有冶金反应过程,炉料中铸造生铁锭的用量要有所限制,废钢所占的份额就要增多,而钢材中的合金元素对铸铁(尤其是球墨铸铁)的性能却大都有负面影响;另一方面,在冲天炉熔炼过程易于脱除的低沸点元素,如Pb(1755℃)、Sb(1640℃)、Bi(1481℃)、Te(989.8℃)、As(615℃升华)、Cd(767℃)、Zn(419.5℃)等,用感应电炉熔炼时就较难以脱除,从而易于显现其负面影响。
       •采用替代燃料 冲天炉创新空间广阔
          冲天炉最为当今形势诟病的地方除了“能耗大”外,还有污染严重的问题。事实如何?它是否还有进步空间?
          青岛青力环保设备有限公司宋强表示,冲天炉主要的污染排放物为烟尘、炉渣和热量。烟尘污染空气,炉渣污染土地,热量除了恶化现场工作环境外,热气流上升还是烟尘在空气中悬浮扩散的动力来源。
          冲天炉产生这些污染物与其传统燃料焦炭有关。冲天炉污染物的排放量与炉型、工作制度、炉料、焦炭、耐火材料、熔炼操作等因素都有关系。根据产品要求,正确选择、优化组合这些因素,可以最大限度减少污染物的排放量。从而不仅可以降低冲天炉的污染程度,也可以减轻防止污染的负担,同时还有提高铁液质量和节能降耗的效果。

          既然冲天炉产生污染物与焦炭有关,那么,不使用焦炭,冲天炉还能否工作如常?答案是肯定的。李传栻表示,冲天炉在使用替代燃料、节能降耗方面还有很大的创新与发展空间。
        1、生物碳块的应用正在研究开发中
        废木屑、树皮、秫秸、树叶等废料,都是含碳材料,如果加以利用,不仅是可再生资源,而且还能消纳废弃垃圾。不少国家都已经着手研究将这类废弃材料制成生物碳块,用作冲天炉燃料,以替代焦炭。
        2、采用高灰分焦炭,降低生产成本
       冲天炉采用冷风作业的条件下,采用低灰分、高固定碳的铸造焦炭,对于提高炉温、保证冲天炉熔炼的冶金质量,是非常必要的。我国焦煤资源丰富,目前是世界上焦炭产量最高的国家,但是我国焦煤的“内灰”含量高,“可洗性”不佳,炼制低灰分焦炭的工艺繁琐,代价很高。如果我们能在强化冲天炉熔炼的基础上,解决这个问题,意义将是深远的,同时也会进一步增强冲天炉的竞争能力。
       3、采用铸造型焦
       型焦用于高炉炼铁早已经受到广泛的关注,铸造行业在冲天炉作业中用型焦代替焦炭,目前除波兰和韩国比较成功外,大都仍在试验、探索中。针对国内的情况,推广应用型焦的关键在于型焦制造厂加强与铸造企业、科研院所的合作,以及优化型焦的生产工艺方面。铸造企业还应在使用方面充分掌握型焦的特点。
       4、无烟煤的应用
       无烟煤的密度高于焦炭,如以相同的重量代替部分焦炭,燃料在炉内所占的体积较小,更有利于热量向金属炉料传递。不过,在冲天炉中用无烟煤代替焦炭,应注意:选用挥发分低的无烟煤。如煤中挥发分高,则应先予以煅烧处理。不能代替底焦,只能用于层焦,用量一般为10%~20%。

         冲天炉始终都在改进和发展
         有了缺点,正确面对并将其改正,才是理性的做法。全面取消虽然能在短期内扼杀冲天炉的污染问题,但对铸造行业长期的发展可谓杀鸡取卵,更何况,事物都在不断地变化发展,冲天炉也始终都在改进和发展中。上世纪60年代,感应电炉刚问世,冲天炉的污染问题难以解决,因此电炉得到了广泛的推广;后来,冲天炉排放可严格控制在30 mg/m3,甚至10 mg/ m3以下,两者在工业发达国家得到了合理的分工和应用。当然,这里所说的冲天炉是指带有除尘装置的冲天炉。
          在各种熔炼技术和设备竞相发展的当下,冲天炉也在不断吸收新技术而日臻完善,并且实现了现代化、大型化、长炉龄化和燃料的多样化,而且在炉气显热、潜热的利用和废气、烟尘的治理方面不断有所创新,从而能充分发挥其生产成本低、冶金质量高的优势。
          近年来,冲天炉在结构及相关的熔炼技术方面的发展,主要有以下几方面:
          炉型结构:两排大间距风口鼓风;水冷冲天炉;免焦冲天炉;炉气中显热和潜热的再利用系统等。
          鼓风方面:富氧送风;脱湿送风;自风口吹入天然气、焦炭末之类的辅助燃料等。
          作业控制:风量及风压控制;炉气成分控制;铁液温度和成分控制;动态热分析控制;熔炼过程的计算机控制等。
          节能减排:炉气显热、潜热的利用;尾气的无害化;除尘系统的改进;替代燃料的应用;炉渣的循环利用等。
          烟尘净化:高温烟尘从将军帽吸风口捕集,使得将军帽和加料口均处于为负压状态,避免烟尘外溢;高温烟气经风管进入扰流式旋风冷却器冷却后再进入多管水冷却器冷却,温度可降到100℃左右,最后进入常温袋式除尘器净化,然后经脱硫喷淋塔脱硫后可达标排放。
          余热回用:充分利用熔炼设备流失的热能,通过水-水交换后,使水流温度达40~50℃,可用作职工常年洗手、洗澡等生活用水。

          是否应该全面取消冲天炉?想必行文至此,读者们都有了自己的思考。冲天炉虽然有自身的局限性,但其重要性及发展前途不容小觑,冲天炉是去是留,应多一份理性看待。

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