我國沖天爐和中頻感應(yīng)爐熔煉現(xiàn)狀

吳殿杰

（機械工業(yè)第九設(shè)計研究院有限公司，吉林長春 130011）

1 鑄鐵熔化爐應(yīng)用現(xiàn)狀

沖天爐作為鑄鐵熔煉的主要設(shè)備，一直是國內(nèi)外汽車鑄造和鑄管行業(yè)普遍采用的熔煉爐型，一般采用沖天爐熔化感應(yīng)電爐保溫精煉雙聯(lián)方式居多，雙聯(lián)熔煉已日益被國內(nèi)鑄造廠家所采用。它的優(yōu)點是，可最大限度地利用沖天爐的熔化效率，再利用感應(yīng)電爐的過熱優(yōu)勢，如采用沖天爐與保溫前爐雙聯(lián)，1臺5 t/h的沖天爐熔化的鐵液量可相當于10 t/h的沖天爐。并可提高爐襯壽命（鐵液可不用在沖天爐內(nèi)過熱），減少焦炭的加入量，增硫、增碳減少，有利于鐵液質(zhì)量的保證。近幾年來伴隨著汽車等機械制造業(yè)的引進發(fā)展，以節(jié)能降耗、優(yōu)質(zhì)高效、安全環(huán)保為目標的熔化方式取得了飛速發(fā)展和進步。如一汽集團鑄造有限公司、南京汽車集團鑄造以及鎮(zhèn)江泰克西都已經(jīng)形成了大容量、長爐齡、外熱風(fēng)沖天爐為主要的熔煉模式并與節(jié)約能源、減少環(huán)境污染和提高鐵液質(zhì)量緊密聯(lián)系在一起，形成爐體、熱風(fēng)、除塵、PL俄C變頻控制技術(shù)為一體的綜合熔煉系統(tǒng)，體現(xiàn)了現(xiàn)代沖天爐的智能化與環(huán)保節(jié)能的新概念。近些年來國外大型沖天爐熔煉配合大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)的理念不斷推進，國內(nèi)如濰坊柴油機鑄造從美國EC&S公司引進的35 t/h熱風(fēng)沖天爐于2007年6月投產(chǎn)，熔化能力實際達到45 t/h.

感應(yīng)電爐尤其是中（變）頻爐的采用為鑄造行業(yè)的節(jié)能降耗環(huán)保開辟了新的思路。起初部分企業(yè)采用工頻感應(yīng)爐作為保溫爐與沖天爐一起熔煉高質(zhì)量鐵水的方式，發(fā)展到中頻爐熔化到中頻爐保溫，以至目前的東風(fēng)汽車鑄造有限公司和煙臺通用東岳等采用一拖二或二拖三的（中）變頻爐電源功率切換等先進熔煉加保溫方式，都已成功應(yīng)用多年。感應(yīng)電爐作為鑄鐵熔煉保溫精煉雙重功能已積累豐富的經(jīng)驗，尤其是目前在感應(yīng)器結(jié)構(gòu)、變頻技術(shù)、控制技術(shù)、循環(huán)冷卻技術(shù)等方面都有了很大進步，尤其在風(fēng)電球鐵鑄造行業(yè)。

2 熔煉爐熔化特性比較

2.1 沖天爐

沖天爐熔化是生鐵與焦炭、石灰石等直接接觸，通過焦炭燃燒產(chǎn)生的熱能將生鐵熔化，熔煉過程中產(chǎn)生大量的CO、CO2、SO2氣體和粉塵，如果直接排放，將造成大氣嚴重污染；同時，為了爐渣?；ǔ＿€會有廢水排放。隨著全民環(huán)保意識的逐漸增強以及國家環(huán)保法規(guī)的嚴格要求和不斷健全，要滿足粉塵、廢水及噪聲達標排放，就必須增大投資力度并設(shè)置爐氣熱交換及除塵裝置、爐渣?；鬯幚砑盎赜醚b置，使處理后的廢氣、廢水排放濃度控制在國家各級標準。

另外，由于沖天爐結(jié)構(gòu)特點，沖天爐熱效率比較低，一般只能達到40%左右。在發(fā)達國家，沖天爐爐渣和廢氣的排放量一般占鑄造廠廢棄物排放量的16.5%.

沖天爐包括機械化加料系統(tǒng)、爐渣?；拔鬯幚砘赜孟到y(tǒng)、爐氣熱交換及除塵系統(tǒng)、鼓風(fēng)機系統(tǒng)等，系統(tǒng)較復(fù)雜。圖1為沖天爐典型布置示意圖。

2.2 中頻感應(yīng)電爐

對于中頻感應(yīng)爐熔煉，熱效率達60%左右。由于爐料中不含焦炭、石灰石，同時加料后爐料不受外界影響，因此粉塵很少，配置除塵系統(tǒng)后，排放標準可達10 mg/m3以下，同時也不需要設(shè)置爐渣粒化裝置，所以環(huán)保設(shè)備投資很小，有利于環(huán)境保護，日常操作管理和維護保養(yǎng)工作量也比沖天爐低的很多。圖2為中頻爐典型布置示意圖。

2.3 熔煉熱效率的比較

沖天爐的熱效率約為40%，表1為熱風(fēng)沖天爐和中頻爐積累的效率對比表。

中頻熔化爐熱效率約60%，40%的感應(yīng)爐熱損失包括爐體蓄熱、爐蓋帶走熱量、爐冷卻水帶走的感應(yīng)電阻熱以及操作因素不良產(chǎn)生的無功熱量損失。

2.4 應(yīng)用范圍和操作性能

沖天爐和中（變）頻爐的機理有很大不同，因此對生產(chǎn)的適應(yīng)能力也不同。根據(jù)鑄件（牌號，生產(chǎn)綱領(lǐng)，加工要求等）不同需求來選擇冶煉設(shè)備并隨著條件的協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)，高效，節(jié)能，安全和過程對環(huán)境的保護，以達到高性價比的技術(shù)和指標?？傊瑳_天爐和中頻感應(yīng)電爐相比，互相取代。可根據(jù)表2進行參考選用。

表1 某項目沖天爐和中頻爐熱效率對比

3 沖天爐和感應(yīng)電爐應(yīng)用趨勢

沖天爐是鑄鐵熔煉的主要設(shè)備，目前國內(nèi)鑄造行業(yè)正以節(jié)能，優(yōu)質(zhì)，高效，安全，環(huán)保為目標，率先在汽車鑄造行業(yè)等開始了大容量、長爐齡、熱交換熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、PLC控制的智能化節(jié)能環(huán)保型的應(yīng)用局面。我們堅信：將來國內(nèi)所使用的沖天爐一定為大型的可長期連續(xù)生產(chǎn)的熱風(fēng)沖天爐。以往的小容量、短爐齡、常溫送風(fēng)的沖天爐設(shè)備正逐步退出歷史舞臺。

表2 沖天爐和中（變）頻爐操作性能對比表

中頻感應(yīng)電爐在環(huán)境保護、鐵水成分調(diào)整、生產(chǎn)組織方面優(yōu)勢較大，在電力、爐料等條件能滿足要求的情況下，中頻感應(yīng)電爐在中小規(guī)模以及附加值高的鑄件生產(chǎn)中仍然是首選。

沖天爐和中頻爐的雙聯(lián)工藝在大批量生產(chǎn)中成功應(yīng)用并已經(jīng)得到行業(yè)內(nèi)人士的普遍認同。將來發(fā)展趨勢是以下兩種將主導(dǎo)鑄造行業(yè)：

沖天爐熔化＋中（變）頻爐保溫精煉（雙聯(lián)）；中（變）頻爐熔化精煉保溫（一拖二或二托三相互變頻切換）。

［1］曾小弟.沖天爐和電爐熔煉的區(qū)別.中國鑄造周文論集，2008.

［2］劉小龍.淺談沖天爐和電爐熔煉［J］.中國鑄造裝備與技術(shù).2006（04）:52-53.

［3］郭建平.中頻感應(yīng)爐生產(chǎn)的節(jié)電途徑.鑄造設(shè)備研究.2005（04）:25-27.

［4］宋強，王錄才，張明.沖天爐與感應(yīng)電爐熔煉的對比分析［J］［J］.鑄造設(shè)備與工藝 2011（05）:1-4.

［5］宋強.我國沖天爐現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2009（03）：1-2.