沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉和中頻感應(yīng)電爐熔煉對(duì)比分析

楊紹同 楊 濤 夏文國(guó) 李國(guó)鈞

昆明云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司

針對(duì)鑄鐵生產(chǎn)，主要從鐵液質(zhì)量、工藝性能、能源利用、環(huán)保、設(shè)備投資等幾個(gè)方面，詳細(xì)對(duì)比分析了沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉和中頻感應(yīng)電爐熔煉兩種方法的特點(diǎn)，為鑄造廠設(shè)計(jì)和技改提供依據(jù)。

在鑄造生產(chǎn)過(guò)程中，鐵水的內(nèi)在質(zhì)量對(duì)鑄件性能和可靠性有重要影響，故鐵水的熔煉是鑄造生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。沖天爐熔煉是傳統(tǒng)主流的鐵水熔煉方法，具有效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著環(huán)境保護(hù)等要求的提高，單純的沖天爐熔煉逐漸被淘汰，出現(xiàn)了沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉和中頻感應(yīng)電爐熔煉兩種熔煉方法。為此，圍繞這兩種方式哪種更好，一直是學(xué)術(shù)界和企業(yè)界爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。本文作者從工藝、材質(zhì)、投資、環(huán)保等方面對(duì)沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉（以下簡(jiǎn)稱(chēng)沖天爐）和中頻感應(yīng)電爐熔煉（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電爐）進(jìn)行對(duì)比分析。

沖天爐熔煉

沖天爐熔煉優(yōu)點(diǎn)

（1）沖天爐是最普遍應(yīng)用的鑄鐵熔煉設(shè)備，它用焦炭作燃料。焦炭燃燒產(chǎn)生的熱量直接用來(lái)熔化爐料和提高鐵液溫度，在能源消耗方面比電爐節(jié)省，而且設(shè)備比較簡(jiǎn)單，大小工廠皆可采用。截至目前，沖天爐仍是主要的熔煉設(shè)備，為世界各國(guó)普遍采用，為了提高總的熱效率往往與感應(yīng)電爐雙聯(lián)，這樣能夠調(diào)整和均勻體液的化學(xué)成分，適應(yīng)了工業(yè)的大批量生產(chǎn)。

（2）沖天爐可以連續(xù)出鐵液。比如大型的水冷無(wú)爐襯長(zhǎng)爐，能夠連續(xù)工作達(dá)到300 多個(gè)小時(shí)，相比電熔爐的優(yōu)點(diǎn)比較明顯。

（3）沖天爐的費(fèi)用低廉。但是除塵凈化的設(shè)備高，是沖天爐的好幾倍。

沖天爐熔煉缺點(diǎn)

（1）沖天爐熔煉過(guò)程中，由于使用焦炭，所以會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣和粉塵，對(duì)環(huán)境造成污染。

（2）沖天爐熔煉過(guò)程中，由于使用焦炭，焦炭會(huì)與鐵液接觸，鐵液會(huì)產(chǎn)生增硫和增碳。在球墨鑄鐵中，焦炭的硫會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不利影響。

（3）沖天爐熔煉過(guò)程中，鐵液的溫度波動(dòng)大，體液的化學(xué)成分也比較復(fù)雜。

（4）沖天爐熔煉過(guò)程中，由于是焦碳熔煉，會(huì)產(chǎn)生大量的爐渣，焦炭和爐渣都需要大量的運(yùn)輸成本。

電爐熔煉

電爐熔煉優(yōu)點(diǎn)

（1）適合于各種批量和規(guī)模的生產(chǎn)需要。

（2）占地面積少。

（3）由于感應(yīng)爐熔煉時(shí)產(chǎn)生電磁攪拌現(xiàn)象，使得鐵液的溫度成分都均勻。

（4）鐵水的氧化易控制，元素?zé)龘p少。

（5）電爐熔煉可以有效的控制鐵液中化學(xué)成分的波動(dòng)范圍，精確的達(dá)到規(guī)定要求。

（6）電爐熔煉可以輕易控制硫的含量，有效防止硫共晶的產(chǎn)生。

電爐熔煉的缺點(diǎn)

（1）電爐熔煉相比沖天爐更容易產(chǎn)生白口，容易產(chǎn)生過(guò)冷石墨，這樣會(huì)使鑄件的硬度和強(qiáng)度增大。

（2）電爐相比沖天爐效率比較低。

（3）電爐維修方面比較復(fù)雜，對(duì)維修人員技術(shù)要求比較高。

冶金性能及鐵液質(zhì)量分析

沖天爐熔煉遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電爐的冶金能力。沖天爐熔煉中溫度能夠達(dá)到1700℃以上，這些高溫中的爐氣、焦炭和爐渣所構(gòu)成的高溫環(huán)境對(duì)熔煉鐵液和鐵料發(fā)揮著積極作用。沖天爐冶金可以進(jìn)行工藝的控制，來(lái)降低增硫率，實(shí)現(xiàn)增碳和增硅元素，減少合金元素的燒損。大容量外熱風(fēng)長(zhǎng)爐齡的沖天爐，其穩(wěn)定性非常強(qiáng)，大大提高了鐵液的質(zhì)量。沖天爐內(nèi)鐵液會(huì)有過(guò)熱現(xiàn)象，雖然只有短短的幾分鐘，但是高溫的鐵液會(huì)有細(xì)小的股流和鐵液滴，在與爐氣、爐渣和焦炭的接觸中增大了表面積，能充分吸收熱能。沖天爐中爐渣和鐵液有有流動(dòng)性，這可以使金屬氧化物轉(zhuǎn)移到爐渣中；鐵液的過(guò)熱溫度往往在1600℃以上，出爐鐵液可以把硫含量控制在0.06%以?xún)?nèi)；沖天爐的鐵液過(guò)熱時(shí)間短，鐵液中會(huì)有0.06%左右的硫含量和0.005%左右的氧含量，這些高熔點(diǎn)的化合物可以形成基底，在出爐之后，鐵液的自生晶核比比較多，可以通過(guò)孕育處理細(xì)化晶粒來(lái)提高高牌號(hào)的灰鑄鐵。

電爐的最高溫度為1600℃左右（指用于灰鑄鐵熔煉的酸性爐襯），不及沖天爐，在使用增碳劑時(shí)，用增碳劑增碳時(shí)，如果增碳劑的質(zhì)量達(dá)不到要求，熔煉時(shí)比較難以高度溶解分散，結(jié)晶之后會(huì)有成片成塊的石墨出現(xiàn)；熔煉時(shí)鐵液過(guò)熱時(shí)間會(huì)長(zhǎng)達(dá)一個(gè)小時(shí)，并且會(huì)有電磁攪動(dòng)，而作為共晶結(jié)晶的外來(lái)晶核，因?yàn)槿軇┖头磻?yīng)會(huì)相應(yīng)的減少。氧含量大約0.002%，硫含量大約0.03%，由于形核基底比較少，所以鐵液的過(guò)冷度會(huì)變大，在含碳量相同的情況下，電熔爐會(huì)比沖天爐高400 至500℃。鑄件的細(xì)薄之處更容易發(fā)生白口，切削性能自然就比較差；電熔爐的鑄件，往往收縮傾向大，容易產(chǎn)生縮孔和縮松；采取通常的孕育手段作用不明顯，須采用大劑量、強(qiáng)效孕育劑及多次孕育。由于冶金能力差，爐料的適應(yīng)性遠(yuǎn)不如沖天爐。必須使用潔凈無(wú)銹的爐料，配料的成分應(yīng)滿足鐵液成分的要求，而不能期望通過(guò)熔煉達(dá)到鐵液的成分。

工藝性能分析

沖天爐和電爐的生產(chǎn)能力及對(duì)產(chǎn)量的適應(yīng)性不同

目前沖天爐的熔化率從1t/h 到100t/h 都在應(yīng)用，如果生產(chǎn)需要，也可小于1t/h 和大于100t/h。任何一種規(guī)格的沖天爐，其熔化率都可在相應(yīng)范圍內(nèi)調(diào)整而不影響其正常熔煉，調(diào)整幅度達(dá)增減10%～20%。

對(duì)產(chǎn)品的適應(yīng)性不同

沖天爐熔煉的產(chǎn)品比較多，這其中包括蠕墨鑄鐵、球墨鑄鐵、灰鑄鐵、白口鑄鐵和部分合金鑄鐵合金，沖天爐也可以熔化和加工石料。電爐的產(chǎn)品比較單一，一般都是有色金屬和各種牌號(hào)的鋼鐵。

對(duì)生產(chǎn)方式的適應(yīng)性不同

沖天爐是連續(xù)熔煉，鐵液以一定的流量從爐內(nèi)連續(xù)流出。而電爐是間斷熔煉，間隔一段時(shí)間提供等于爐子容量的鐵液。

能源利用、環(huán)保方面的差異

環(huán)保方面

沖天爐和電爐的污染排放物都有灰塵和有害氣體，不同的是沖天爐的灰塵中大顆粒的比例很大，其中主要是焦炭顆粒，而電爐煙塵為氧化物微細(xì)顆粒，沖天爐煙氣排放量多。電爐有較強(qiáng)的電磁污染。。

能源利用方面

沖天爐以焦炭為燃料，每噸鐵液的焦炭（固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%）消耗量在100kg 左右，完全燃燒發(fā)熱量為2896MJ。沖天爐以電為能源，每噸鐵液耗電能2160MJ（600kWh）左右。我公司采用應(yīng)達(dá)10t 中頻感應(yīng)電爐，每噸鐵液的耗電量約520 KWh，每噸鐵液的耗電量如果按消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤對(duì)比，1kg 焦炭需要1.25kg 標(biāo)準(zhǔn)煤，則每噸鐵液折合消耗標(biāo)準(zhǔn)煤125kg；1 度電需要0.36kg 標(biāo)準(zhǔn)煤，則每噸鐵液折合消耗標(biāo)準(zhǔn)煤216kg。目前我國(guó)的電力結(jié)構(gòu)主要是火電，感應(yīng)電爐對(duì)不可再生資源的消耗超過(guò)沖天爐70%。由此而帶來(lái)的污染物排放量也超過(guò)了沖天爐。隨著電力結(jié)構(gòu)的變化，現(xiàn)狀會(huì)得到改變。有些地區(qū)的電力結(jié)構(gòu)主要以水電、核電為主，采用中頻感應(yīng)電爐熔煉還是比較有優(yōu)勢(shì)的。

設(shè)備結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)備對(duì)熔煉的影響

結(jié)構(gòu)不同的沖天爐，它們的性能差別非常明顯。實(shí)際生產(chǎn)中，我們要根據(jù)產(chǎn)量、生產(chǎn)方式、爐料成分和鑄件的牌號(hào)等各項(xiàng)要求，選擇不同的沖天爐結(jié)構(gòu)與輔助的相關(guān)設(shè)備。沖天爐適應(yīng)性非常強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同的輔助設(shè)備和結(jié)構(gòu)，我們可以從單班制常溫常爐襯沖天爐、自動(dòng)化外熱風(fēng)無(wú)爐襯長(zhǎng)齡爐選擇，另外也有不同的系統(tǒng)選擇。電爐是坩堝爐，熔化和過(guò)熱是它的基本功能，結(jié)構(gòu)對(duì)它的影響很小，由此可以看出，沖天爐可以根據(jù)生產(chǎn)條件來(lái)選擇爐子，而電爐只能根據(jù)基本的功能選擇生產(chǎn)條件。

設(shè)備投資

沖天爐熔煉系統(tǒng)差別都比較大，根據(jù)不同的熔煉條件和性能選擇不同的沖天爐，售價(jià)差別都比較大，企業(yè)可以根據(jù)自身的條件和要求選擇相應(yīng)的沖天爐。電爐冶金功能單一，因而不同結(jié)構(gòu)的中頻感應(yīng)爐性能差別都比較小，影響價(jià)格的因素，主要在不同的品牌和質(zhì)量，在生產(chǎn)條件要求一樣時(shí)，只能按照路子的要求提供生產(chǎn)條件。沖天爐和電爐之間選擇，電爐的一次性投資往往較高，企業(yè)應(yīng)綜合考量。

結(jié)語(yǔ)

主要從鐵液質(zhì)量、工藝性能、能源利用、環(huán)保等幾個(gè)方面對(duì)比分析了沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉和中頻感應(yīng)電爐的特點(diǎn)，謹(jǐn)供參考。在實(shí)際操作中具體哪種熔煉方式更好要根據(jù)本地區(qū)的實(shí)際情況，綜合經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益等進(jìn)行綜合考慮。