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1、冲天炉的节能与环保冲天炉的节能与环保1、冲天炉节能与环保的现状冲天炉是铸铁车间首要的熔炼设备，无论在过去，现在，还是可以预期的将来，它的地位都是无可取代的。因为在铸铁熔炼中，冲天炉具有比电炉更优越的综合性能和技术经济指标。但是，在生产实践中，我国大多数冲天炉并没有充分发挥出它的优越性能，因而达不到其应有的技术经济指标。出现铁水温度偏低，铁水成分不稳，元素烧损较大，熔炼工艺成本过高，铸件质量差，废品率高，环境污染严重等一系列问题，这些问题在我国绝大多数的铸铁车间中已是司空见惯了。我国是铸造大国，铸铁件年产量几年来均居世界各国之首位，而其能耗在成本中所占比例却比工业发达国家高出 2 倍3 倍，冲天
2、炉的能耗占了其中的大部分。主要原因是小容量冲天炉所占比例太大，而其中采用烟尘净化和余热回收装置的微乎其微，实现高水平熔炼和计算机控制的更少了。我国铸铁生产车间一万多个，每个车间年平均产量不足 1000t，冲天炉开炉时间短。在冲天炉结构方面，由于我国铸造厂点过多，限制了大容量冲天炉的使用；由于产量低，效益差，限制了性能优越的现代化冲天炉及其配套设备的采用。很多对提高冲天炉性能卓有成效的结构，如龙卷风风口、双层自热供风、蜗螺式风箱、曲线炉膛、附加煤粉装置、高效旋流除尘器、熔炼过程微机控制系统等等，没有得到推广应用；更有一些结构比较先进的冲天炉，在使用过程中主要参数得不到保持，尤其风口参数常被做出不
3、良改变；许多冲天炉不设自动配加料装置。操作不当不但对冲天炉性能造成不良影响，也是增加冲天炉能耗和环境污染的重要原因，在我国为数众多的小容量冲天炉上，更是普遍存在的现象。冲天炉操作是一项复杂而琐碎的工作，从炉料制备到修炉、烘干、加底焦、点火暖炉、上料、开风熔炼、出铁、放渣、炉况观测、故障判断及处理等，每一步都要求认真做好。而每个环节都可能出现不当操作；比如炉料中混有泥沙、杂质而未被清除，块度过大；砌炉时泥口宽而不实，搪衬料稀软而比例不当；开炉前炉衬不预热烘干；底焦不捣实，焦块不均匀；暖炉时间不够或过长；上料前不测量底焦高度是否合适：不及时按比例加料而不能保持满料熔炼；不按工艺要求出铁放渣；焦炭块
4、度不分级混杂使用；不注意观察风眼内底焦燃烧状况和渣、铁流动情况及出炉铁水、炉渣的量和状态，不分析出现反常现象的原因及可能存在的故障，不能及时采取有效措施排除故障等。产生不当操作的原因除责任心外主要就是技术水平不高。近十几年来，我国高水平技术工人的匮乏已是各行业普遍存在的事实，而在冲天炉的操作上，问题更加突出，由此造成的我国冲天炉粗放操作的现象十分普遍。直至日前，我国绝大多数的冲天炉仍没有自控设备，其熔炼性能对操作人员的依赖性很大，由操作不当引起的各种问题长期得不到比较彻底的解决。冲天炉耗能过高主要体现在焦铁比过高，也体现在耗焦量过大。很多人以为，多加焦炭是改善炉况的万能法。一旦炉子状态不佳，就
5、增加层焦量，而不是从炉子结构、鼓风量、炉料状况、操作情况等方面分析产生问题的原因，从而有针对性的采取有效措施解决问题。相当多的冲天炉长期在 1：51：6 的焦铁比下工作，而稳定在 1：7-1：10 的炉子很少。其实，在我国目前条件下，完全有可能在 1：10-12 的状态下稳定地保持铁水的出炉温度在 1420以上。小容量冲天炉是低产量造成的，而低产量是厂点过多的结果。依平均数看，我国每个厂的年产量约1000t，一台 3th 的冲天炉每天熔炼时间仅需 1h。我国 3th 以下的冲天炉数量上占 80以上，而其中大部分是 1th-2th 者。小炉子熔炼时间短，热量损失大是焦耗高的重要原因，结构不合理，
6、操作不适当则更增大了焦炭的浪费。冲天炉是铸铁车间主要的耗能设备，也是污染环境的主要设备，二者之间存在着一定的因果关系。冲天炉熔炼过程中，对环境产生的污染包括炉气排入大气中的粉尘、CO、C02 和少量的硫、氮的氧化物等；也包括向周围环境辐射的热量和鼓风噪音。这些污染的危害是显而易见的，因此冲天炉被城市所拒绝，只能在人烟少的偏远区域立足。其实，这并不能从根本上解决问题，也许还会带来新问题。从根本上解决污染问题，应从防” 、 “治”两方面人手。防是从源头上减少污染物的排放，治则是对排放出的污染物实行封闭、转化、清除。人们常常重视治而忽视防。长期以来，对冲天炉烟尘排放的要求一直很严，但指标并不高，要求
7、每立方米烟气中粉尘不超过 200rug，是欧洲现行标准的十倍，比印度还高 50rug，即使这样，能达标的冲天炉的数量也不多。我国配备较完善的余热回收和烟气净化设备的冲天炉在数量上不足 5，多限于 10th 以上的大型冲天炉。在数量众多的小冲天炉上，配备烟气净化设备的极少见，但其中多数装有火花熄灭器，近来也有一些厂在火花熄灭器的基础上做了一些改进，使其除尘能力得到了不同程度的提高。其实冲天炉烟尘污染最有害的部分是有害气体和小于 1 的微细粉尘，这些物质长期浮在空气中不易沉降，并且随风向各处飘散。不用性能良好的净化装置是不易排除的。无论何种类型的净化装置，建造费用都是不菲的，还有维护费用。而且一般
8、认为，环保投资并不能直接带来经济效益，所以一些业主们不肯在环保上花钱。但是，冲天炉的污染与其能耗有直接的关系，过高的能耗不仅仅是焦炭的浪费，也会造成有害气体、粉尘和熔渣等污染物的增加。从这方面来看，污染是能量不合理转化的结果。从防止或减少污染产生的角度，就是要合理地利用能量。减少能量的浪费，从而减少污染物的排放。防之严、治之省，减轻了净化装置的负荷，就减少了它的建造运行费用。显然，从防上实现冲天炉环保，在提高冲天炉经济效益的同时也获得了社会效益，实在是一举两得的好事。目前，我国在冲天炉节能上的认识还有一些分歧，存在着认识上的片面性。有些人认为，强调节能就会降低铁水温度，影响铸件质量。这是片面的
9、。节能是减少能量浪费，而绝不是减少有用的能耗，也就是达到铁水质量要求所必须的能耗。2、影响冲天炉节能及环保的因素对于冲天炉熔炼的现状而言，能量的浪费主要体现在焦铁比过高和焦耗量过大。底焦耗量过大是小容量冲天炉的缺陷，也是我国不能很快改变的国情。但对于大多数中小型冲天炉却存在着很大的节能空间和很重的环保任务。众所周知，风量是影响冲天炉熔炼最活跃的因素。一定的焦铁比在最惠送风强度下对应着最高铁水温度，这时改变焦铁比而不相应改变风量将使铁水温度下降，无论是增焦还是减焦都是一样的。同样，改变风量而不相应改变焦量也会使铁水温度下降炉料的质量对焦铁比有很大影。向，如果焦炭固定碳低、灰份高，或者块度不均匀，
10、过于细碎，或者砂土等杂质过多，或者石灰石过量，都要求提高焦铁比。焦铁比是我们制定的熔炼工艺参数，对生产条件有很强的针对性。确定焦铁比时，应在生产实践中反复摸索，根据炉子结构、炉料情况，对铁水和熔化率的要求等，寻求最惠送风强度下的最低的焦铁比，也就是寻求一定要求下的最佳风炭比例。这个比例并不是一成不变的，它将随炉况的改变而改变，根据炉况调整，才能保持其处于最佳状态。炉子结构对焦铁比的影响主要是风口、有效高度和炉膛形状。一般来说，风口比及风口数量和风口布置(排数、排距、倾角)应保证风口区炉膛内送风均匀并有足够的动力清除焦炭表面灰垢及熔渣；形成热量集中的高温区；取得较高的燃烧比；降低炉气附壁效应。风
11、口结构应牢固且耐高温，不至因熔渣冲蚀或工艺操作而改变风口直径及倾角。风口的布置影响着炉内热量的分布，合理的布置应为铁料的熔化和铁水的过热提供充分而合理的热量。有效高度决定了最大料柱高度。足够的有效高度能保证炉气的热量被炉料充分吸收，使烟气带走尽可能少的热量。炉膛形状影响炉气流速和炉内热量分布，也影响炉料的运动。各种形状曲线炉膛的共同特点是缩小氧化带炉径，在减少底焦量的同时又可获得热量更集中的高温区，有利于铁水的过热；扩大熔化带炉径使炉气流速降低，有更充分的时间加热熔化中的料块。操作影响冲天炉的焦炭消耗，满料操作与否是一个重要因素。如果冲天炉料柱降低，则炉气热量不能被炉料充分吸收，烟气带走的热量
12、增多。在使用定压式风机的情况下，还将增大入炉风量，使炉况波动，炉气流速增大会带出更多的粉尘。发生棚料而不能及时排除也会产生类似的后果。炉料不称量也可能造成焦碳浪费、炉况波动。金属料的质量对焦铁比也有影响，锈蚀和杂质需要热量来熔化和还原；过大的料块不但易造成棚料，也因为其比表面积小而使吸热速度下降，不能充分利用炉气热量，甚至造成落生。焦炭的质量是影响其耗量的主要因素之一。固定碳含量低的焦炭，发热值也低，只有增加消耗量才可能满足熔炼对热量的要求；灰份高的焦炭燃烧过程中，表面形成了更厚的惰性膜，对氧气与碳的接触造成更大的障碍；反映能力强的焦炭，更易使 CO2 还原，使烟气中的 CO 量增高，不但浪费
13、了热量，而且增加了对环境的污染；块度过小和块度混杂不等的焦炭，对鼓风产生更大的阻力，常常造成底焦燃烧不均匀和炉壁效应加重，使氧化区缩小而还原区加大，也会增加烟气中的 CO 含量。冲天炉污染环境最严重的是烟尘对大气的污染，它不仅涉及厂区，也会影响到周围乃至更广阔区域的大气质量。烟尘的成分及其比例和排放量取决于炉内焦炭的质量和燃烧反应的情况。也受炉料状况、有效高度、送风强度、操作情况、烟气净化装置的性能等因素的影响。反应性强、强度不高的焦炭还原能力强，烟气中 CO 含量高；风口布置不合理、鼓风动力不足，也会使 CO 增加；灰份高的焦炭、锈蚀严重和杂质多的炉料，大送风强度，低的有效高度以及料柱的大幅
14、度波动等都会增加烟气中粉尘的含量。焦炭中挥发份、炉料中夹杂的有机物，如有机粘结剂残砂等是烟气中有机化合物的主要来源。热辐射和鼓风噪声污染常常不引起关注。虽然这些污染不象烟气污染的影响面大，但在工部及车间的范围内，它们的危害也是不容忽视的。它们不但恶化工作环境，影响劳动者的工作效率和身心健康，而且也反映了能量的浪费。不设置隔热层的炉体、不做隔热包敷的热风管都使热辐射增加；过大的渣量既浪费热量也增大热辐射。噪声污染主要来自鼓风机，结构不合理的送风系统也会产生噪声。综上所述可见，冲天炉的熔炼质量、经济效益和对环境的污染都与它的能量消耗密切相关。充分合理的利用能量，是提高熔炼质量和经济效益、减少对环境
15、污染的关键。3、冲天炉节能及环保的途径31 提高冲天炉熔炼性能是节能和环保的基础311 合理的炉型结构冲天炉最佳熔炼性能应有最合理的炉型结构与之相适应。炉型结构是由铸件技术要求和炉料、燃料等情况决定的。一般熔化型冲天炉不依其冶金过程获得铸件要求的成分，主要是 C、Si 含量。炉料按铸件成分要求配置，多采用两排大间距或多排风口，造成氧化性的炉内气氛，以提高燃烧比，充分利用燃料热量。为使炉料充分预热，炉子应有足够的有效高度，一般为平均炉径的 5 倍-10 倍(小炉取大值)。为防止铁水降温和过量增碳，炉缸深度一般不宜过大。而冶金型冲天炉是以低 C、低 Si 炉料为主，铁水的碳、硅含量大部分依赖熔炼中
16、增加。因此炉型必须保证炉内的还原性气氛。采用单排或两排大间距风口形成较大还原带；4 叩 cC 以上的预热送风补充炉内热量并加速焦炭燃烧，使氧化带更短，温度更高。风口比及风口倾角取决于焦炭块度与强度，强度低、块度小的焦炭送风阻力大，采用小的风口比如1-3可增大送风动力以吹透底焦。向下倾角可减轻炉壁效应。曲线炉膛除节省底焦、过热带热量集中外，炉径更大的熔化带减缓了炉气上升速度。使烟尘有利于向渣中转移，减少有害物质的排放量。炉衬应选择高耐火度、高强度材料，尤其搪衬材料，应采用合理的成分配比，使其只有高耐火度和抗侵蚀性。越抗侵蚀的炉衬，炉膛尺寸、形状改变得越慢，产生的渣量越少，污染少，热量损火也少。减少炉壁散热既减少能量浪费也减少热污染。为此，在炉壳炉衬之间应认真设置隔热层，并不要吝惜选用导热率更低而可能价格较高的绝热材料。如果是预热送风，则应该用绝热材料严密包敷热风管道及换热器外壳。水冷炉壁对于长时间连续熔炼的冲天炉尤其是无炉衬冲天炉是必要的，可以减缓炉衬侵蚀，保护炉壳，但同时损失了大量热量。在冷却水的循环中设置热能利用环节可回收一部分热量。噪声是动力
