铸造熔炼的节能和减排

铸造熔炼的节能和减排1一、铸铁熔炼的发展方向2

1、铸铁熔炼设备介绍

1）冲天炉是目前铸铁熔炼的主要设备；

2）铸铁熔炼中感应电炉的应用起来越广泛；

3）冲天炉-感应电炉双联熔炼铸铁。3

2、铸铁熔炼的基本要求1)铁液质量高—铁液温度高，铁液化学成分合格且稳定，氧化物夹杂物和气体少；2)熔化速度快—在同一时间、同一炉型、同一大小的炉子内熔炼出尽可能多的优质铁液；3)环境污染少—熔炼优质铁液以减少废品，省电省焦以节省能源，除尘净化以减少排污；44)氧化烧损低—熔炼过程中尽能降低铁液成分中铁、硅、锰等元素的烧损以保证铁液质量，降低金属炉料和合金的用量，节约资源和能耗；5)炉衬寿命长—提高生产效率，节能降耗；6)操作条件好—降低劳动强度，优化生产环境。53、铸铁熔炼中的节能降耗、减排防污的主要措施：1）使用铸造焦；2）推广节能风机；3）采用两排大间距冲天炉和水冷长炉龄冲天炉；4）安装消烟除尘装置；5）应用感应电炉和冲天炉-电炉双联熔炼铸铁；6）使用优质修炉材料；等等。6二、铸铁熔炼的优质高效与环境保护

71、冲天炉的工作原理

焦炭燃烧放出热量→金属炉料受热后加热熔化和过热→传热和熔化过程中伴随的化学反应。8图5-1冲天炉主要结构简图

1-除尘器2-烟囱3-送风系统

4-前炉5-出渣口6-出铁口

7-支柱8-炉底板9-加料口92、优质铸造焦是熔炼优质铁液的首要条件111）有关铸造焦的相关标准的评述12表12-1铸造化铁炉用焦（JB/Z71-64）指标名称焦炭级别ZJ-1ZJ-2ZJ-3

1.湿度（%）不大于4.04.04.02.灰分(%)平均含量81010121416极限含量3.含硫量平均含量0.450.60.81.01.01.2极限含量

4.挥发分不大于1.51.51.55.机械强度（公斤）平均值310280310280310280

(焦炭在转鼓内残留量)极限值6.焦粉含量；粒度<50毫米(%)极限值444

7.焦炭气孔率(%)不大于35424513表8-5铸造用焦炭规格(GB8729-88)指标（质量分数，%）特级一级二级水分≤5.05.05.0灰分≤8.08.01~1010.01~12挥发物≤1.501.501.50硫分≤0.600.800.80转鼓强度M40≤85.081.077.0块度/mm1类>802类60~803类>60显气孔率(%)不大于404545碎焦率<40mm(%)不大于444142）冲天炉对焦炭质量的主要要求

(1)固定碳含量高；

(2)含硫量、挥发分量和灰分量低；

(3)强度高；

(4)块度合适；

(5)反应性低。15

固定碳是焦炭的基本可燃物质。我国优质焦的固定碳达到90%以上，铸造用焦的固定碳一般为85%~90%。在燃烧过程中，固定碳燃烧放出的热量是冲天炉熔炼的主要热量来源。因此焦炭中固定碳的高低，标志着焦炭发热量的大小。16

灰分是焦炭中不燃烧的矿物杂质。如果焦炭中灰分高，则固定碳量就会降低，使焦炭发热量减小，焦炭中灰分高还会使炉渣增多，吸收大量的热量并给操作带来一定的困难。故冲天炉所用焦炭灰分含量应愈低愈好，铸造用焦灰分（质量分数）应<10%，最好<8%。17

焦炭中的硫，主要以FeS（黄铁矿）的形式存在于焦炭中。硫燃烧生成SO2和H2S等，对人体健康有害。在化铁时，FeS等易被铁液吸收，使铁液含硫量增加。因一般酸性冲天炉不能脱硫，所以要求焦炭中含硫量愈低愈好，最好WS<0.6%。18

挥发分是焦化过程中残留下来的H2、CH4等物质。铸造焦希望挥发分含量愈低愈好。我国焦炭挥发分（质量分数）一般<2%。19

水分也是焦炭中无益部分。如果使用潮湿多水的焦炭，不但会引起铁液温度的降低，而且还会影响铸件的质量。一般冲天炉用焦的水分（质量分数）应控制在4%以内。20

焦炭发热量可利用焦炭组成的分析结果。作近似的计算，其公式为：

Q低=34000[1-(WA+WW)]

式中WA—焦炭中的灰分；

WW—焦炭中的水分。

一般每kg焦炭的发热量28000~30000kJ。21焦炭的反应性

焦炭的反应性是指焦炭与炉气中的CO2反应生成CO的能力。铸造用焦炭的反应能力要求控制在15%~25%左右。即要求反应性要低。

22

焦炭机械强度冲天炉用的焦炭，必须要有足够的机械强度，以承受料柱的压力及炉料的冲击作用，防止因焦炭破碎而阻塞气流通道，影响炉内焦炭的正常燃烧。按国家标准GB2006-80规定，焦炭的机械强度用转鼓实验进行测定。23

焦炭的块度焦炭的块度对冲天炉熔炼的影响也很大。焦炭块度应与冲天炉炉径大小相适。块度大小还应力求均匀。24

表5-3推荐焦炭块度炉膛直径（mm）500~600700900~11001300~1500底焦块度（mm）60~10080~120100~150120~300层焦块度（mm）40~8040~10060~12070~150253）冲天炉熔炼过程中使用焦炭的一些工艺规范26冲天炉底焦高度的决定

冲天炉底焦的正常高度随炉子类型、炉料状况和供风条件而异，大致变动在700~2000毫米以上。炉子愈大，底焦高度也愈高。例如，卡腰三节炉的底焦高度为700~900毫米；2~10吨/小时多排小风口冲天炉的底焦高度为900~ 1800；4.5~10吨/小时两排大排距冲天炉的底焦高度为1500~2000毫米。但到目前为止，还没有计算底焦高度的一般公式。27表8-6三排小风口冲天炉开炉时的底焦高度炉膛直径/mm5006507009001100底焦高度/mm1200~12501300~13501350~14001400~15001500~1600表7-2冲天炉炉膛内径经验数据（仅供参考）熔化率/t·h-1123571015炉膛内径/mm500600700900100012001500

表7-6前炉容量冲天炉熔化率/t·h-12357前炉容量/t1~22~33~55~728

表7-4曲线炉膛冲天炉有效高度与熔化率的对应关系（供参考）熔化率/t·h-1123571015有效高度/mm3500400049005700610063007600表7-5炉子大小与每排风口的个数熔化率/t·h-11235风口个数/个4~666~8829表16-4工频炉的平均熔化率（参考数据）工频炉容（吨）0.150.250.501.01.510.0平均熔化（吨/小时）0.075~0.100.10~0.150.20~0.300.35~0.500.50~0.754.0~5.0

双联熔炼是以较低的能量耗费，获得高温优质铁水的行之有效的铸铁熔炼方法。这种方法目前正在国内迅速发展。303、使用节能风机、力求风焦平衡1）冲天炉使用风机的选择；2）冲天炉所需风量的计算；3）冲天炉风焦平衡的特点。31

风机

10t/h以下冲天炉一般选用高压离心式专用风机，风机的参数如表5-1所示。32表5-1HTD高效冲天炉专用风机参数风机型号主机主要参数配用化铁炉（t/h）风量（m3/min）风压（Pa）轴功率（kw）电机功率（kw）HTD12-111270932.15.50.5HTD20-1120111455.17.51HTD35-12351215910.4152HTD50-11501317214.318.53HTD50-12501519816.722333表5-1HTD高效冲天炉专用风机参数风机型号主机主要参数配用化铁炉（t/h）风量（m3/min）风压（Pa）轴功率（kw）电机功率（kw）HDT85-21852026537.6455HTD85-22852431843.7555HTD120-211202533164.2757HTD150-211502837188.91101034在冲天炉熔化率，碳耗量和炉气燃烧比已知的条件下，就可以算出冲天炉的风量。由此得出算式为

（5-34）

在公式（5-34）中，并未计及炉气中的自由氧。在考虑炉气中的自由氧时，可按下式计算（5-35）35图8-31冲天炉网状特性曲线图4、保证铁液温度高可减少铁水氧化和硅锰等元素烧损1）铁水氧化的原因及预防措施；2）硅锰元素烧损的原因及预防措施；3）铁液成分的氧化烧损和铸件质量的关系。37表5-9常见元素在冲天炉熔炼过程中的增减率(%)增减情况CSMnSiP炉料C<3.2%炉料C>3.6%极限范围+(0~60)-(0~10)+(25~100)-(10~50)-(0~40)0一般范围+(5~40)-(3~8)+(50~~75)-(15~20)-(10~15)0增减情况CrMoCuNiVTi极限范围-(0~20)-(0~10)-(0~3)-(0~3)//一般范围-(8~12)-(3~4)-(1~2)-(1~2)-(30~40)-(40~50)

①以钒钛生铁形式加入38

上述六个反应，除最后一个为吸热反应以外，其余都是放热反应。395、铁液质量与铸件成品率和节能降耗的关系1)铁液质量高的基本要求之一是铁液温度高；2)铁液温度高能有效地减少夹杂物和气体，并满足浇注工艺需要；3)明显的直接的效果是提高铸件质量和降低废品率；4)降低废品率带来的最终结果是经济效益和降低能耗。40三、冲天炉用除尘装置

411、冲天炉熔炼过程中产生的污染源

1）冲天炉尘粒的成分；

2）冲天炉烟气的成分；

3）冲天炉炉气的温度；

4）炉料准备和输运中产生的粉尘。42表2-18冲天炉尘粒的成分成分SiO2CaOAl2O3MgOFeO(Fe2O3·Fe)MnO烧蚀量含量（%）20~403~62~41~312~161~220~50

表2-19冲天炉烟气的成分成分COSO2HF灰尘含量(μg/m3)90~7203.5~5150~4005600~1240043

冲天炉排烟温度在炉内料位不变，无炉头明火的情况下，温度平均约100℃左右。44

大约每吨铁水产生0.5~10kg的灰尘，相当于平均含尘浓度0.5~6g/Nm3，高时达10g/Nm3。45冲天炉内炉气的组成冲天炉加料口炉气成分的大致波动范围为：炉气成分CO2CON2O2H2OSO2体积%10~1917~270~76<1<1.5<1.5与上列成分相应的炉气燃烧比大致波动在40-90%46

在铸造生产过程中，焦炭用量很大，在焦炭的贮、运、筛选过程中均产生一定的粉尘。如果不采取任何防尘措施，90t车皮卸料时，每班在建筑物构件上积尘可达1t左右。操作区1~5m内粉尘浓度可达100mg/m3。铁合金和溶剂在破碎加工过程中会产生一定量的粉尘，在设备附近的含尘浓度会有101~277mg/m3472、冲天炉除尘防烟的措施1）烟气的冷却；2）烟气的净化；3）炉气余热的利用；4）铁水处理时的排烟。483、冲天炉用除尘装置举例49四、冲天炉设备和熔炼技术的改进与环境保护1、节能环保冲天炉2、多程管式烟囱高温热风冲天炉3、两排大间距冲天炉4、水冷长炉龄冲天炉5、冲天炉结构和熔炼工艺的改进6、冲天炉用耐火材料的改进53五、铸铁熔炼中感应电炉的应用54

1、感应电炉的应用使铁液质量和减排防污的能力大大提高

1）感应电炉熔炼的特点；

2）感应电炉熔炼和节能低耗的关系；

3）感应电炉熔炼和减排防污的关系。552、感应电炉的熔炼特性和操作1）中频感应电炉的特点2）中频感应电炉的熔炼特性3）中频感应电炉的操作注意事项573.1）熔炼初期金属炉料的加入3.2）金属炉料的追加和增碳剂的添加3.3）硅铁的添加3.4）残留铁液的熔炼3.5）合金铸铁的熔炼583.6）其它注意事项与工频感应电炉熔炼时一样，也会产生由于熔炼温度过高和在炉内保温时间过长而导致的材质硬脆，白口增大及由于增碳剂含氮过高或加入量过多而引起的氮气孔问题，应给予重视。593、冲天炉—感应电炉双联熔炼1）双联熔炼工艺的优点；2）双联熔炼和环保的关系；3）双联熔炼中应注意的问题。60采用双联熔炼工艺的优点是：(1)获得高温低硫铁液；(2)缓解冲天