沖天爐-電爐雙聯熔煉和中頻感應電爐熔煉對比分析

楊紹同 楊 濤 夏文國 李國鈞

昆明云內動力股份有限公司

針對鑄鐵生產，主要從鐵液質量、工藝性能、能源利用、環保、設備投資等幾個方面，詳細對比分析了沖天爐-電爐雙聯熔煉和中頻感應電爐熔煉兩種方法的特點，為鑄造廠設計和技改提供依據。

在鑄造生產過程中，鐵水的內在質量對鑄件性能和可靠性有重要影響，故鐵水的熔煉是鑄造生產過程中的關鍵環節。沖天爐熔煉是傳統主流的鐵水熔煉方法，具有效率高、成本低等優點。近年來，隨著環境保護等要求的提高，單純的沖天爐熔煉逐漸被淘汰，出現了沖天爐-電爐雙聯熔煉和中頻感應電爐熔煉兩種熔煉方法。為此，圍繞這兩種方式哪種更好，一直是學術界和企業界爭論的焦點。本文作者從工藝、材質、投資、環保等方面對沖天爐-電爐雙聯熔煉（以下簡稱沖天爐）和中頻感應電爐熔煉（以下簡稱電爐）進行對比分析。

沖天爐熔煉

沖天爐熔煉優點

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

（2）沖天爐可以連續出鐵液。比如大型的水冷無爐襯長爐，能夠連續工作達到300 多個小時，相比電熔爐的優點比較明顯。

（3）沖天爐的費用低廉。但是除塵凈化的設備高，是沖天爐的好幾倍。

沖天爐熔煉缺點

（1）沖天爐熔煉過程中，由于使用焦炭，所以會產生大量的廢氣和粉塵，對環境造成污染。

（2）沖天爐熔煉過程中，由于使用焦炭，焦炭會與鐵液接觸，鐵液會產生增硫和增碳。在球墨鑄鐵中，焦炭的硫會對其產生不利影響。

（3）沖天爐熔煉過程中，鐵液的溫度波動大，體液的化學成分也比較復雜。

（4）沖天爐熔煉過程中，由于是焦碳熔煉，會產生大量的爐渣，焦炭和爐渣都需要大量的運輸成本。

電爐熔煉

電爐熔煉優點

（1）適合于各種批量和規模的生產需要。

（2）占地面積少。

（3）由于感應爐熔煉時產生電磁攪拌現象，使得鐵液的溫度成分都均勻。

（4）鐵水的氧化易控制，元素燒損少。

（5）電爐熔煉可以有效的控制鐵液中化學成分的波動范圍，精確的達到規定要求。

（6）電爐熔煉可以輕易控制硫的含量，有效防止硫共晶的產生。

電爐熔煉的缺點

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

（2）電爐相比沖天爐效率比較低。

（3）電爐維修方面比較復雜，對維修人員技術要求比較高。

冶金性能及鐵液質量分析

沖天爐熔煉遠遠優于電爐的冶金能力。沖天爐熔煉中溫度能夠達到1700℃以上，這些高溫中的爐氣、焦炭和爐渣所構成的高溫環境對熔煉鐵液和鐵料發揮著積極作用。沖天爐冶金可以進行工藝的控制，來降低增硫率，實現增碳和增硅元素，減少合金元素的燒損。大容量外熱風長爐齡的沖天爐，其穩定性非常強，大大提高了鐵液的質量。沖天爐內鐵液會有過熱現象，雖然只有短短的幾分鐘，但是高溫的鐵液會有細小的股流和鐵液滴，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性，這可以使金屬氧化物轉移到爐渣中；鐵液的過熱溫度往往在1600℃以上，出爐鐵液可以把硫含量控制在0.06%以內；沖天爐的鐵液過熱時間短，鐵液中會有0.06%左右的硫含量和0.005%左右的氧含量，這些高熔點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，可以通過孕育處理細化晶粒來提高高牌號的灰鑄鐵。

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，用增碳劑增碳時，如果增碳劑的質量達不到要求，熔煉時比較難以高度溶解分散，結晶之后會有成片成塊的石墨出現；熔煉時鐵液過熱時間會長達一個小時，并且會有電磁攪動，而作為共晶結晶的外來晶核，因為溶劑和反應會相應的減少。氧含量大約0.002%，硫含量大約0.03%，由于形核基底比較少，所以鐵液的過冷度會變大，在含碳量相同的情況下，電熔爐會比沖天爐高400 至500℃。鑄件的細薄之處更容易發生白口，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、強效孕育劑及多次孕育。由于冶金能力差，爐料的適應性遠不如沖天爐。必須使用潔凈無銹的爐料，配料的成分應滿足鐵液成分的要求，而不能期望通過熔煉達到鐵液的成分。

工藝性能分析

沖天爐和電爐的生產能力及對產量的適應性不同

目前沖天爐的熔化率從1t/h 到100t/h 都在應用，如果生產需要，也可小于1t/h 和大于100t/h。任何一種規格的沖天爐，其熔化率都可在相應范圍內調整而不影響其正常熔煉，調整幅度達增減10%～20%。

對產品的適應性不同

沖天爐熔煉的產品比較多，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。電爐的產品比較單一，一般都是有色金屬和各種牌號的鋼鐵。

對生產方式的適應性不同

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

能源利用、環保方面的差異

環保方面

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顆粒，沖天爐煙氣排放量多。電爐有較強的電磁污染。。

能源利用方面

沖天爐以焦炭為燃料，每噸鐵液的焦炭（固定碳質量分數85%）消耗量在100kg 左右，完全燃燒發熱量為2896MJ。沖天爐以電為能源，每噸鐵液耗電能2160MJ（600kWh）左右。我公司采用應達10t 中頻感應電爐，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準煤對比，1kg 焦炭需要1.25kg 標準煤，則每噸鐵液折合消耗標準煤125kg；1 度電需要0.36kg 標準煤，則每噸鐵液折合消耗標準煤216kg。目前我國的電力結構主要是火電，感應電爐對不可再生資源的消耗超過沖天爐70%。由此而帶來的污染物排放量也超過了沖天爐。隨著電力結構的變化，現狀會得到改變。有些地區的電力結構主要以水電、核電為主，采用中頻感應電爐熔煉還是比較有優勢的。

設備結構和輔助設備對熔煉的影響

結構不同的沖天爐，它們的性能差別非常明顯。實際生產中，我們要根據產量、生產方式、爐料成分和鑄件的牌號等各項要求，選擇不同的沖天爐結構與輔助的相關設備。沖天爐適應性非常強，能夠適應不同的輔助設備和結構，我們可以從單班制常溫常爐襯沖天爐、自動化外熱風無爐襯長齡爐選擇，另外也有不同的系統選擇。電爐是坩堝爐，熔化和過熱是它的基本功能，結構對它的影響很小，由此可以看出，沖天爐可以根據生產條件來選擇爐子，而電爐只能根據基本的功能選擇生產條件。

設備投資

沖天爐熔煉系統差別都比較大，根據不同的熔煉條件和性能選擇不同的沖天爐，售價差別都比較大，企業可以根據自身的條件和要求選擇相應的沖天爐。電爐冶金功能單一，因而不同結構的中頻感應爐性能差別都比較小，影響價格的因素，主要在不同的品牌和質量，在生產條件要求一樣時，只能按照路子的要求提供生產條件。沖天爐和電爐之間選擇，電爐的一次性投資往往較高，企業應綜合考量。

結語

主要從鐵液質量、工藝性能、能源利用、環保等幾個方面對比分析了沖天爐-電爐雙聯熔煉和中頻感應電爐的特點，謹供參考。在實際操作中具體哪種熔煉方式更好要根據本地區的實際情況，綜合經濟效益、社會效益等進行綜合考慮。