鑄造熔煉的節(jié)能和減排

1、鑄造熔煉的節(jié)能和減排鑄造熔煉的節(jié)能和減排1一、鑄鐵熔煉的發(fā)展方向一、鑄鐵熔煉的發(fā)展方向2 1、鑄鐵熔煉設備介紹、鑄鐵熔煉設備介紹 1）沖天爐是目前鑄鐵熔煉的主要設備；）沖天爐是目前鑄鐵熔煉的主要設備； 2）鑄鐵熔煉中感應電爐的應用起來越）鑄鐵熔煉中感應電爐的應用起來越廣泛；廣泛； 3）沖天爐）沖天爐-感應電爐雙聯(lián)熔煉鑄鐵。感應電爐雙聯(lián)熔煉鑄鐵。3 2、鑄鐵熔煉的基本要求、鑄鐵熔煉的基本要求1)鐵液質(zhì)量高鐵液質(zhì)量高鐵液溫度高，鐵液化學鐵液溫度高，鐵液化學成分合格且穩(wěn)定，氧化物夾雜物和氣成分合格且穩(wěn)定，氧化物夾雜物和氣體少；體少；2)熔化速度快熔化速度快在同一時間、同一爐型、在同一時間、同一爐型、

2、同一大小的爐子內(nèi)熔煉出盡可能多的同一大小的爐子內(nèi)熔煉出盡可能多的優(yōu)質(zhì)鐵液；優(yōu)質(zhì)鐵液；3)環(huán)境污染少環(huán)境污染少熔煉優(yōu)質(zhì)鐵液以減少廢熔煉優(yōu)質(zhì)鐵液以減少廢品，省電省焦以節(jié)省能源，除塵凈化品，省電省焦以節(jié)省能源，除塵凈化以減少排污；以減少排污；44 )氧化燒損低氧化燒損低熔煉過程中盡能降低鐵熔煉過程中盡能降低鐵液成分中鐵、硅、錳等元素的燒損以保液成分中鐵、硅、錳等元素的燒損以保證鐵液質(zhì)量，降低金屬爐料和合金的用證鐵液質(zhì)量，降低金屬爐料和合金的用量，節(jié)約資源和能耗；量，節(jié)約資源和能耗；5)爐襯壽命長爐襯壽命長提高生產(chǎn)效率，節(jié)能降提高生產(chǎn)效率，節(jié)能降耗；耗；6)操作條件好操作條件好降低勞動強度，優(yōu)化生降低

3、勞動強度，優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境。產(chǎn)環(huán)境。53、鑄鐵熔煉中的節(jié)能降耗、減排防污、鑄鐵熔煉中的節(jié)能降耗、減排防污的主要措施：的主要措施：1）使用鑄造焦；）使用鑄造焦；2）推廣節(jié)能風機；）推廣節(jié)能風機；3）采用兩排大間距沖天爐和水冷長爐齡沖天爐；）采用兩排大間距沖天爐和水冷長爐齡沖天爐；4）安裝消煙除塵裝置；）安裝消煙除塵裝置；5）應用感應電爐和沖天爐）應用感應電爐和沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉鑄鐵；電爐雙聯(lián)熔煉鑄鐵；6）使用優(yōu)質(zhì)修爐材料；等等。）使用優(yōu)質(zhì)修爐材料；等等。6二、鑄鐵熔煉的優(yōu)質(zhì)高效與環(huán)境二、鑄鐵熔煉的優(yōu)質(zhì)高效與環(huán)境保護保護71、沖天爐的工作原理、沖天爐的工作原理 焦炭燃燒放出熱量焦炭燃燒放出熱量金屬爐

4、料金屬爐料受熱后加熱熔化和過熱受熱后加熱熔化和過熱傳熱和熔傳熱和熔化過程中伴隨的化學反應?；^程中伴隨的化學反應。8圖圖5-1 5-1 沖天爐主要結構簡圖沖天爐主要結構簡圖 1-除塵器除塵器 2-煙囪煙囪 3-送風系統(tǒng)送風系統(tǒng) 4-前爐前爐 5-出渣口出渣口 6-出鐵口出鐵口 7-支柱支柱 8-爐底板爐底板 9-加料口加料口92、優(yōu)質(zhì)鑄造焦是熔煉優(yōu)質(zhì)鐵液的、優(yōu)質(zhì)鑄造焦是熔煉優(yōu)質(zhì)鐵液的首要條件首要條件111）有關鑄造焦的相關標準的評述）有關鑄造焦的相關標準的評述12表表12-1鑄造化鐵爐用焦（鑄造化鐵爐用焦（JB/Z 71-64）指指 標標 名名 稱稱焦焦 炭炭 級級 別別ZJ-1ZJ-2ZJ-

5、3 1.濕度（濕度（%） 不大于不大于4.04.04.02.灰分灰分(%) 平均含量平均含量 8 1010121416極限含量極限含量3.含硫量含硫量平均含量平均含量 0.450.60.81.01.01.2極限含量極限含量 4.揮發(fā)分揮發(fā)分 不大于不大于1.51.51.55.機械強度（公斤）機械強度（公斤） 平均值平均值310280310280310280 (焦炭在轉鼓內(nèi)殘留量焦炭在轉鼓內(nèi)殘留量) 極限值極限值6.焦粉含量；粒度焦粉含量；粒度802類類60803類類60顯氣孔率顯氣孔率(%)不大于不大于404545碎焦率碎焦率40mm(%)不大于不大于444142）沖天爐對焦炭質(zhì)量的主要要求）

6、沖天爐對焦炭質(zhì)量的主要要求 (1)固定碳含量高；固定碳含量高； (2)含硫量、揮發(fā)分量和灰分量低；含硫量、揮發(fā)分量和灰分量低； (3)強度高；強度高； (4)塊度合適；塊度合適； (5)反應性低。反應性低。15 固定碳是焦炭的基本可燃物質(zhì)。固定碳是焦炭的基本可燃物質(zhì)。我國優(yōu)質(zhì)焦的固定碳達到我國優(yōu)質(zhì)焦的固定碳達到90%以上，鑄以上，鑄造用焦的固定碳一般為造用焦的固定碳一般為85%90%。在燃燒過程中，固定碳燃燒放出的熱量在燃燒過程中，固定碳燃燒放出的熱量是沖天爐熔煉的主要熱量來源。因此焦是沖天爐熔煉的主要熱量來源。因此焦炭中固定碳的高低，標志著焦炭發(fā)熱量炭中固定碳的高低，標志著焦炭發(fā)熱量的大小。

7、的大小。16 灰分是焦炭中不燃燒的礦物雜質(zhì)。灰分是焦炭中不燃燒的礦物雜質(zhì)。如果焦炭中灰分高，則固定碳量就會如果焦炭中灰分高，則固定碳量就會降低，使焦炭發(fā)熱量減小，焦炭中灰降低，使焦炭發(fā)熱量減小，焦炭中灰分高還會使爐渣增多，吸收大量的熱分高還會使爐渣增多，吸收大量的熱量并給操作帶來一定的困難。故沖天量并給操作帶來一定的困難。故沖天爐所用焦炭灰分含量應愈低愈好，鑄爐所用焦炭灰分含量應愈低愈好，鑄造用焦灰分（質(zhì)量分數(shù)）應造用焦灰分（質(zhì)量分數(shù)）應10%，最好最好8%。17 焦炭中的硫，主要以焦炭中的硫，主要以FeS（黃鐵（黃鐵礦）的形式存在于焦炭中。硫燃燒生礦）的形式存在于焦炭中。硫燃燒生成成SO2和

8、和H2S等，對人體健康有害。在等，對人體健康有害。在化鐵時，化鐵時，F(xiàn)eS等易被鐵液吸收，使鐵等易被鐵液吸收，使鐵液含硫量增加。因一般酸性沖天爐不液含硫量增加。因一般酸性沖天爐不能脫硫，所以要求焦炭中含硫量愈低能脫硫，所以要求焦炭中含硫量愈低愈好，最好愈好，最好WS0.6%。18 揮發(fā)分是焦化過程中殘留下來揮發(fā)分是焦化過程中殘留下來的的H2、CH4等物質(zhì)。鑄造焦希望揮等物質(zhì)。鑄造焦希望揮發(fā)分含量愈低愈好。我國焦炭揮發(fā)發(fā)分含量愈低愈好。我國焦炭揮發(fā)分（質(zhì)量分數(shù)）一般分（質(zhì)量分數(shù)）一般2%。19 水分也是焦炭中無益部分。如果水分也是焦炭中無益部分。如果使用潮濕多水的焦炭，不但會引起鐵使用潮濕多水的

9、焦炭，不但會引起鐵液溫度的降低，而且還會影響鑄件的液溫度的降低，而且還會影響鑄件的質(zhì)量。一般沖天爐用焦的水分（質(zhì)量質(zhì)量。一般沖天爐用焦的水分（質(zhì)量分數(shù)）應控制在分數(shù)）應控制在4%以內(nèi)。以內(nèi)。20 焦炭發(fā)熱量可利用焦炭組成的分析結果。焦炭發(fā)熱量可利用焦炭組成的分析結果。作近似的計算，其公式為：作近似的計算，其公式為： Q低低=340001-(WA+WW)式中式中WA焦炭中的灰分；焦炭中的灰分； WW焦炭中的水分。焦炭中的水分。一般每一般每kg焦炭的發(fā)熱量焦炭的發(fā)熱量2800030000kJ。21焦炭的反應性焦炭的反應性 焦炭的反應性是指焦炭與爐氣中的焦炭的反應性是指焦炭與爐氣中的CO2反應生成反

10、應生成CO的能力。鑄造用焦的能力。鑄造用焦炭的反應能力要求控制在炭的反應能力要求控制在15%25%左右。即要求反應性要左右。即要求反應性要低。低。1 10 00 0% %C CO O2 2C CO OC CO OR R2 222 焦炭機械強度焦炭機械強度 沖天爐用的焦炭，沖天爐用的焦炭，必須要有足夠的機械強度，以承受料柱必須要有足夠的機械強度，以承受料柱的壓力及爐料的沖擊作用，防止因焦炭的壓力及爐料的沖擊作用，防止因焦炭破碎而阻塞氣流通道，影響爐內(nèi)焦炭的破碎而阻塞氣流通道，影響爐內(nèi)焦炭的正常燃燒。按國家標準正常燃燒。按國家標準GB2006-80規(guī)規(guī)定，焦炭的機械強度用轉鼓實驗進行測定，焦炭的機

11、械強度用轉鼓實驗進行測定。定。23 焦炭的塊度焦炭的塊度 焦炭的塊度對沖天焦炭的塊度對沖天爐熔煉的影響也很大。焦炭塊度應與爐熔煉的影響也很大。焦炭塊度應與沖天爐爐徑大小相適。塊度大小還應沖天爐爐徑大小相適。塊度大小還應力求均勻。力求均勻。24 表表5-3 推薦焦炭塊度推薦焦炭塊度爐膛直徑（mm）5006007009001100 13001500底焦塊度（mm）60100 80120 100150120300層焦塊度（mm）4080401006012070150253）沖天爐熔煉過程中使用焦炭的）沖天爐熔煉過程中使用焦炭的一些工藝規(guī)范一些工藝規(guī)范26沖天爐底焦高度的決定沖天爐底焦高度的決定 沖天

12、爐底焦的正常高度隨爐子類型、沖天爐底焦的正常高度隨爐子類型、爐料狀況和供風條件而異，大致變動在爐料狀況和供風條件而異，大致變動在7002000毫米以上。爐子愈大，底焦毫米以上。爐子愈大，底焦高度也愈高。例如，卡腰三節(jié)爐的底焦高度也愈高。例如，卡腰三節(jié)爐的底焦高度為高度為700900毫米；毫米；210噸噸/小時小時多排小風口沖天爐的底焦高度為多排小風口沖天爐的底焦高度為9001800；4.510噸噸/小時兩排大排距小時兩排大排距沖天爐的底焦高度為沖天爐的底焦高度為15002000毫米。毫米。但到目前為止，還沒有計算底焦高度的但到目前為止，還沒有計算底焦高度的一般公式。一般公式。27表表8-6 三

13、排小風口沖天爐開爐時的底焦高度三排小風口沖天爐開爐時的底焦高度爐膛直徑爐膛直徑/mm5006507009001100底焦高度底焦高度/mm120012501300135013501400 14001500 15001600表表7-2 沖天爐爐膛內(nèi)徑經(jīng)驗數(shù)據(jù)（僅供參考沖天爐爐膛內(nèi)徑經(jīng)驗數(shù)據(jù)（僅供參考）熔化率熔化率/th-1123571015爐膛內(nèi)徑爐膛內(nèi)徑/mm500600700900100012001500 表表7-6 前爐容量前爐容量沖天爐熔化率沖天爐熔化率/ th-12357前爐容量前爐容量/t1223355728 表表7-4 曲線爐膛沖天爐有效高度與熔化率的對應關系（供參考）曲線爐膛沖天

14、爐有效高度與熔化率的對應關系（供參考）熔化率熔化率/th-1123571015有效高度有效高度/mm 350040004900 5700610063007600表表7-5 爐子大小與每排風口的個數(shù)爐子大小與每排風口的個數(shù)熔化率熔化率/th-11235風口個數(shù)風口個數(shù)/個個46668829表表16-4 工頻爐的平均熔化率（參考數(shù)據(jù)）工頻爐的平均熔化率（參考數(shù)據(jù)）工頻爐容工頻爐容 （噸）（噸）0.150.250.501.01.510.0 平均熔化平均熔化（噸（噸/小時）小時）0.0750.100.100.150.200.300.350.500.500.754.05.0 雙聯(lián)熔煉是以較低的能量耗費，

15、獲得高溫優(yōu)質(zhì)鐵雙聯(lián)熔煉是以較低的能量耗費，獲得高溫優(yōu)質(zhì)鐵水的行之有效的鑄鐵熔煉方法。這種方法目前正在國水的行之有效的鑄鐵熔煉方法。這種方法目前正在國內(nèi)迅速發(fā)展。內(nèi)迅速發(fā)展。303、使用節(jié)能風機、力求風焦平衡、使用節(jié)能風機、力求風焦平衡1）沖天爐使用風機的選擇；）沖天爐使用風機的選擇；2）沖天爐所需風量的計算；）沖天爐所需風量的計算；3）沖天爐風焦平衡的特點。）沖天爐風焦平衡的特點。31 風機風機 10t/h以下沖天爐一般選用高壓以下沖天爐一般選用高壓離心式專用風機，風機的參數(shù)如表離心式專用風機，風機的參數(shù)如表5-1所示。所示。32表表5-1 HTD高效沖天爐專用風機參數(shù)高效沖天爐專用風機參數(shù)風

16、機型號風機型號主機主要參數(shù)主機主要參數(shù)配用化鐵爐配用化鐵爐 （t/h） 風量風量（m3/min） 風壓風壓（Pa）軸功率軸功率（kw）電機功率電機功率（kw）HTD12-111270932.15.50.5HTD20-1120111455.17.51HTD35-12351215910.4152HTD50-11501317214.318.53HTD50-12501519816.722333表表5-1 HTD高效沖天爐專用風機參數(shù)高效沖天爐專用風機參數(shù)風機型號風機型號主機主要參數(shù)主機主要參數(shù)配用化鐵爐配用化鐵爐 （t/h） 風量風量（m3/min） 風壓風壓（Pa）軸功率軸功率（kw）電機功率電機功

17、率（kw）HDT85-21852026537.6455HTD85-22852431843.7555HTD120-211202533164.2757HTD150-211502837188.91101034 在沖天爐熔化率，碳耗量和爐氣燃燒比已在沖天爐熔化率，碳耗量和爐氣燃燒比已知的條件下，就可以算出沖天爐的風量。由此知的條件下，就可以算出沖天爐的風量。由此得出算式為得出算式為mNmkKGwv/)1 (743 （5-34） 在公式（在公式（5-34）中，并未計及爐氣中的自由）中，并未計及爐氣中的自由氧。在考慮爐氣中的自由氧時，可按下式計算氧。在考慮爐氣中的自由氧時，可按下式計算min/)21 (7

18、4322NmCOCOOCOkKGw（5-35）35圖圖8-31 8-31 沖天爐網(wǎng)狀特性曲線圖沖天爐網(wǎng)狀特性曲線圖4、保證鐵液溫度高可減少鐵水氧化和硅錳等元素燒損1）鐵水氧化的原因及預防措施；）鐵水氧化的原因及預防措施；2）硅錳元素燒損的原因及預防措施；）硅錳元素燒損的原因及預防措施；3）鐵液成分的氧化燒損和鑄件質(zhì)量的關系）鐵液成分的氧化燒損和鑄件質(zhì)量的關系。37表表5-9 常見元素在沖天爐熔煉過程中的增減率常見元素在沖天爐熔煉過程中的增減率(%)增減情況增減情況C SMnSiP 爐料爐料C3.6%極限范圍極限范圍 +(060) -(010) +(25100) -(1050) -(040)0一

19、般范圍一般范圍 +(540)-(38)+(5075) -(1520) -(1015)0增減情況增減情況CrMoCuNiVTi極限范圍極限范圍-(020)-(010)-(03)-(03)/一般范圍一般范圍-(812)-(34)-(12)-(12)-(3040)-(4050) 以釩鈦生鐵形式加入以釩鈦生鐵形式加入38COFeOCOFeCOMnOCOMn222 2C CO OS Si iO O2 2C CO OS Si i斤斤分分子子2 26 64 46 62 20 0千千焦焦/ /公公F Fe eO OO O2 21 1F Fe e斤斤分分子子3 38 85 52 20 00 0千千焦焦/ /公公

20、M Mn nO OO O2 21 1M Mn n斤斤分分子子8 88 80 01 10 00 0千千焦焦/ /公公S Si iO OO OS Si i2 22 22 22 22 22 2 上述六個反應，除最后一個為吸熱反應以外，其上述六個反應，除最后一個為吸熱反應以外，其余都是放熱反應。余都是放熱反應。395、鐵液質(zhì)量與鑄件成品率和節(jié)能、鐵液質(zhì)量與鑄件成品率和節(jié)能降耗的關系降耗的關系1)鐵液質(zhì)量高的基本要求之一是鐵液溫度高；鐵液質(zhì)量高的基本要求之一是鐵液溫度高；2)鐵液溫度高能有效地減少夾雜物和氣體，鐵液溫度高能有效地減少夾雜物和氣體，并滿足澆注工藝需要；并滿足澆注工藝需要；3)明顯的直接的效

21、果是提高鑄件質(zhì)量和降低明顯的直接的效果是提高鑄件質(zhì)量和降低廢品率；廢品率；4)降低廢品率帶來的最終結果是經(jīng)濟效益和降低廢品率帶來的最終結果是經(jīng)濟效益和降低能耗。降低能耗。40三、沖天爐用除塵裝置三、沖天爐用除塵裝置411、沖天爐熔煉過程中產(chǎn)生的污染源沖天爐熔煉過程中產(chǎn)生的污染源 1）沖天爐塵粒的成分；）沖天爐塵粒的成分； 2）沖天爐煙氣的成分；）沖天爐煙氣的成分； 3）沖天爐爐氣的溫度；）沖天爐爐氣的溫度； 4）爐料準備和輸運中產(chǎn)生的粉塵。）爐料準備和輸運中產(chǎn)生的粉塵。42表表2-18 沖天爐塵粒的成分沖天爐塵粒的成分 成分成分SiO2CaOAl2O3MgOFeO(Fe2O3Fe)MnO 燒蝕

22、量燒蝕量 含量含量（%）2040 362413121612 2050 表表2-19 沖天爐煙氣的成分沖天爐煙氣的成分成分成分COSO2HF灰塵灰塵含量含量(g/m3)907203.5515040056001240043 沖天爐排煙溫度在爐內(nèi)料位沖天爐排煙溫度在爐內(nèi)料位不變，無爐頭明火的情況下，溫度不變，無爐頭明火的情況下，溫度平均約平均約100左右。左右。44 大約每噸鐵水產(chǎn)生大約每噸鐵水產(chǎn)生0.510kg的灰塵，相當于平均含塵濃度的灰塵，相當于平均含塵濃度0.56g/Nm3，高時達，高時達10 g/Nm3。45沖天爐內(nèi)爐氣的組成沖天爐內(nèi)爐氣的組成 沖天爐加料口爐氣成分的大致波動范圍為：沖天爐

23、加料口爐氣成分的大致波動范圍為：爐氣成分爐氣成分CO2CON2O2H2OSO2體積體積%1019172707611.51.5與上列成分相應的爐氣燃燒比大致波動在與上列成分相應的爐氣燃燒比大致波動在40-90%40-90%46 在鑄造生產(chǎn)過程中，焦炭用量很大，在焦炭的貯、運、篩選過程中均產(chǎn)生一定的粉塵。如果不采取任何防塵措施，90t車皮卸料時，每班在建筑物構件上積塵可達1t左右。操作區(qū)15m內(nèi)粉塵濃度可達100mg/m3。鐵合金和溶劑在破碎加工過程中會產(chǎn)生一定量的粉塵，在設備附近的含塵濃度會有101277mg/m3472、沖天爐除塵防煙的措施、沖天爐除塵防煙的措施1）煙氣的冷卻；）煙氣的冷卻；2

24、）煙氣的凈化；）煙氣的凈化；3）爐氣余熱的利用；）爐氣余熱的利用；4） 鐵水處理時的排煙。鐵水處理時的排煙。483、沖天爐用除塵裝置舉例、沖天爐用除塵裝置舉例49四、沖天爐設備和熔煉技術的改進四、沖天爐設備和熔煉技術的改進與環(huán)境保護與環(huán)境保護1、節(jié)能環(huán)保沖天爐、節(jié)能環(huán)保沖天爐2、多程管式煙囪高溫熱風沖天爐、多程管式煙囪高溫熱風沖天爐3、兩排大間距沖天爐、兩排大間距沖天爐4、水冷長爐齡沖天爐、水冷長爐齡沖天爐5、沖天爐結構和熔煉工藝的改進、沖天爐結構和熔煉工藝的改進6、沖天爐用耐火材料的改進、沖天爐用耐火材料的改進53五、鑄鐵熔煉中感應電爐的應用五、鑄鐵熔煉中感應電爐的應用54 1、感應電爐的應

25、用使鐵液質(zhì)量和減排、感應電爐的應用使鐵液質(zhì)量和減排防污的能力大大提高防污的能力大大提高 1）感應電爐熔煉的特點；）感應電爐熔煉的特點； 2）感應電爐熔煉和節(jié)能低耗的關系；）感應電爐熔煉和節(jié)能低耗的關系； 3）感應電爐熔煉和減排防污的關系。）感應電爐熔煉和減排防污的關系。552、感應電爐的熔煉特性和操作、感應電爐的熔煉特性和操作1）中頻感應電爐的特點）中頻感應電爐的特點2）中頻感應電爐的熔煉特性）中頻感應電爐的熔煉特性3）中頻感應電爐的操作注意事項）中頻感應電爐的操作注意事項573.1）熔煉初期金屬爐料的加入）熔煉初期金屬爐料的加入3.2）金屬爐料的追加和增碳劑的添加）金屬爐料的追加和增碳劑的添

26、加3.3）硅鐵的添加）硅鐵的添加3.4）殘留鐵液的熔煉）殘留鐵液的熔煉3.5）合金鑄鐵的熔煉）合金鑄鐵的熔煉583.6）其它注意事項）其它注意事項 與工頻感應電爐熔煉時一樣，也會與工頻感應電爐熔煉時一樣，也會產(chǎn)生由于熔煉溫度過高和在爐內(nèi)保溫時產(chǎn)生由于熔煉溫度過高和在爐內(nèi)保溫時間過長而導致的材質(zhì)硬脆，白口增大及間過長而導致的材質(zhì)硬脆，白口增大及由于增碳劑含氮過高或加入量過多而引由于增碳劑含氮過高或加入量過多而引起的氮氣孔問題，應給予重視。起的氮氣孔問題，應給予重視。593、沖天爐、沖天爐感應電爐雙聯(lián)熔煉感應電爐雙聯(lián)熔煉1）雙聯(lián)熔煉工藝的優(yōu)點；）雙聯(lián)熔煉工藝的優(yōu)點；2）雙聯(lián)熔煉和環(huán)保的關系；）雙聯(lián)熔煉和環(huán)保的關系；3）雙聯(lián)熔煉中應注意的問題。）雙聯(lián)熔煉中應注意的問題。60采用雙聯(lián)熔煉工藝的優(yōu)點是采用雙聯(lián)熔煉工藝的優(yōu)點是：(1)獲得高溫低硫鐵液；獲得高溫低硫鐵液；(2)緩解沖天爐熔煉與生產(chǎn)需要量間的矛盾；緩解沖天爐熔煉與生產(chǎn)需要量間的矛盾；(