25t/h热风冲天炉的应用及探讨

发布时间:2022-07-14

作者:铸造工程

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编辑导语:介绍了25t/h热风冲天炉的应用情况和经验,并与国外先进冲天炉的应用情况进行了对比,指出了存在的问题和改进的方向。25t/h热风冲天炉是长炉龄除尘冲天炉,是现代冲天炉的典范,是节能环保炉。

笔者工厂冲天炉为德国科特纳设计制造的25 t/h热风除尘长炉龄冲天炉(以下简称25 t/h热风冲天炉),熔化率25 t/h±3 t/h,热风温度600~700 ℃,连续送风时冲天炉出铁口铁液温度1 540 ℃±30 ℃。与德国ABP公司设计制造的800 kW工频炉双联熔炼后,工频炉原铁液C%±0.08%,Si%±0.1%,工频炉原铁液出炉温度1 490~1 520 ℃,适合大批量连续生产需高温浇注的薄壁类灰铸铁件。表1为25 t/h热风冲天炉正常情况下的基本参数。

表1  冲天炉正常情况下的基本参数

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25t/h热风冲天炉的特点



25 t/h热风冲天炉是长炉龄冲天炉,自动化程度很高,自动加料、自动进行炉气检测等;对涉及冲天炉安全运行的点自动监控,出现异常自动报警并停风缓炉,待人工排除故障后,才能继续运行。它实现余热再利用、排放环保达标等优点,是一台节能环保炉。

1.1 焦炭的选择

在2014年之前,笔者工厂旧冲天炉一直采用灰10焦炭进行生产,同时还需要15%的生铁才能保证铸件成分。2014年采用25 t/h热风冲天炉后,由于不加生铁的设计方案及热风温度的大幅提升,25 t/h热风冲天炉的渗碳率远远高于旧冲天炉(见表2),采用灰10焦炭使回炉料加入比例少,导致回炉料产出大于加入。2015年初,通过试验并使用灰12焦炭才得以平衡回炉料。

笔者工厂主要生产灰铸铁件,需要一定的S含量,如果采用低S焦炭,还需要在工频炉前用含硫合金增S,这就增加了生产成本。2017年底,将焦炭S含量要求从≤0.55%调整到≤0.6%后,取消了工频炉前含硫合金的加入,从而降低了生产成本。25 t/h热风冲天炉对焦炭不再是“低灰分、高固定碳”的要求。

表2  新、旧冲天炉应用灰10焦炭的主要参数

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1.2 余热利用

25 t/h热风冲天炉系统能够将近100%地收集排放的废气,对灰尘、有害气体通过燃烧和二级除尘进行再利用。通过炉气收集后的再燃烧,可产生约9 MW/h的热能,其中约3.49 MW/h的热能用于冲天炉热风生产;其余热能用于冲天炉入风口处冷风预加热、厂房采暖、员工洗澡水加热等,见图1。

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图1  25t/h热风冲天炉余热利用示意图

1.3 环保排放

对25 t/h热风冲天炉的烟尘进行脱硫和布袋除尘,总过滤面积2 500 m2,每小时过滤气体量约42 000 m³,之后其排放远低于吉林地方标准(见表3),实现了环保排放,车间和周边环境得到显著改善。

表3  新、旧冲天炉排放对比

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1.4 铁液质量

冲天炉铁液内在质量的优劣跟炉渣中FeO的含量是相反的。表4是新、旧冲天炉及国外先进冲天炉炉渣FeO含量的比较(见表4),旧冲天炉和国外冲天炉炉内都使用了制造还原性气氛的碳化硅。

表4  新、旧、国外冲天炉炉渣FeO含量对比

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从表4可以看出,25 t/h热风冲天炉的炉内氧化氛围比使用了碳化硅的旧冲天炉低,但是比国外使用了碳化硅的冲天炉高。说明目前的铁液内在质量高于旧冲天炉,但与国外先进冲天炉的铁液质量有差距,需要从工艺方面入手,减小差距。

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25t/h热风冲天炉使用范围



25 t/h热风冲天炉每小时的效率是25 t±3 t,正常生产时需要满炉操作(约13批料)。如果造型线生产的品种成分相差很大或球铁、灰铁混流生产,这对于25 t/h热风冲天炉来说是很难实现的。而中频电炉比较灵活,成分转换快,适合这种生产需要。

在产品比较单一、成分接近、专业生产某一类型的铸件时,25 t/h热风冲天炉具有配料简单、送风连续,成分波动小,工人操作少、劳动强度低的特点,明显优于中频电炉。笔者工厂主要生产HT250牌号的缸体和刹车鼓,由于对五大元素成分的要求接近,所以25 t/h热风冲天炉在笔者工厂使用得心应手。

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熔炼的铁液质量比较



笔者工厂和德国某公司生产同一种型号的缸体。在开发初期,对德国生产的缸体进行过本体检测,发现其生产缸体采用的铁液碳当量和合金量较低(见表5)。

表5  熔炼铁液化学成分控制的比较(质量分数,%)

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也曾试过与德国某公司一样的成分控制,但是白口倾向大,不容易控制,且性能不达标,因此缸体成分的控制一直是较高的碳当量和合金量,这也造成缸体的本体石墨比德国某公司的粗大。

同时,两者在加工性能方面的差距也比较大。德国某公司生产的缸体,每把刀可切削>1 000件的缸体,而笔者工厂的缸体在700~900件之间。用台钻将德国某公司和自己工厂的铸件进行钻孔试验,德国某公司的铸件钻头平稳、转速均匀、钻屑颗粒均匀;而笔者工厂的铸件钻孔吃力、切削噪音很大、钻屑颗粒极度不均匀。

以上现象说明,笔者工厂冲天炉熔炼的铁液质量比德国某公司的差。这种差距是不能从化检数据、生搬硬套控制参数来缩小的,更多应该因地制宜从熔炼过程中去探索。

在提升Gen.3缸体切削性能的过程中,在终成分不变的情况下,将提高某种元素的合金加入点,从冲天炉炉后一个加入点分解成冲天炉炉后加入和工频炉炉前两个加入点,从而使Gen.3缸体每把刀的切削数量从600件左右提高到了900件左右。这个小小的工艺改变使笔者深深地体会到,在学习一些国外先进技术的时候只学到了“形”,并未真正领悟到“神”,这也是冶金质量提高缓慢的原因之一。

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25t/h热风冲天炉存在的不足



笔者工厂只有一台25 t/h热风冲天炉,每次大修完后使用约65个工作日,大修时间为7天,这样频繁的大修冲天炉是影响产能的瓶颈之一,怎样延长冲天炉使用寿命是解决问题的关键。

针对怎样延长冲天炉使用寿命,与国外优秀的冲天炉使用厂家及耐火材料厂家进行过探讨。从探讨结果来看,冲天炉渣量大是问题产生的原因之一。因此将冲天炉回炉料进行了净化处理,从目前的使用情况来看,渣量减少较明显。

同时,检测比较了国外厂家和自己工厂的炉渣碱度,发现国外厂家的碱度在0.8左右,而笔者工厂的碱度在0.6~1.0左右,波动幅度很大。

通过与德国科特纳冲天炉有关专家沟通,了解到国外长炉龄冲天炉的碱度范围控制是很窄的:0.75~0.8,如果生产中碱度低于0.75,则会通知到企业负责人,并使用一些NaOH,使碱度快速达到控制的范围;同时,科特纳专家还解释了碱度不宜控制得较高,因为较高的碱度会使贵金属发生反应,与炉渣一起被带走。从国外冲天炉使用厂家对碱度的重视程度来看,这是个很关键的指标。

针对这一点,在以下几个方面做了改进:

(1)对碱度这个关键指标进行控制。及时检测炉渣碱度,适度调整石灰石的量,保持碱度在0.8左右。

(2)提高石灰石的品位,减少熔剂加入量。

(3)对炉料进行净化处理。通过以上措施,冲天炉的使用寿命提高到了78个工作日。

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结论



(1)25 t/h热风冲天炉已不同于往日的冷风炉或低效率热风炉(热风温度300 ℃左右),它将熔炼产生的燃气进行了充分的燃烧和能源再利用。同时,排放远远低于地方标准,是一台真正的环保炉。

(2)25 t/h热风冲天炉的使用寿命跟冲天炉渣量和炉渣酸碱度有一定关系。净化炉料和提高石灰石品味可减少渣量,减轻炉内耐火材料的侵蚀。同时,稳定炉渣碱度在0.75~0.8,也可延长使用寿命,实现冲天炉长炉龄。

(3)铁液成分是影响铸件性能的主要因素之一,但是冲天炉熔炼过程及合金加入先后也会影响铁液内在质量,从而影响铸件加工性能,需要重视。


作者单位:一汽铸造有限公司