天然气熔铁炉的历史与现状

2016年第3期铸造设备与工艺2016年6 月FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGYJun.2016 N03_●铸造设备.doi: 10.6666/j.cnki.issn1004- 6178.2016.03.001●天然气熔铁炉连载( - -).天然气熔铁炉的历史与现状张明',吉守勤2,王录才(1.威海科兴铸造机械有限公司，山东威海264200;2. 太原钢城企业有限公司,山西太原: 030003;3.太原科技大学,山西太原032400)摘要:回顾和介绍了天然气熔铁炉的发展历史和现状, 包括天然气化铁炉、天然气冲天炉、回转化铁炉三种,同时对焦炭和天然气混合燃料冲天炉的应用前景作了简要评价。关键词:铸铁熔化;天然气化铁炉;回转化铁炉;混合燃料冲天炉;历史与现状中图分类号:TC232文献标识码:A文章编号:1674- 6694( 2016 )03 0001-040以天然气为燃料的熔铁炉包括天然气化铁炉、天然气冲天炉、天然气纯氧回转化铁炉等。本文拟回顾这几种熔铁炉的发展历史，并介绍其应用现状,希望对我国天然气熔铁炉的技术发展和推广起到积极作用。φ8001天然气化铁炉烈4003 250*化铁炉与冲天炉两个词语之间，存在着很细微700200的区别,一般将前炉类似于反射炉、存在燃烧器的熔铁炉称之为化铁炉,例如天然气化铁炉、煤粉化铁炉、燃油化铁炉。也就是说，天然气化铁炉就是以接炉子气管接气管12191314.15天然气为燃料、前炉存在燃烧装置的熔铁炉。我国历史文献中有记录的第--台天然气化铁炉(见图1)建造于1972年12月,建造单位为四川省石油管理局总机修厂,该厂在1975年称:为了充1 320分利用天然气资源，我厂铸造车间职工,在厂领导和车间党支部的领导下，于1972年12月制成2吨1-后炉炉壳;2-风管;3-天然气管;4唢嘴;5-主风管;6前炉门;1时冷风天然气化铁炉一台。7-观察口;8-天然气压力表:9风压计;10-转子流量计:11电磁阀瓦;四川省自贡市长征机床厂铸工车间,是文献记12-出铁口;13-炉腿;14炉底门;15-炉底顶杠;16-立砖;17-保温砖;18-耐火砖;19- 炉底; 20-后炉门;21-过桥;22-火嘴。录中继四川省石油管理局总机修厂“之后第二个建图1四川石油管理局总机修厂 2 l/h卧式天然气化铁炉(1972)造天然气化铁炉的单位，该厂称:在兄弟单位的启发下，铸工车间全体职工自力更生，奋发图强,因陋多吨,并试制了稀土球铁普通铸铁、孕育铸铁,完全就简,土法上马,改装制成一座1.5 t/h天然气化铁能满足我厂生产上的需要,为我厂节焦、节废钢闯炉,经过反复试验,成功地开了80多炉，化铁水280出了- -条新路1。1976年,成都工学院铸造专业的戢家齐先生在《铸造机械》发表了天然气化铁炉B_ .文，全面总结收稿日期:2016-03-02作者简介:张明( 1958- ),男,陕西华县人,高级工程师，主要从事冲了四川省泸州、自贡等地区天然气化铁炉的结构和天炉技术的研究。使用情况,同时介绍了长江起重机厂的1.5t/h 立式Jun.2016 N03铸造设备与工艺2016年第3期车间将-座立式煤粉炉改装成为天然气化铁炉州，鞍山钢铁公司小型轧钢厂建造了一台1.2 t/h天然气化铁炉1。我国1970年代的天然气化铁炉，燃烧装置设;出水置在前炉上，属于反射化铁炉与竖炉的-种结构组合。该炉结构稍嫌陈旧、炉龄短、熔化喉部的炉衬修砌特别困难,吨铁天然气的消耗量在110 m'~ 140 m3之间，耗气量约为现代燃气冲天炉的2倍。我国1970年代出现天然气化铁炉，源于当时焦炭量供应不足、我国与前苏联军事对峙、随时准备打仗等,因2 751此当焦炭量供应充足、国际关系缓和后,人们逐步放弃了对天然气化铁炉的使用和研究。102天然气冲 天炉工心天然气冲天炉是-种以天然气为燃料熔化铸B铁的竖炉,有人将其称为无焦冲天炉。戢家齐先生在天然气化铁炉B一文中,介绍了东方汽轮机厂和8-出铁槽:9-出渣槽:10- 观察孔:11-水冷装置四川东方红机械厂的一-种冲天炉型天然气化铁炉,图2长江起重机厂 1.5U/h 立式天然气化铁炉( 1976)结构与焦炭冲天炉基本相同,主要不同处是在相当于风口部位装设天然气烧嘴,大约在熔化带高度安装炉栅，或耐火材料凸块,以支撑料柱或直接由炉底垫支撑物支撑料柱8。水冷炉栅是现代天然气冲天炉的主要结构特18征。戢家齐先生在该文中介绍的冲天炉型天然气化铁炉中，已存在支撑料柱的水冷炉栅。英国海斯无焦冲天炉有限公司的燃气冲天炉技术约成熟于1977年间，中国四川地区的东方汽轮机厂或四川东方红机械厂，已于1976 年以前在使用天然气冲天A-A炉了。也就是说，中国与英国几乎同时应用了有以水冷炉栅为结构标志的天然气冲天炉。1-水管:2-风管;3-观察孔;4-水冷层;5-前端盖; 6-天然气管;1991年初，孟繁玉先生编译了R.T.Taft 和H.R.7-混合器;8-风管;9喷嘴; 10-出铁槽:11-前炉12-前炉门;13-出渣槽:Perkins的文章，最早介绍了英国无焦冲天炉公司14-过桥:15-环形火道;16-衬脚砖:17-后炉门];18-后炉;图3自贡空压机厂 1.5 th立-卧混合式天然气化铁炉( Cokeless Co.LTD )的成立过程以及燃气冲天炉的开天然气化铁炉(见图2)、自贡空压机厂的1.5t/h立发过程，同时详细介绍了- -内径860 mm燃气冲天炉的结构.工作原理、熔炼和环境保护方面的优越-卧混合式天然气化铁炉(见图3).在天然气化铁炉- -文，记录了四川省使用天然性,等等间。孟繁玉先生所编译的这篇文章,至今仍气化铁炉的一些工厂:自贡长征机床厂、长江起重有重要影响。同年,李廷山先生也介绍了英国无焦机厂、自贡空压机厂、自贡机械一厂、自贡管件厂、冲天炉公司的操作.污染物排放熔化成本、铁液质自贡市机械一厂、东方汽轮机厂、东方锅炉厂、四川量等情况四。1994年,戴静敏先生首先向中国介绍了德国德东方红机械厂、川盐机修厂、自贡鸿鹤镇化工厂、成毓克公司(D i ker)与电炉双联的新型燃气冲天炉,都金具厂、石油起重厂、沪州化工厂等。除了四川省外,中国其他地方也有使用天然气同时强调了该炉在环保方面的优越性。应该看到，化铁炉的记录。例如，1977年,天津市板桥农机厂铸铁德毓克公司首先将英国无焦冲天炉公司的燃气冲天炉与有芯工频电炉双联,是对该技术的-一个重要2016年第3期张明,古守勤， 王录才天然气熔铁炉的历史与现状铸造设备与工艺发展。目前越来越严格的环境保护要求,对该炉的应用推1994 年，李文先生首先向中国介绍了日本的天广属明显利好。中国天然气冲天炉前途光明,但其然气冲天炉回。此后,有多人介绍过国内外的燃气冲应用推广的仍有很长的路要走。天炉0.11。此处顺便说说焦炭与天然气混合燃料冲天炉，1997年12月在日本京都通过2005年2月16或者附加天然气的燃焦冲天炉。按照周继扬先生对日开始强制生效的“京都议定书”，是全世界第一-个国外附加天然气燃焦冲天炉的的研究"在燃焦冲天关于温室气体排放限制的国际公约,中国是该条约炉中附加20%的天然气，可以达到节省能源的目的。的缔约国。2005 年12月03日,中国国务院发布了焦炭与天然气混合燃料冲天炉看似简单,其实“关于落实科学发展观加强环境保护的决定”。次年涉及了很复杂的燃烧学和技术问题15.1。按照《冶金的2月24日,中国国家环境保护总局发布了“环境原理》中有关在燃焦冲天炉中附加天然气、两者混影响评价公众参与暂行办法”。“京都议定书”及其合燃烧的有关结论,天然气喷嘴的位置应该位于冲国内一系列限制温室气体排放的法规,彻底改变了天炉熔化带以下、距离熔化带不远处，否则有可能中国燃焦冲天炉的生存环境。因为天然气燃烧存在的水煤气反应，并非- -定可以2008 年，天津新伟祥工业有限公司投资960余达到提高燃焦冲天炉炉温的效果。由于燃焦冲天炉万元，在中国率先引进了英国某公司的10 th天然的熔化带位置一- 直处于波动状态，因此该冲天炉中气冲天炉(见图4),与10t工频电炉双联用于发动天然气烧咀的位置很难确定,技术方面缺乏可靠性。机进、排气歧管的生产。另外据称,2010年,成都银焦炭与天然气混合燃料冲天炉,技术方面缺乏河动力有限公司引进了德国某公司的5 t/h天然气可靠性，环保性能不具备明显优势,应该没有什么冲天炉,与电炉双联用于发动机缸盖、汽缸套生产。太大的前途可言。3回转化铁炉在现有文献记载中，中国最先介绍回转化铁炉的人仍然为王百顺和陶令桓两位先生，他们1951年在“勒铁的制造及立式化铁炉制造勒铁的改进7”-.文中,介绍了当时国外以煤粉为燃料的回转化铁炉(如图5).. 131-湿法火花捕集器;2-除尘污水管;3-除尘器供水管道;4-钢结构加料平台;5-送风管道;6 燃气支管道及其控制部分;7-冷却水管道: 8-冷却塔:)-离心鼓风机; 10- 液氧站;11-天然气烧嘴: 12-回转前炉: 13-燃气总管道:14-冷却水回水总管道; 15- 循环冷却水池: 16 _污水循环池: 17- 除尘水泵;18-炉渣粒化水泵; 19- 铁料翻斗; 20-炉渣粒化与污水槽;21-爬式加料机。图4天津新伟祥工业公司10th长炉龄天然气冲天炉熔化系统展平图( 2008)煤粉poh2010到2013年之间，有多人对天然气冲天炉热风进行过研究12-14。吉守勤、张明等先生2013年在天1-炉体;2-烟囱和换热器;3>鼓风机:4媒粉供应系统;然气冲天炉的研制及其性能一文中称:据初步了5-铁液包; 6-加料装置。解,2009年至今几年间，我国建造的天然气试验冲图5以煤粉为燃料的回转化铁炉(1951)天炉不少于12台(山西不少于6台、山东2台、江苏不少于2台、湖南1台、浙江1台),熔化率范围文中称:回转炉( Roatry Furnace )炉身在熔化时涵盖0.5th~ 10 vh12!.可以转动或摆动,用粉煤、油、煤气为燃料,可在炉2008年至今的世界经济危机引起的铸造业萧中获充分精炼。熔铁中含气体及硫均少,且品质均条,对天然气冲天炉在中国的推广有重要不利的影一。熔量可大至10t,普通大于21的，都用粉煤为燃响，该技术目前在中国的推广面临重重困难。但是,料。德英等欧洲国家,用以作黑心勒铁。美国嫌其容Jun.2016 No3铸造设备与工艺2016年第3期量较小，不大采用"7。通过上文，可以发现1950年代的回转化铁炉与现代天然气纯氧回转化铁炉,两者的结构基本相同。回转化铁炉几十年的技术发展,主要体现在燃料和燃烧方式方面。1990年,周贤全先生在《中国铸机》上介绍过国外当时的回转化铁炉网:最近研制出一种新型炉来代替老式旋转炉。几年前,这种炉投放意大利市场，开始集中取代在市区产生严重污染的冲天炉。近来,全世界很多公司都在使用这种炉子,在欧洲的几个国家已收到许多良好的效果。型号有五种规格:11.21.31.51.8t等1网。图7河北隆尧县固城工业区30t纯氧天然气回转化铁炉2001年,金仲信先生在《中国铸造装备与技术》2015年10月,包头职业技术学院的殷黎丽杨杂志发表的近代新型化铁炉简介09文中介绍了 欧彬两位教授和天津展亿实业有限公司的李春澍先洲1980年代开发的纯氧天然气冲天炉(见图6)、日生，在《铸造》上发表了纯氧燃气回转化铁炉及熔炼本中小企业综合事业团1995 年开发的“利用余热特性2文,详细介绍了纯氧燃气回转化铁炉(Ro-的天然气回转炉”。tary Drum Furnace, RF)的系统组成、结构、熔炼过回转炉体程、熔炼工艺、性能参数熔化成本及其与环境友好的排放性能。该文对纯氧天然气回转炉在中国当前氧气燃烧器的推广和使用有一定参考意义。纯氧天然气回转化铁炉,不仅可以熔化灰口铸铁球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁,还可以熔化铜、铝、锌、铅及其合金;另外,按其熔化温度,该炉也应777该能够熔化铸钢、生产普通铸钢件和合金钢铸件。动器该炉不像天然气冲天炉那样必须与感应电炉双联,炉渣台车它的熔化使用性能无异于感应电炉,可以单独供应合格铁液。该炉特别适合批量不大、品种不少的铸造厂，在中国有广泛的应用前景。图6纯氧天然气回转化 铁炉(欧洲1980)参考文献:2002年,李传械先生在铸铁的熔炼设备和技术[1] 四川省石油管理局总机修厂天然气化铁炉[].机械工人技术(下)P -文中,介绍了意大利、日本等两国的纯氧天资料, 1975 (9):37-41.然气回转炉在生产中使用的情况。2] 四川省自贡市长征机床厂铸工车间,天然气化铁炉[].铸工，2005年,金仲信和普莱克斯(中国)投资有限公1975<(6):42- 46.司的张琪渔两位先生在熔炼铸铁用氧气.天然气回3]戢家齐天然气化铁炉[J].铸 造机械, 1976(4):31-38.转炉2文中,详细介绍了纯氧天然气回转炉的熔4] 天津市板桥农机厂铸铁车间天然气化铁炉[].铸L, 1977(4):22- -34.炼原理、主要特点、适用范围、炉型结构、操作方法、5] 鞍山钢铁公司小型轧钢厂.天然气化铁炉[].铸工, 1977(4):熔炼铁液的性能、能源消耗和热效率以及对环境的20-27,29-33.影响。6] Taft RT, Perkins H R.八十年代前的无焦冲天炉[J].孟繁玉,编据笔者实地考察,2014年12月份，普莱克斯译铸造设备研究，1991( 1):54-58.(Prax)中国投资有限公司,在中国河北隆尧县固城7] 李廷山无焦冲天炉熔炼[J]中国铸机1991(3):58-60.工业区某汽车配件公司建成了一台3t纯氧天然气8]戴静敏无焦冲 天炉[]铁道机车车辆工人，1994( 10);25- 26.9]李文天燃气冲天炉[J]铁道机车车辆工人，1993(11):26-27.回转化铁炉。该炉2015年4月熔化、浇注铸件的图[10] Bald T, Hain W.无焦冲天炉的熔炼特性[G]//第二届有色金片见图7.(下转第50页)Jun.2016 No3铸造设备与工艺2016年第3期，尘溢出,无需设置活动门。在冲天炉前后两侧设置室换气排风系统;移动导轨,移动罩放在导轨上。冲天炉在加料、出钢3 )浇注结束后先开启局部排风系统,废气经净期和检修电极等情况时,则移开移动罩。在固定罩和化后排至室外,再开启屋顶风机及侧墙轴流风机将移动罩之间采用迷宫槽密封,以防止烟尘外泄。残留在整个高跨区的少量废气排至室外;电弧炉主要产生烟尘成分为:Si02.Fe0、Fe203、4)在屋顶风机前设联动保温阀,防止非工作状MnO MgO、Al203、CaO .C .S等。在吹氧精炼过程中产态时冷空气直接进人室内,并在高跨区的侧天窗上生氧化铁尘，其平均粒径在0.01 μ m~0.1μm范围增加手动开窗器,方便工人开启侧天窗"。内,大约有85%以上的粒径在4μ m以下间。电弧炉排无论采用何种防治措施,控制和治理粉尘污染烟形式可分为炉外排烟,炉内外结合排烟,屋顶排烟应从工艺改革着手,实现机械化、自动化、密闭化，月。结合实际情况选择排烟形式以及排烟罩形式。并配备- -定的通风除尘设施。同时应提高工人的自同时，为了更好地对车间整体进行粉尘控制,我防护意识以减少职业病的发生概率,这样绿色铸可将车间进行分区,在厂房的熔炉区对产生废气量造的实现才会成为可能。较大的地坑炉,浇注轨道等设备设置--个局部半封参考文献:闭的空间作为低跨局部。为及时收集处理扩散入该空间内的烟尘,防止烟尘弥漫,可对该空间单独设[1] 居鹅.机械工业采暖通风与空调设计手册[M]. 上海:同济大计全室换气机械排风系统。在高跨区内为了保证金学出版社, 2007.属液连续、平稳地充型，因此浇注时不得开启任何2]李荣 德时代呼唤绿色铸造[J].铸造, 2010, 59(01): 1-3.3] GB3095- 2012环境空气质量标准[S]. 2012.排风设备,避免由于空气流动过度强烈而造成夹卷4]冉冉.铸造车间粉尘处理技术的研究[D].华北电力大学，空气、产生金属氧化物夹杂和冲刷型芯,造成产品2011.大量报废。只有在浇注成型后才可开启排风机将浇5]杨思一， 王录才.冲天炉熔炼的环境保护与除尘技术[J].铸造注产生的大量烟尘排至室外。由此可以采取如下保护措施:6] 铸造车间通风除尘技术委员会铸造车间通风除尘技术[M]北京:机械工业出版社，1983.1 )将浇注区域与其他区域用隔断分隔开,以便7] 邝琳,李江龙某铝镁铸造厂房通风系统改造方案[J]暖通空减少废气向整个高跨区的扩散;调.2012,42(11):49 -53.2 )在浇注区域设计局部机械排风系统,并在整个高跨区设置由屋顶风机、侧墙轴流风机组成的全(上接第4页)属及铸造国际会议论文集北京:中国铸造协会, 2001.[17]王百顺，陶令桓勒铁的制造及立式化铁炉制造勒铁的改进[11] 周继扬国外冲天炉技术[M]大连:大连理工学院. 2009(一)[].机械制造，19513)22-23.[12]张明,武战军,宝林，吉守勤,梁润波,安军10v/h长炉龄燃气冲[18]周贤 全新式旋转熔炉[J]中国铸机，1990(5):52-53.天炉及其运行数据[J].铸造,2014(9):894-899.[19]金仲信.近代新型化铁炉简介[J].中国铸造装备与技术.2001[13] 刘瑞玲， 刘群山.无焦冲天炉的结构及特点[J]. 铸造,2010(6):10-12.( 10):1080- -1082.[20]李传械铸铁的熔炼设备和技术(下)[].机械工人(热加工),14]钱建国， 赵云龙天然气冲天炉的调查研究[J]铸造技术,20122002(6):31-34.(4):480- 483.[21]金仲信， 张琪渔熔炼铸铁用氧气天然气回转炉[J].现代铸铁，[15] 吉守勤， 梁润波,岳创业.张明，武战军,等研制天然气冲天炉2005(6):43- 48.的重大战略意义[J].铸造.2013(3):260-263.22]殷黎丽.杨彬,李春澍纯氧燃气回转化铁炉及熔炼特性[J].铸16]吉守勤， 岳创业，张明.武战军天然气冲天炉的研制及其性能造,2015( 10):989 93.[G /2013中国铸造活动周论文集北京:中国机械工程学会，2013.. 50.