我国冲天炉和中频感应炉熔炼现状

吴殿杰

（机械工业第九设计研究院有限公司，吉林长春 130011）

1 铸铁熔化炉应用现状

冲天炉作为铸铁熔炼的主要设备，一直是国内外汽车铸造和铸管行业普遍采用的熔炼炉型，一般采用冲天炉熔化感应电炉保温精炼双联方式居多，双联熔炼已日益被国内铸造厂家所采用。它的优点是，可最大限度地利用冲天炉的熔化效率，再利用感应电炉的过热优势，如采用冲天炉与保温前炉双联，1台5 t/h的冲天炉熔化的铁液量可相当于10 t/h的冲天炉。并可提高炉衬寿命（铁液可不用在冲天炉内过热），减少焦炭的加入量，增硫、增碳减少，有利于铁液质量的保证。近几年来伴随着汽车等机械制造业的引进发展，以节能降耗、优质高效、安全环保为目标的熔化方式取得了飞速发展和进步。如一汽集团铸造有限公司、南京汽车集团铸造以及镇江泰克西都已经形成了大容量、长炉龄、外热风冲天炉为主要的熔炼模式并与节约能源、减少环境污染和提高铁液质量紧密联系在一起，形成炉体、热风、除尘、PL俄C变频控制技术为一体的综合熔炼系统，体现了现代冲天炉的智能化与环保节能的新概念。近些年来国外大型冲天炉熔炼配合大规模专业化生产的理念不断推进，国内如潍坊柴油机铸造从美国EC&S公司引进的35 t/h热风冲天炉于2007年6月投产，熔化能力实际达到45 t/h.

感应电炉尤其是中（变）频炉的采用为铸造行业的节能降耗环保开辟了新的思路。起初部分企业采用工频感应炉作为保温炉与冲天炉一起熔炼高质量铁水的方式，发展到中频炉熔化到中频炉保温，以至目前的东风汽车铸造有限公司和烟台通用东岳等采用一拖二或二拖三的（中）变频炉电源功率切换等先进熔炼加保温方式，都已成功应用多年。感应电炉作为铸铁熔炼保温精炼双重功能已积累丰富的经验，尤其是目前在感应器结构、变频技术、控制技术、循环冷却技术等方面都有了很大进步，尤其在风电球铁铸造行业。

2 熔炼炉熔化特性比较

2.1 冲天炉

冲天炉熔化是生铁与焦炭、石灰石等直接接触，通过焦炭燃烧产生的热能将生铁熔化，熔炼过程中产生大量的CO、CO2、SO2气体和粉尘，如果直接排放，将造成大气严重污染；同时，为了炉渣粒化，通常还会有废水排放。随着全民环保意识的逐渐增强以及国家环保法规的严格要求和不断健全，要满足粉尘、废水及噪声达标排放，就必须增大投资力度并设置炉气热交换及除尘装置、炉渣粒化污水处理及回用装置，使处理后的废气、废水排放浓度控制在国家各级标准。

另外，由于冲天炉结构特点，冲天炉热效率比较低，一般只能达到40%左右。在发达国家，冲天炉炉渣和废气的排放量一般占铸造厂废弃物排放量的16.5%.

冲天炉包括机械化加料系统、炉渣粒化及污水处理回用系统、炉气热交换及除尘系统、鼓风机系统等，系统较复杂。图1为冲天炉典型布置示意图。

2.2 中频感应电炉

对于中频感应炉熔炼，热效率达60%左右。由于炉料中不含焦炭、石灰石，同时加料后炉料不受外界影响，因此粉尘很少，配置除尘系统后，排放标准可达10 mg/m3以下，同时也不需要设置炉渣粒化装置，所以环保设备投资很小，有利于环境保护，日常操作管理和维护保养工作量也比冲天炉低的很多。图2为中频炉典型布置示意图。

2.3 熔炼热效率的比较

冲天炉的热效率约为40%，表1为热风冲天炉和中频炉积累的效率对比表。

中频熔化炉热效率约60%，40%的感应炉热损失包括炉体蓄热、炉盖带走热量、炉冷却水带走的感应电阻热以及操作因素不良产生的无功热量损失。

2.4 应用范围和操作性能

冲天炉和中（变）频炉的机理有很大不同，因此对生产的适应能力也不同。根据铸件（牌号，生产纲领，加工要求等）不同需求来选择冶炼设备并随着条件的协调，以实现优质，高效，节能，安全和过程对环境的保护，以达到高性价比的技术和指标。总之，冲天炉和中频感应电炉相比，互相取代。可根据表2进行参考选用。

表1 某项目冲天炉和中频炉热效率对比

3 冲天炉和感应电炉应用趋势

冲天炉是铸铁熔炼的主要设备，目前国内铸造行业正以节能，优质，高效，安全，环保为目标，率先在汽车铸造行业等开始了大容量、长炉龄、热交换热风循环系统、PLC控制的智能化节能环保型的应用局面。我们坚信：将来国内所使用的冲天炉一定为大型的可长期连续生产的热风冲天炉。以往的小容量、短炉龄、常温送风的冲天炉设备正逐步退出历史舞台。

表2 冲天炉和中（变）频炉操作性能对比表

中频感应电炉在环境保护、铁水成分调整、生产组织方面优势较大，在电力、炉料等条件能满足要求的情况下，中频感应电炉在中小规模以及附加值高的铸件生产中仍然是首选。

冲天炉和中频炉的双联工艺在大批量生产中成功应用并已经得到行业内人士的普遍认同。将来发展趋势是以下两种将主导铸造行业：

冲天炉熔化＋中（变）频炉保温精炼（双联）；中（变）频炉熔化精炼保温（一拖二或二托三相互变频切换）。

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