我国冲天炉的现状与展望

张耀文，王录才，张 明

（1.中国刑事警察学院，辽宁 沈阳 110000；2.太原科技大学，山西 太原 030024；3.威海科兴铸造机械有限公司，山东 威海 264200）

冲天炉是一种优秀的铸铁熔化设备，自我国清代末年从发达国家引进，在我国至少已有150 年的应用历史，为发展我国的民族工业曾立下过不朽的功勋。冲天炉比感应电炉节省能源、二氧化碳排放量少、余热回收利用的潜力大，同时炉料的适应性强、所生产出的铸铁的品质更为优良。但自2008 年至今，我国大范围淘汰和拆除了技术落后、对环境造成很大污染的冲天炉，堪称中国铸造行业的一个重大事件，值得研究和探讨。本文回顾了我国淘汰和拆除冲天炉的过程，扼要分析了淘汰和拆除原因，探讨了我国冲天炉技术未来的发展方向。

1 我国冲天炉的现状

在“中国知网[1]”的搜索框输入“冲天炉”，可以搜索到该主题的所有论文。按年度分析，1981 年到1991 年11 年间，每年有关冲天炉的论文均超过了100 篇，2013 年以后，该主题的论文数量锐减，2020年的论文数量仅有32 篇，其中包含了14 篇外文期刊刊载的论文。年度论文数量反映了大家的研究兴趣，1981 年到1991 年11 年间堪称中国冲天炉繁花似锦的春天，当前则属其严寒的冬季。

中国冲天炉遭遇的窘态与两份国际协议有关。1997 年12 月11 日《京都议定书》在日本京都通过，这是人类历史上第一个限制温室气体排放的国际公约，中国政府于1998 年5 月29 日签署了该公约，冲天炉此后进入了萧瑟的秋季。《巴黎协定》是2015 年12 月12 日在巴黎气候变化大会上通过的一个国际协议，中国政府于2016 年4 月22 日在纽约签署了该协议，中国冲天炉此后步入了严寒的冬季。

中国铸造协会及其专家委员会于2017 年曾对全国冲天炉的数量进行过一次调查和测算，2015 年全国大小冲天炉的数量在14 000 台左右（见表1）[2].2016 年，我国熔化率10 t/h 以上的冲天炉为120 台套左右[3]。2021 年初所进行的一次准确调查和统计数据表明，止2020 年12 月底，中国大陆境内熔化率10 t/h 以上的冲天炉为308 台，一些铸造工作者为此扼腕叹息。

表1 中国铸造协会对2015 年我国冲天炉数量的测算

为了客观记录我国大范围淘汰拆除冲天炉这一重要历史事件，通过最大可能搜寻全国各地自2008 年以后的所有公开报道，并整理如下。

中国大陆淘汰冲天炉的首份文字记录，见之于2008 年初《表面工程资讯》的一篇报道，即中国兵器工业集团公司表示，该集团从2008 年起，将用3 年时间淘汰“冲天炉、含氰电镀等1 530 台套落后工艺设备[4]”。在该报道中，冲天炉被首次定义为“落后工艺设备”。应该在此说明，冲天炉是一种有悠久历史的铸铁熔炼设备，该集团将其笼统地归入“落后工艺设备”，作者认为不符合科学精神。

2014 年底，针对当时开始拆除熔化率小于3 t/h和大于10 t/h 的冲天炉、冲天炉全面退出铸造行业的现状，杜芸代表中国铸造协会在《铸造纵横》发表了“冲天炉到底惹了谁？”一文；文中引用李传栻、张伯明、房贵如、温平等人提供的数据和观点，批评了当时各地不加分析拆除冲天炉的现象[5]。值得一提的是，我国著名铸造专家马敬仲在2016 年和2019年连续发表了一系列为冲天炉鼓与呼的文章[6-8]。2018 年9 月26 日～29 日中国铸造协会在烟台召开了全国“节能环保型冲天炉铸铁熔炼经验交流会”，希望为冲天炉正名，“保卫冲天炉”。但遗憾的是，这一系列呼吁和行动，未能阻挡住冲天炉在我国急剧减少的颓败局面。

2012 年12 月28 日，浙江省淘汰办、省经信委、省质量技监局、省环保厅等四部门发布了“浙江省淘汰落后生产能力指导目录（2012 年本）[9]”，冲天炉赫然在该目录中，这是我国第一个给冲天炉冠以“淘汰落后”名义的省级机关出台的文件。浙江省从此开始了有计划拆除境内冲天炉的行动，至今前后延续了七年。此后的2013 年12 月，浙江温岭报道了城南镇拆除冲天炉的消息[10]；2015 年4 月，永康市共关停铸造企业276 家，淘汰冲天炉等落后生产设备、生产线1 100 多台（套）[11]；2015 年6 月底，缙云县所有冲天炉已全部强制停运并陆续拆除[12]；2017 年7 月，武义县布置淘汰拆除冲天炉工作[13]；《宁波日报》2019 年1 月18 日透露：北仑区仍有8家铸造企业违规使用冲天炉等落后设备[14]。按浙江省经济和信息化厅“关于2019 年浙江省铸造产能清单（第三批）的通告”，浙江省1 165 个铸造企业中，当时仅有8 台冲天炉[15]。按目前搜寻到的公开文件，浙江省自2012 年底到2020 年用七年时间有计划、有步骤地拆除了境内的绝大多数冲天炉、特别是其中污染严重的小型冲天炉。该省淘汰拆除冲天炉时间较早、计划性较强、对被拆企业有一定经济补偿，相关行动有相对完整的文字报道。

江苏省淘汰并拆除冲天炉始于2017 年年初，行动的计划性也比较强、比较规范，纳入了该省的“263 专项行动”，即“两减六治三提升专项行动”，该行动是江苏省委和省政府于2016 年年底，为了解决江苏省环境问题制定的行动代号[16]。2017 年4 月，徐州市铜山区柳泉镇“雷霆行动”，强拆生产车间、铁皮大棚、冲天炉、干选水泥操作台等设备基础40多处[17]；2019 年8 月，江苏省环境保护厅公示了华西泰克西公司拆除两台15 t/h 外热风水冷炉、建造电炉的建设项目环境影响报告表[18]；2018 年9 月11日，泰州市海陵区出重拳在全镇开展铸造业冲天炉取缔工作[19]；2020 年10 月21 日，溧阳市工信局称[20]：“截止到2018 年10 月，我市已完成7 家企业3 t及3 t 以下冲天炉的淘汰工作，淘汰率100%”；2018年11 月，常州中关村拆除了震宇机械、远达铸造等厂的3 台冲天炉及其相关生产设备[21]；2018 年12月19 日，姜堰市娄庄镇拆除了全镇27 个铸造厂的冲天炉[22]；2020 年12 月15 日，海安市工信局公告了海安奥禹公司拆除两台5 t/h 冲天炉、2 台0.5 t 中频电炉[23]。

《湖南日报》2017 年8 月17 日报道[24]，湖南省经信委以“省淘汰落后产能和企业兼并重组工作领导小组办公室”名义下发紧急通知，要求各市、州政府对2013 年以来淘汰落后产能公告企业开展“回头看”，对辖区内存在的不符合产业政策的小高炉、矿热炉、冲天炉等落后工艺设备开展摸底排查和整改。该报道透露，湖南省在2013 年即已将冲天炉列为“淘汰落后产能”。2018 年8 月31 日，湖南铸造之乡、“江南铸都”郴州嘉禾县已拆除了其境内261 座5 t/h 以下的冲天炉[25]。

浙江、江苏和湖南以外其他省份淘汰和拆除冲天炉的省级行动，未见之于公开报道。

河北省淘汰或拆除冲天炉的行动开始于2014年或2015 年。定州东宇铸造有限公司于2014 年9月，公开了该公司“电炉替代冲天炉改造项目建设项目环境影响报告表”，称：“对照《产业结构调整指导目录（2011 年本）》（2013 年修正版）现有工程使用的冲天炉属于第二类限制类中‘十一机械，第35条5 t/h 及以下短炉龄冲天炉’，不符合产业政策要求，需要技术改造[26]；2015 年3 月，安阳县人民政府办公室发布了“关于2015 年铸造行业淘汰落后工艺装备的通知[27]”，其中的“落后产能”指熔化率≤5 t/h的冲天炉，要求在2015 年3 月20 日前，拆除15 个铸造厂的19 台5 t/h 冲天炉，并要求“拆除落后装备主体和配套电机、基座、上料机等附属设施，落后装备拆除后做销毁处理”；2015 年4 月，泊头市淘汰3 t/h及以下所有冲天炉[28]；2015 年5 月18 日，沧州市富镇提出：“淘汰3 t/h 及以下所有冲天炉，鼓励企业自行关停或转电炉生产”，“对淘汰、关停、取缔铸造企业的冲天炉一律强制拆除”；宁晋县在2017 年5 月2日前，共拆除境内冲天炉51 台[29]；河北省鸡泽县生态环境分局办公室2017 年6 月13 日透露，该县拆除冲天炉的数量为132 台[30]。

安徽省淘汰和拆除冲天炉的行动只能见到一些零星报道。比如，2015 年4 月，合肥江淮铸造有限责任公司以浓郁的感情色彩“永远的冲天炉”为题，报道该厂拆除2005 年7 月所建的两台套7 t/h 水冷长炉龄冲天炉[31]；2020 年7 月，合肥市经济和信息化局公示了“2020 年二季度合肥市钢铁冶炼、轧钢及铸造企业名单”，该公示涉及合肥市83 个大小铸造企业，其中只有三个停产企业共有4 台冲天炉[32]。2019 年6 月18 日，安徽省宣城市经济和信息化局公示了“宣城市中晟铸造有限公司技改项目产能置换方案”，该方案涉及中晟铸造有限公司2019 年6月拆除1 台8 t/h 冲天炉、建造2 台2 t 中频感应电炉[33]。以此可以大致推测，安徽拆除冲天炉或者开始于2017 年略前一些时间。

河南省淘汰和拆除冲天炉行动的记录也不多，该省的有关行动很可能开始于2016 年。安阳市于2016 年“投入约1.4 亿元，拆除3 t/h 及以下冲天炉230 座，3 t/h至7 t/h冲天炉77 座[34]”；河南省工信厅2020 年12 月17 日公布了“2019 年河南省第二批铸造行业产能清单公示[35]”。该公示显示，截止2019年底，河南省第二批公示的312 个铸造企业中，共有冲天炉7 台，容量最大的为20 t/h，最小的为5 t/h，其中平顶山市有10 t/h 冲天炉4 台。

山东省拆除冲天炉的行动应始于2016 年。2016 年6 月，博山镇对辖区相关铸造企业下达了《铸造企业整改通知书》，要求按照市、区要求于5日内自行拆除冲天炉[36]。临沂于2016 年6 月开始拆除其境内的冲天炉。临清于2017 年3 月开始拆除其境内的冲天炉。2017 年3 月2 日，山东省潍坊市坊子区政府发布了“淘汰落后工艺设备（冲天炉）的通知[37]”。高密高锻机械有限公司在2020 年12 月30 日前拆除8 t/h 冲天炉、12 t/h 冲天炉各1 套[38]。山东临清拆除冲天炉的行动在2017 年3 月～4 月之间。图1 所示为在此期间拍摄的某小型铸造厂被拆除的冲天炉。

图1 山东临清某铸造厂（摄于2017 年3 月17 日）

2018 年12 月18 日，吉林省四平市工业和信息化局在其网站上公布了“关于2018 年淘汰落后产能工作情况的报告”[39]，其中透露：“梨树县冲天炉较多，目前已完成两批落后产能退出公示，已拆除2户企业的冲天炉设备，剩余10 户冲天炉设备不符合淘汰落后产能综合标准的企业已交由梨树县人民政府，预计年底前完成退出工作。”

重庆拓仕达电气有限公司2020 年2 月15 日在其网站“行业新闻”栏目称[40]：重庆市“截至目前，全市303 家、共324 座7 t/h 以下铸造冲天炉已全部拆除到位。”

2020 年12 月17 日，广东省肇庆市生态环境局高要分局公示了该区“力达机械有限公司技改、扩建项目环境影响评价文件”的审批结果。该审批涉及力达机械有限公司拆除原有的燃焦炭冲天炉、新增1 套1 t 的变频感应电炉[41]。

山西省原有冲天炉数量较多，但其淘汰和拆除冲天炉的行动未见之于省级的公开报道，但可以查到地市级的报道。例如：高平市关于“打赢蓝天保卫战2020 年决战计划”中称：“2020 年6 月底前，全市2 家铸造3 台（10 t/h 以及以下）冲天炉全部淘汰”。另外，晋中市太谷区和山西华翔股份有限公司淘汰和拆除冲天炉的时间和结果，或者可以说明山西省的情况。晋中市太谷区曾在2010 年前后强制关停过大概300 个左右年产量小于1 万吨的小型铸造厂，淘汰和拆除过不少小型冲天炉，将区内400 多个铸造厂整顿为100 多个。据2020 年底对晋中市太谷区阎峰兵的电话采访，该区2020 年8 月开始拆除区内所有冲天炉，拆除前区内有大小冲天炉134 台套，其中有10 台套容量10 t/h 及其以上的冲天炉。至该年的年底，已拆除大小冲天炉108 台套，计划在2021 年3 月份以前、除计划保留2 台套天然气试验炉外，拆除境内所有冲天炉。另外，至该年的年底，该区共有感应电炉486 台套，为了满足感应电炉的用电需求，新建成和在建变电站4 座，包括1 座220 MVA、3 座110 MVA 变电站。另据2020年底对山西华翔集团股份公司宋建辉的电话采访，该集团原有的3 组6 台熔化率15 t/h 冲天炉、1 组2台熔化率10 t/h 冲天炉，停用于2019 年3 月，破坏性拆除于2020 年8 月。

遗憾的是，北京、上海、天津、辽宁、黑龙江、内蒙古、宁夏、甘肃、西宁、西藏、新疆、陕西、四川、贵州、云南、福建等省淘汰和拆除冲天炉的有关行动未见之公开报道。

客观地说，近几年被有关部门强制淘汰和拆除的冲天炉，绝大多属于污染物排放不达标、甚至未配置污染治理设备、确实对环境造成了很大污染的冲天炉。但作者认为2008 年至2020 年期间，有些部门不加分析地将冲天炉列入“落后工艺设备”和“落后产能”，没有科学依据；淘汰冲天炉的行为给我国铸铁业的发展造成了不可弥补的损失。

生态环境部、发展改革委、工业和信息化部、财政部等四部委于2019 年7 月1 日联合发布了《工业炉窑大气污染综合治理方案》（环大气〔2019〕56号文件）[42]，其中规定：“加快推动铸造（10 t/h 及以下）、岩棉等行业冲天炉改为电炉。”同时规定：“冲天炉应配备袋式除尘、滤筒除尘等高效除尘设施；配备脱硫设施，重点区域配备石灰石石膏法等脱硫设施。”需要注意的是，上述四部委并未把冲天炉视为“落后工艺设备”、“落后产能”。

在此顺便说明各地淘汰冲天炉的另外一个重要原因，即电炉熔化铸铁的成本目前低于冲天炉。由于2008 年以来，焦炭市场价格持续走高，冲天炉熔化的成本在多数地区已失去了原有的成本优势，因此一些铸造厂主动淘汰和拆除配置有污染治理设备、可以达标排放的冲天炉。环境保护和熔化的成本问题，是我国冲天炉近些年步入寒冬的两个主要原因。但还是应该客观地说，在严冬中凋零的绝大多数冲天炉确实属于技术落后、对环境造成严重污染的落后设备。潍坊柴油机厂、玫德集团和长春一汽等铸铁企业未雨绸缪，建的数台外热风水冷冲天炉，犹如万里冰雪中的几枝傲雪红梅，指引迷茫在风雪中的人们前进的方向。

2 我国冲天炉展望

中国冲天炉经历严冬之后靠什么迎来风和日丽的春天？笔者以为，我国冲天炉遭遇的环境保护和成本危机，应该归因于技术的止步不前，只有研究、学习和开发先进的冲天炉技术，才能改变冲天炉当前的窘态。我国冲天炉技术的未来发展，应该着眼于以下“五化”方向。

2.1 污染物零排放或称超低化

我国冲天炉自2008 年至今之所以遭遇凛冽的严冬，首先应该归因于绝大多数冲天炉对环境造成的严重污染，先找冲天炉本身的问题。污染物、特别是气相污染物的排放能否达到有关标准，是我国冲天炉能否生存的先决条件。气相污染物达标排放属于最起码要求，在此基础上，应该研发气相污染物的零排放或称超低排放有关新技术。

除了继续气相污染物的研究外，应扩大污染物排放控制的研究范围，例如，加强冲天炉粉尘、炉渣和风机噪声污染的研究。玫德集团和烟台冰轮等铸造厂，在冲天炉炉渣资源化利用方面已经取得的经验，值得大家研究、总结和学习。

毋庸讳言，冲天炉到底对环境造成了什么污染，造成多大污染，至今仍是一本糊涂账。冲天炉污染物检测技术的落后，很大程度上限制了冲天炉的发展空间。因此建议今后逐步扩大冲天炉所排放污染物的检测范围，每台冲天炉均应建立污染物检测排放档案。对于新建冲天炉，除了检测烟尘、二氧化硫、氮氧化物等以外，应该按机械产品“型式检验”的规范，检测气相污染物中的重金属（铅、汞、铍等）含量、多环芳烃类有机物的含量，特别注意检测其中的苯并（a）芘和二恶英含量，冲天炉烟尘和炉渣中重金属的含量也应该进行全面检测。检测冲天炉的污染物，需要引进先进的仪器仪表，规定相应的检测方法。

2.2 容量大型化

国家四部委于2019 年7 月1 日联合发布的56号文件，之所以对10 t/h 及其以下的冲天炉提出限制性要求，是因为小型冲天炉的能耗、单位污染物的处理费用均大大高于大型冲天炉，因此有关限制存在一定的合理性。值得注意的是，即便是外热风冲天炉，其能源利用效率仍不到50%，可以进一步利用余热锅炉回收蒸汽和热水，甚至利用余热发电机组回收电能，等等。但有关余热回收技术只有用于大型冲天炉才有经济价值，大型化是发展我国冲天炉先进技术的基础条件。

冲天炉大型化的首要问题不在于技术，而在于市场对铁液需求的大量化。曾有人提出过在铸造产业园区建设大型冲天炉熔化中心的构想，但据笔者了解，多地铸造产业园已经搁置或放弃了该构想。例如，山西晋城南村绿色智能铸造创新产业园，原计划建设大型天然气冲天炉熔化中心，河北隆尧汽车产业园也曾计划建设大型燃焦冲天炉熔化中心，但这两项计划目前均止步未前。目前大家看到了通过铸造园区实现我国冲天炉大型化的途径，但所涉及的一系列技术和商业问题尚未有人做过深入研究。比如，冲天炉熔化中心生产的铁液用什么方式经济、安全地输送到园区内的各个铸造厂，熔化中心与园区内各铸造厂的铁液如何实现产量的平衡，用什么经济方式才能建立起熔化中心与各铸造厂之间的牢固关系，等等。另外，铸造园的冲天炉熔化中心存在着冲天炉与高炉的技术竞争问题。在铸造园区建设以高炉为核心的铁液熔化中心，显然比冲天炉更为经济。我国冲天炉容量的大型化，首先在于寻求市场对其大型化的需求。但不管怎么说，大型化是我国冲天炉技术发展的重要方向，需要联合包括铸造、能源、法律、经济、社会和环境保护等学科在内的专家，对其做深入细致的研究。

值得特别注意的是，大型化的目的在于提高冲天炉的能源利用效率及经济性，但我国在大型冲天炉及其配套技术方面，目前尚未完成有关无技术的准备。比如加料机属冲天炉最简单的配套设备，但国产的较大型冲天炉的加料机，其加料循环数低、批料量过大，导致热风系统中的燃烧室不能稳定工作。另外，大型冲天炉复杂一些的配套技术，可能仍然需要引进，比如，大型冲天炉的余热发电机组、大型冲天炉所需的大流量低噪声离心引风机等。

2.3 燃料多样化

按目前的能源价格测算，天然气冲天炉和电炉双联已属目前最经济的铸铁熔化方式，因此需关注冲天炉的燃料多样化。笔者对我国铸铁熔化设备的建议为：3 t/h 以下的冲天炉用感应电炉替代，3 t/h～15 t/h 的冲天炉应该提倡天然气燃料，10 t/h～20 t/h以上的冲天炉提倡焦炭燃料。

提出上述建议是基于能源的利用效率及其投资回报率。天然气冲天炉尾气在加料口处的温度只有200 ℃～300 ℃，其中不存在一氧化碳类的化学潜热，没有太大的回收利用价值，不需复杂的余热回收设备，系统投资额度小，适合于中小型铸铁厂使用。燃焦冲天炉的尾气中包含大量的热能，配套复杂的余热回收设备、提高其能源利用效率，可以得到较高的经济回报。

另外，除了焦炭、天然气和丙烷气外，冲天炉也可以选择柴油、煤油等液体燃料。冲天炉到底使用哪一种燃料，应该在符合有关法律的前提下，综合分析其经济和社会效益，尊重有关铸造厂的决策。而且以行政命令干预冲天炉燃料选择的现状，应该尽快结束。

2.4 能源利用梯级化

“中国知网”的查询结果表示，我国工业炉窑余热梯级回收的概念，本世纪初首先出现于钢铁行业。笔者记得，在2006 年夏季在天津召开的一次铸造会议上，有会议代表曾在大会发言中提出过以钾-钠热管回收热风、以水银热管回收蒸汽、以水热管回收热水，三梯级回收冲天炉余热的概念和构想。但笔者尚未找到该会议的论文集、没有发现该代表发言的文字记录。燃焦冲天炉的尾气中所包含的物理显热和化学潜热，占焦炭理论热值的50%以上，仅回收其中的热能获得热风显然还不够。我国冲天炉应该引入梯级回收尾气余热的概念，梯级回收尾气中和其他部分的热能。

潍柴和长春一汽在2014 年前后引进的外热风冲天炉，实际上已经包含着梯级回收尾气余热的要素，这两台冲天炉回收尾气余热获得热风后，配置的余热锅炉可以进一步回收热水用于职工洗浴。玫德集团的外热风冲天炉配置的余热锅炉，目前并入了当地热电厂的供热管网，可以常年向社会供热，创造了国内冲天炉梯级利用冲天炉余热的宝贵经验。

在热风后继续回收尾气中的余热获得蒸汽或热水，可以用于冬季供热，但这种余热利用的途径有季节性，夏季生产的蒸汽或者热水无法得到合理使用。因此，冲天炉梯级回收尾气余热最有希望的途径是余热发电。

美国《冲天炉手册》介绍了意大利某铸造厂冲天炉的余热发电系统[43]，供参考：“在袋式除尘器上游安装一台以导热油为介质的余热锅炉产生热水，然后通过有机兰金循环、英文简称ORC（Organic Rankine Cycle），利用冲天炉尾气的余热发电。图2所示为有机兰金循环涡轮发电的技术示意图，其中涡轮机的运行温度在100 ℃～250 ℃之间，运行中采用了一种蒸发温度比较合适的有机液体介质。首先提前压缩并预热有机液体，然后利用炉气的热量蒸发该有机液体，有机液体蒸发、体积膨胀驱动涡轮并产生电力。三班连续生产的30 t/h 冲天炉能够生成2 MW 的电力”。

图2 有机兰金循环（ORC）余热发电原理

30 t/h 外热风水冷炉包括鼓风机、加料机、冷却水循环和消烟除尘部分等在内的电力装机总容量约为1.2 MW，也就是说，有机金兰循环余热发电机组所产生的电力，不仅可以满足冲天炉的全部电力需求，还可以向铸造厂的其他设备供电。

梯级回收冲天炉尾气中的余热，是冲天炉的经济性优于感应电炉的潜在优势，也是我国冲天炉技术进步的重要方向。

2.5 控制系统的数字和智能化

冲天炉控制系统的数字化和智能化，即基于数字信息处理技术，通过计算机网络、大数据、物联网和人工智能等进行冲天炉的自主或自动控制。其中，数字化是智能化的基础和去前提条件。图3 所示为潍柴进口的35 t/h 外热风水冷炉中央控制室中的一个监控界面，从其中可以看出，该炉的炉体部分、尾气燃烧室、热风换热器、炉气冷却和余热锅炉、袋式除尘器等密布仪器、仪表，其中任何一项运行参数均数字化地及时反映到了中央控室，所有的运行参数均有记录、可追溯。该控制系统是我国冲天炉数字化控制系统的重要参考。依靠上世纪90年代飞速发展起来的数字化和智能化仪表，利用国内技术构建类似于甚至优于图3 所示的控制系统，目前不存在任何难以逾越的技术障碍。冲天炉控制数字化可能涉及设计者对控制系统的理解和认识，同时涉及用户对控制系统的投资意愿。对于复杂重要的外热风水冷冲天炉控制系统，设计者和用户均只要转变观念，便可以实现冲天炉控制的全面数字化，为智能化控制创造条件。

图3 潍柴35 t/h 炉的一个监控界面

需要注意的是，冲天炉控制系统检测的数字化仪器仪表和其他电器元器件的选择，需要特别注意其工作条件和环境，其中的流量仪表需要注意空气、炉气和冷却水中存在或可能存在的粉尘和其他异物。重要的压力、温度和流量监测点需要配置双仪表，互为备份，防止单一仪表损坏导致严重后果。

在冲天炉控制数字化的基础上智能化从何处起步？笔者建议：在现有的集散控制系统（Distributed Control System，简称DCS）或现场总线控制系统（Fieldbus Control System 简称FCS）中，首先搭载“风焦控制模块”，从风量和焦炭的加入量的自动控制开启冲天炉智能化的进程。风焦控制模块从初级版起步，逐步提升为中级和高级版。初级版仅对风焦的操作提供趋势性的建议，由炉工确定具体的操作参数；中级版本提供风焦的具体操作参数，由炉工决定是否执行；高级版本则脱离炉工，对冲天炉的风焦参数进行自主控制。

冲天炉风焦控制模块的工作原理是什么？冲天炉的炉气成分灵敏地反映了焦炭的燃烧状态，检测尾气的成分，结合冲天炉的熔化率（即单位时间内的加料量）和铁液温度，便可以判断冲天炉的当前风量和底焦高度是否适当。在送风量和焦炭加入量两个参数中，批焦一般为固定值，需要系统判断和控制的不过是炉况特别异常时，要不要加接力焦和接力焦加多少？需要控制系统经常性调节的参数只有风量一项，比如通过变频器增大或者减小风量。由此可以看出，对冲天炉的风焦实现自动或者准自动控制，系统必须配置炉气成分在线检测仪。

潍柴股份和长春一汽近些年进口的三台外热风水冷冲天炉，来自美国的冲天炉采用FCS 和西门子S7-300 系列PLC；来自欧盟的冲天炉为DCS，采用西门子S7-400 系列PLC，这三套控制系统无一例外地均配置了炉气成分在线数字化检测仪，但尚无冲天炉风焦控制功能。图4 所示为炉气成分在线数字化检测仪的工作原理图，仅供参考。

图4 炉气在线数字化检测仪工作原理示意图

表2 为不同燃烧比下炉气中主要气体（CO、CO2、N2）成分，供选用炉气成分数字化检测仪测量范围参考。

表2 冲天炉焦炭燃烧所产主要炉气成分（体积分数，%）

冲天炉风焦的智能化控制，减少了冲天炉对炉工的依赖性，降低了冲天炉的能源消耗、提高了运行的稳定性。另外，冲天炉铁液成分的智能化控制，也是需要进一步深入研究的课题。

3 结语

我国伟大的民主主义先行者孙中山先生，1916年9 月15 日去浙江海宁观看钱江大潮，心情澎湃，有感于袁世凯复辟失败、抑郁亡故，回上海后为海宁县立乙种商科学校题写了“世界潮流，浩浩荡荡，顺之者昌，逆之者亡”的千古名言。孙先生104 年前题写的这十六个字，也适合于我国冲天炉的现状，如果想当固步自封的“洪宪皇帝”则难逃被淘汰的命运。遵照国家的战略部署，积极发展我国的外热风冲天炉并不断发掘其潜在优势、研制较高技术标准的冲天炉及其附属设备、子系统，我国冲天炉必定迎来繁花似锦的春天！