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重新评价冲天炉熔炼铁液的优点和存在的必要性
来源：烟台冰轮重型机件有限公司
作者：金铭凤，窦召双，陈新亮
导读：由于我国环境保护要求日益趋严，2010年以来，冲天炉熔炼逐渐被感应电炉熔炼取代，大有被全面取缔之势。为深入了解和研讨冲天炉熔炼的优劣及存在必要性问题，中国铸造协会于2014年年底，在《铸造纵横》杂志和中铸协官网发表了专题文章“冲天炉到底惹了谁？”，引起了业内各类媒体的纷纷转载。
但是，三年过去了，冲天炉的使用仍旧未能得到理性对待，新一轮呼吁再起。这里是烟台冰轮重型机件有限公司金铭凤等人的见解。
近几年，由于环境保护趋严的现实要求，冲天炉逐渐被电炉所代替，原因是冲天炉排放二氧化碳（一氧化碳）、硫化物、硝化物及烟尘严重。在这里，对我公司分别使用冲天炉、电炉熔炼的铸铁质量进行比较后谈一谈冲天炉熔炼铁液的优点及存在的必要性；同时介绍冲天炉污染的解决办法。
一、冲天炉熔化铁液的连续性
在操作得当的情况下，使用冲天炉熔炼，可根据铸件的大小、壁厚、成分、温度等要求，任意取出需要的铁液量；亦可根据材质及壁厚的要求，控制不同的增碳量及温度来满足铸件的要求，生产效率高。而相比于冲天炉，电炉则受到一定的限制，特别是铁液量，如果生产大件，必须安装大容量的熔炼电炉。
二、冲天炉与电炉熔炼铸件强度和加工性能的比较
1、强度的比较
从表1、表2来看，在CE相当时，电炉加Cu 0.5%，冲天炉在不加任何合金的情况下，冲天炉铸件的强度比电炉铸件的高出75 MPa，即高出1.5个牌号级别。
从表1、表3来看，电炉熔炼要满足HT300牌号，就要降低CE。在CE降低0.15%并加Cu 0.5%情况下，电炉熔炼铸铁强度达到320MPa，即与冲天炉相比，强度仍要下降半个牌号以上。
另外，在CE、温度相同的情况下，冲天炉铁液比电炉铁液的流动性好，这就是说，冲天炉铁液减少了冷隔和浇不足的缺陷，并且缩孔、缩松倾向也少。
2、硬度和加工性能比较
由于分公司电炉生产硬度检测缺失，无法对比。但对济南某机床厂电炉生产和本公司冲天炉生产的同种大型床身、立柱、工作台比较来看，在硬度基本相同的情况下，冲天炉铸铁比电炉铸铁的刀具磨损要减少一半以上，并且机加工效率大大提高。欧洲客户正是因本公司冲天炉铸铁件加工性能好、缺陷低而忠诚合作10多年。日本、新加坡等地客户也是因本公司冲天炉铸铁件比其他公司采购的铸件加工性能好、硬度适中而忠诚合作20多年。
三、冲天炉铁液对铸造缺陷的影响
在相同材料牌号的情况下，冲天炉熔炼可在高CE条件下满足材料牌号的要求，这就减少了铸件缩孔、缩松缺陷产生的可能性，不需要加大冒口和多冒口铸造，甚至可不加冒口，提高铁液利用率，也不用或少用冷铁，也不用合金或加入少量合金。这就很大程度上降低了生产成本，提高了生产效率。
除此之外，由于冲天炉熔炼铁液CE高，熔化时有预热区，铁液吸H量就低，可防止铸件产生H2气孔。另外，冲天炉铁液的白口倾向和断口敏感性也比电炉低。
四、冲天炉熔炼有自然增C、增S、增N作用
两排大间距冲天炉融化时，在炉膛有两个高温区，温度高达1700℃左右，并且有两个氧化区和两个还原区。控制上下这两个区的大小，就可以调整增C量和铁液温度。
由于高温区温度高，一些气化温度低的有害元素，如铅、锌、锡等就被氧化或被气化，一部分从炉气中排除，一部分在石灰石造渣过程中成渣，从而减轻其对铸件的危害。
由于冲天炉有还原区，CO可还原氧化铁、氧化硅、氧化锰，减轻烧损，降低铁液氧化铁的含量，净化铁液。
另外，不用另外补充增碳剂、增硫剂、增氮剂，冲天炉就能自然增C、增S、增N，特别是增N。在配料废钢适合的情况下，冲天炉熔炼铁液可满足灰铸铁90～110 PPM的N量要求，对保证灰铁N含量、提高铸铁珠光体含量、提高材质强度起关键作用。
电炉熔炼铁液含N量一般在60 PPM左右，满足不了灰铁的含N要求，而电炉熔炼又没有增C、增S、增N的功能，需要另外补加一定量的Cu、Cr、Sn等合金增碳剂、增硫剂才能保证强度要求，这就增加了生产成本。另外，外加增N，现场控制困难（现光谱仪测N误差很大）。增N低，强度保证不了；增N高，容易造成N气孔。
还有，冲天炉熔炼铁液自带结晶晶核因子，稍加孕育，效果很好。而电炉化铁主要只是一个物理过程，缺少结晶因子，往往同样的孕育措施，效果却不理想，还要采取预处理手段，不但增加成本，还增加劳动强度。
再有就是，冲天炉铁液除渣简单，而电炉除渣困难，还很危险。
五、冲天炉对原材料要求的纯净度低
冲天炉对废钢、生铁、回炉铁的铁锈、泥砂、油漆、镀锌、镀锡、油污、潮湿、表层腻子的要求低，原因是一些有害杂质可在冲天炉预热带就可以被清除掉，如油污、锌、锡、水分；泥砂类可在造渣过程中被除掉。而电炉就不具备这种功能，它要求进炉材料必须干净，否则会增加铁液的含氧量、含氢量和有害金属量，从而导致铸件气孔和 性能不符合要求以及除渣量、劳动强度大。
六、冲天炉的所谓碳氧化物排放及污染问题
首先谈一下我国的电力生产有80%以上是煤电，发电需要用煤，用煤就要排放碳氧化物。这同冲天炉用碳化铁一样，都是一次能源的一次排放问题。而电炉化铁用电，是二次能源消耗，即间接烧煤，同样在排放碳氧化物，不过是将大量排放转移到时发电环节了。所以，冲天炉排放碳氧化物而电炉不排放是一个伪命题。
再就是烟尘排放问题。采用多级环保除尘、除硫化物、除硝化物，如采取烟尘收集、旋风除尘、布袋除尘、脱硫、脱硝等，完全可以解决这个问题。同时，冲天炉炉渣固体废物可作为水泥生产原料和建筑原料利用，由于不含重金属，直接填埋也不会造成环境污染。
七、冲天炉出铁温度和能耗问题
过去在没有铸造焦炭的情况下，冲天炉的铁液温度只有1420～1450℃；现在，有质量优异的铸造焦炭，在自热式炉胆冷风冲天炉富氧送风情况下，每吨铁液全部耗焦量在120kg的情况下，出铁温度完全可以达到1495～1510℃（平均1500℃），完全可以满足铸件对铁液温度的要求，铁液增碳量可在50%以上，硅烧损在10%左右，Mn烧损20%左右。比电炉节能只高不低，相比费用也低。
八、冲天炉熔化实例
烟台冰轮重型机件有限公司现用两台10t/h自热式冷风冲天炉。送风温度在160℃左右，采用山西铸造焦炭，固定碳88.61%、灰粉10.12%、含硫量0.38%、挥发物1.27%，富氧量1.3%。在每吨铁液全焦量（底焦、接力焦、批焦）120kg的情况下，平均温度在1500℃以上，两个炉子平均熔化率在14t/h左右。在45%废钢情况下，增C 52.4%，硅烧损8.6%，锰烧损在22.6%（按配料成分和出炉成分算）。HT300强度可达352MPa，试棒硬度238HB，铸件本体硬度（机床导轨）在190～220HB。
本公司铸件出口日本、欧洲、美国、新加坡等地20多年，从来没有因材质不合格而报废，客户评价很好。在环保问题上，公司经过改造后，经环保部门现场测试的排尘、排硫、排硝在采用除尘设备后完全达到排放标准，并发给环保生产许可证。
九、结束语
通过对冲天炉和电炉铁液的比较，确实证明冲天炉熔炼铁液有电炉不可替代的优势；冲天炉在采取技术升级和加大环保措施后，确实有它存在的必要性与可行性。需说明的是，以上比较并不是为了说电炉不好，电炉在生产球墨铸铁、蠕墨铸铁、铸钢和合成铸铁方面还是有一定优势的，只是各单位应根据实际生产情况确定使用哪种。
（转自：铸造头条，编改：娅楠）
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