(4)熱效率及余熱回收:
從生產能源利用率看,沖天爐的熱效率約40%~60%,感應爐約為60%,沖天爐低于感應爐,但從每噸鐵液消耗的資源性能源看,沖天爐卻比感應爐低得多。沖天爐的熱量損失包括煙氣帶走的物理熱和CO潛藏的化學熱、爐體散熱、爐渣和打爐殘料熱量等;感應爐的熱損失包括爐體和爐口散熱、冷卻水帶走的感應圈電阻熱等。對于這些損失熱量的回收,沖天爐比感應爐具有更充分的可行性和更大的效益,例如目前國內已成功應用的外熱風,長爐齡和煙氣余熱鍋爐技術,,已使損失的熱量大幅度減少,隨著大容量沖天爐數量的上升,我國鑄鐵熔煉的噸鐵液能耗將顯著下降,趕超世界先進水平的目標是能夠達到的。
(5)冶金性能及鐵液質量
沖天爐的冶金性能遠優于感應爐,這是公認的。沖天爐內由17000C以上的高溫和焦炭、熔渣、爐氣構成的冶金環境對鐵料和鐵液的成分變化發揮著積極的作用。通過工藝控制,可實現增碳增硅、大幅度減少合金元素的燒損、降低增硫率。尤其較大容量的外熱風長爐齡沖天爐,穩定和提高鐵液質量的能力更強。在沖天爐內,雖然鐵液的過熱時間僅僅幾分鐘,但由于鐵液呈液滴和細小的流股,有充足的表面積與焦炭、熔渣、爐氣接觸,實現充分的吸熱升溫和物質傳遞。鐵液過熱溫度可達16000C以上;出爐鐵液的硫含量可控制0.06%以下;鐵液和熔渣的流動性很好,有利于金屬氧化物從鐵液向渣中轉移;鐵液在爐內的過熱時間短,鐵液中有0.005%左右的氧和0.06%左右的硫,它們的高熔點化合物可作為形核基底,出爐后,鐵液中自生晶核較多,通過孕育處理細化晶粒的作用對于高牌號灰鑄鐵更顯著。
感應爐的最高溫度為16000C左右,不及沖天爐,在使用增碳劑時,難以高度溶解分散,結晶時易形成片塊狀石墨;鐵液的過熱時間長達一小時,又有電磁攪拌,可作為共晶結晶的外來晶核因溶解、反應而大量減少。硫含量約0.03%,氧含量約0.002%,因為形核基底過少,鐵液的過冷度增大,在相同的碳當量下,比沖天爐高400~500C,鑄件的細薄處易出現白口,切削性能差;鑄件的收縮傾向大,厚壁部分易產生縮松、縮孔;采取通常的孕育手段作用不明顯,須采用大劑量、強效孕育劑及多次孕育。
由于冶金能力差,電爐對爐料的適應性遠不如沖天爐。必須使用潔凈無銹的爐料,配料的成分應滿足鐵液成分的要求,而不能期望通過熔煉達到鐵液的成分。用低碳爐料熔制高碳鑄鐵時,對增碳劑的性質和增碳量均有較嚴格的限制,因此爐料中廢鋼的比例也受到限制,沖天爐卻可全部用廢鋼作爐料熔煉高碳鑄鐵;感應爐配料中,原生鐵的比例不能高,原生鐵中的粗大石墨片在感應爐的溫度條件下,難于完全溶于鐵液,形成細小的石墨晶粒,在鐵液結晶時,作為結晶核心形成初生石墨。這些石墨呈塊片狀,對鑄鐵的力學性能有不良影響。通常感應爐原生鐵用量在10%左右,超過20%,鑄鐵的力學性能將難于保證。
生產球鐵和高牌號灰鑄鐵時,為避免產生遺傳性,感應爐比沖天爐對回爐料的比例的敏感性更大。
1. 設備投資
沖天爐熔煉系統的組成差別很大,以熔化率為10t/h為例,一套單班制常溫送風沖天爐及加料機價格約為30萬元,而一套外熱風無襯長齡爐售價約350萬元;不同熔煉性能、不同生產條件的沖天爐,售價也不同,為企業的合理選擇提供了更多、更適宜的可行性。
感應爐的冶金功能很小,因而不同結構的感應爐熔煉性能差別不大,價格的差別主要原因在品牌及質量,對生產條件的要求比較一致,因此不能根據產品和爐料狀況選擇爐子,只能按爐子的要求提供生產條件。一套熔煉用的10噸中頻感應爐,如果按一小時熔煉一爐,電力裝機容量需7000kVA,國產設備售價約250萬元;尚未計及電力增容的費用和增容的可能性。
與沖天爐配套的國產雙聯保溫用中頻感應爐功率800kW,售價約80萬元;功率2000kW的可在15分鐘內使鐵液升溫1000C,售價約100萬元。
2. 熔煉設備選擇
正確地選擇熔煉設備,對生產的綜合效益影響很大。我國是鑄件生產大國,但我國的鑄鐵熔煉設備很落后,小容量沖天爐的數量過多造成了高能耗、高材耗、高污染、低質量、低效益的局面。尤其近年來,焦炭和爐料價格的不適當上漲,環保要求的越來越嚴格,給本來就效益較低的中小企業的生存造成了相當大的困難。走包括改變鑄鐵熔煉方式在內的改革之路,提高效益、求得生存與發展的想法無疑是正確的,問題在于如何選擇鑄鐵熔煉方式。表1主要從生產技術方面比較了沖天爐和感應爐的特點,可供參考。生產技術與綜合效益是密切相關的,選擇設備的根本依據是設備用于生產的綜合效益。具體選擇時,應根據生產的實際情況和預期發展從影響綜合效益的各個方面分析計算,以得出最好的方案。
從生產能源利用率看,沖天爐的熱效率約40%~60%,感應爐約為60%,沖天爐低于感應爐,但從每噸鐵液消耗的資源性能源看,沖天爐卻比感應爐低得多。沖天爐的熱量損失包括煙氣帶走的物理熱和CO潛藏的化學熱、爐體散熱、爐渣和打爐殘料熱量等;感應爐的熱損失包括爐體和爐口散熱、冷卻水帶走的感應圈電阻熱等。對于這些損失熱量的回收,沖天爐比感應爐具有更充分的可行性和更大的效益,例如目前國內已成功應用的外熱風,長爐齡和煙氣余熱鍋爐技術,,已使損失的熱量大幅度減少,隨著大容量沖天爐數量的上升,我國鑄鐵熔煉的噸鐵液能耗將顯著下降,趕超世界先進水平的目標是能夠達到的。
(5)冶金性能及鐵液質量
沖天爐的冶金性能遠優于感應爐,這是公認的。沖天爐內由17000C以上的高溫和焦炭、熔渣、爐氣構成的冶金環境對鐵料和鐵液的成分變化發揮著積極的作用。通過工藝控制,可實現增碳增硅、大幅度減少合金元素的燒損、降低增硫率。尤其較大容量的外熱風長爐齡沖天爐,穩定和提高鐵液質量的能力更強。在沖天爐內,雖然鐵液的過熱時間僅僅幾分鐘,但由于鐵液呈液滴和細小的流股,有充足的表面積與焦炭、熔渣、爐氣接觸,實現充分的吸熱升溫和物質傳遞。鐵液過熱溫度可達16000C以上;出爐鐵液的硫含量可控制0.06%以下;鐵液和熔渣的流動性很好,有利于金屬氧化物從鐵液向渣中轉移;鐵液在爐內的過熱時間短,鐵液中有0.005%左右的氧和0.06%左右的硫,它們的高熔點化合物可作為形核基底,出爐后,鐵液中自生晶核較多,通過孕育處理細化晶粒的作用對于高牌號灰鑄鐵更顯著。
感應爐的最高溫度為16000C左右,不及沖天爐,在使用增碳劑時,難以高度溶解分散,結晶時易形成片塊狀石墨;鐵液的過熱時間長達一小時,又有電磁攪拌,可作為共晶結晶的外來晶核因溶解、反應而大量減少。硫含量約0.03%,氧含量約0.002%,因為形核基底過少,鐵液的過冷度增大,在相同的碳當量下,比沖天爐高400~500C,鑄件的細薄處易出現白口,切削性能差;鑄件的收縮傾向大,厚壁部分易產生縮松、縮孔;采取通常的孕育手段作用不明顯,須采用大劑量、強效孕育劑及多次孕育。
由于冶金能力差,電爐對爐料的適應性遠不如沖天爐。必須使用潔凈無銹的爐料,配料的成分應滿足鐵液成分的要求,而不能期望通過熔煉達到鐵液的成分。用低碳爐料熔制高碳鑄鐵時,對增碳劑的性質和增碳量均有較嚴格的限制,因此爐料中廢鋼的比例也受到限制,沖天爐卻可全部用廢鋼作爐料熔煉高碳鑄鐵;感應爐配料中,原生鐵的比例不能高,原生鐵中的粗大石墨片在感應爐的溫度條件下,難于完全溶于鐵液,形成細小的石墨晶粒,在鐵液結晶時,作為結晶核心形成初生石墨。這些石墨呈塊片狀,對鑄鐵的力學性能有不良影響。通常感應爐原生鐵用量在10%左右,超過20%,鑄鐵的力學性能將難于保證。
生產球鐵和高牌號灰鑄鐵時,為避免產生遺傳性,感應爐比沖天爐對回爐料的比例的敏感性更大。
1. 設備投資
沖天爐熔煉系統的組成差別很大,以熔化率為10t/h為例,一套單班制常溫送風沖天爐及加料機價格約為30萬元,而一套外熱風無襯長齡爐售價約350萬元;不同熔煉性能、不同生產條件的沖天爐,售價也不同,為企業的合理選擇提供了更多、更適宜的可行性。
感應爐的冶金功能很小,因而不同結構的感應爐熔煉性能差別不大,價格的差別主要原因在品牌及質量,對生產條件的要求比較一致,因此不能根據產品和爐料狀況選擇爐子,只能按爐子的要求提供生產條件。一套熔煉用的10噸中頻感應爐,如果按一小時熔煉一爐,電力裝機容量需7000kVA,國產設備售價約250萬元;尚未計及電力增容的費用和增容的可能性。
與沖天爐配套的國產雙聯保溫用中頻感應爐功率800kW,售價約80萬元;功率2000kW的可在15分鐘內使鐵液升溫1000C,售價約100萬元。
2. 熔煉設備選擇
正確地選擇熔煉設備,對生產的綜合效益影響很大。我國是鑄件生產大國,但我國的鑄鐵熔煉設備很落后,小容量沖天爐的數量過多造成了高能耗、高材耗、高污染、低質量、低效益的局面。尤其近年來,焦炭和爐料價格的不適當上漲,環保要求的越來越嚴格,給本來就效益較低的中小企業的生存造成了相當大的困難。走包括改變鑄鐵熔煉方式在內的改革之路,提高效益、求得生存與發展的想法無疑是正確的,問題在于如何選擇鑄鐵熔煉方式。表1主要從生產技術方面比較了沖天爐和感應爐的特點,可供參考。生產技術與綜合效益是密切相關的,選擇設備的根本依據是設備用于生產的綜合效益。具體選擇時,應根據生產的實際情況和預期發展從影響綜合效益的各個方面分析計算,以得出最好的方案。
熔煉方式 | 沖天爐熔煉 | 感應電爐熔煉 | 沖天爐-感應電爐雙聯 |
鑄鐵種類 | 灰鑄鐵;球墨鑄鐵;可鍛鑄鐵;某些中、低合金鑄鐵 | 合金鑄鐵;灰鑄鐵;球墨鑄鐵;可鍛鑄鐵 | 合金鑄鐵;灰鑄鐵;球墨鑄鐵;可鍛鑄鐵 |
對爐料要求 | 塊度適當;可使用不同比例的廢鋼、切屑、原生鐵、回爐料;配料中C、Si含量可與鐵液有較大差別;可使用渣鐵及部分球團;可不作凈化處理 | 塊度適當;不宜大量使用原生鐵及回爐料;配料的成分應與鐵液成分一致;應作凈化處理;不宜使用低質爐料 | 同沖天爐熔煉 |
產品批量 | 批量、大批量生產 | 中小批量 | 各種批量 |
生產規模 | 大規模 | 中小規模 | 大規模 |
生產方式 | 平行工作制、連續工作制、階段工作制 | 階段工作制 | 平行工作制、連續工作制、階段工作制 |
造型機械化程度 | 高 | 中低 | 高 |
電力供應量 | 較小 | 大 | 中等 |
操作技術要求 | 較高 | 不高 | 較高 |
設備容量 | 宜大 | 不宜大 | 宜大 |
鐵液質量 | 不同類型沖天爐,鐵液質量及其穩定性差別較大 | 鐵液質量不高,但穩定性易于控制 | 鐵液質量高,穩定性易于控制 |
國內外鑄鐵熔煉設備與技術的發展和大量生產實踐給我們提供了可以借鑒的經驗,沖天爐作為鑄鐵熔煉最主要基礎設備的地位至少在今后幾十年內不會改變,大容量、長爐齡、外熱風、智能化操作的沖天爐將隨著鑄造業的發展而不斷增加數量,以其低能耗、低材耗、低污染、高質量、高效益的優良性能在改變我國鑄鐵件生產落后面貌的過程中發揮關鍵的作用。在大批大量生產中,沖天爐—感應爐雙聯熔煉作為首選而應大力推廣。在電力、爐料等生產條件能滿足要求的前提下,中小規模生產附加值較高的鑄鐵件,采用感應爐熔化也是一種可行的選擇。