浅谈冲天炉和电炉熔炼

2024年铸铁的熔炼安全方法及其特点熔炼铸铁的方法依照所用的熔炉设备而分为冲天炉熔炼，感应电炉熔炼，电孤炉熔炼，反射炉熔炼，以及由某些方法的联合，如冲天炉一电孤炉、冲天炉一感应电炉双联法等。

1．冲天炉熔炼法（1）冲天炉构造冲天炉的基本构造示如图1。

炉身、风箱及烟道等用钢板焊成。

炉身内部通常砌以耐火砖层，以便抵御焦碳燃烧产生的高温作用。

为了储存铁液，多数冲天炉都配有前炉。

（2）冲天炉熔炼原理在熔炼过程中，炉身的下部装满焦碳，称为底焦。

在底焦的上面交替装有一批批的铁料（生铁、废钢、回炉料、铁合金等）、焦碳及熔剂（石灰石、萤石等）。

通过鼓风，使底焦强烈燃烧，产生的高温炉气沿炉身高度方向上升，使其上面一层铁料熔化。

（3）冲天炉熔炼的优缺点及其应用冲天炉是最普遍应用的铸铁熔炼设备。

它用焦炭作燃料，焦炭燃烧产生的热量直接用来熔化炉料和提高铁液温度，在能量消耗方面比电孤炉和其它熔炉节省。

而且设备比较简单，大小工厂皆可采用。

但冲天炉也存在一定的缺点，主要是由于铁液直接与焦炭接触，故在熔炼过程中会发生铁液增碳和增硫的过程。

采用了冲天炉一电孤炉双联熔炼法或冲天炉一感应电炉双联熔炼法，以充分利用冲天炉熔化效率较高、电孤炉和感应电炉对铁液过热能力强及化学成分控制容易的优点。

2．感应电炉熔炼（1）感应电炉构造及工作原理感应电炉是利用电流感应产生热量来加热和熔化铁料的熔炉。

炉子的构造分为有芯式和无芯式两种，在无芯式感应电炉中，坩埚内的铁料在交变磁场的作用下产生感应电流，并因此产生热量，而将其自身熔化和使铁液过程热。

在有芯式感应电炉中，需要加入用其它熔炉（如冲天炉）熔化的铁液，在环形铁芯内产生的交变磁场使沟槽内的铁液过程，并利用沟槽中铁液与其上面熔池中的铁液循环作用而加热全部铁液。

无芯式感应电炉具有熔化固体炉料的能力，而有芯感应电炉只能过热已熔化的铁液，但在过热铁液的电能消耗方面，则以有芯感应电炉更为节省。

1感应线圈2轭铁3耐火材料4铁液5熔渣（2）感应电炉熔炼的优缺点及其应用与冲天炉熔炼相比，感应电炉熔炼的优点是熔炼过程中不会有增碳和增硫现象，而且熔炼过程可以造渣覆盖铁液，在一定程度上能防止铁液中硅、锰及合金元素的氧化，并减少铁液从炉气中吸收气体，从而使铁液比较纯净。

摘 要： 冲天炉熔炼与感应 电炉熔炼的铸 铁材料在性 能上存在 着很 大的差异， 其主要原 因是 因为 两种熔 炼
设备的 工作原理 不 同， 以及 熔炼金 属炉料 的熔 炼方式不 同造成的 ， 本 文 旨在说 明冲天炉与电炉熔炼铁 水的结晶 核 心规 模、 形核 能力的差异和化 学成份对性 能的影响 ， 以及如何根据 电炉的熔炼特点得 到优质铁 水。
ｈ ｏ ｗ ｔ ｏ ｇ ｅ ｔ ｈ ｉ ｇ ｈ ｑ ｕ ｌｉ ａ ｔ ｙ ｍｏ ｌ ｔ ｅ ｎ ｉ ｒ ｏ ｎ ｆ ｒ ｏ ｍ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕ ｎａ ｒ ｃ ｅ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｃ ｕ ｐ ｏ ｌ ａ， ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕ ｎａ ｒ ｃ ｅ ， ｍｅ ｌ ｔ
ｃ ｙｓ ｒ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｏ ｆ ｇ ｒ ａ ｙ ｃ ａ ｓ ｔ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｌ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｕ ｐ ｏ ｌ ａ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕ ｎａ ｒ ｃ ｅ ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ
ＺＨＡＮＧ Ｓｈｏ ｕ－ｑ ｕａ ｎ， ｘＵ Ｇｕ ｏ－ｑ ｉ ａ ｎｇ， ＬＩ Ｎ Ｙ ａｎ－ ｒ ｕ （ Ｎｉ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ Ｇｏ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ ｎ ｇ Ｅｑ ｕ ｉ ｐｍｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ， Ｙｉ ｎ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｎｉ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ ７ ５ ０ ０ ２１ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
关键词 ： 冲天 炉 ； 感 应 电炉 ； 熔炼 中图分类号 ： Ｔ Ｇ ２ ３ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ４ — ６ ６ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ０ １ — ０ ３

比较 综上所述, 铸铁熔炼最为合理的方案是采用冲天 炉与感应炉双联的方法, 但所用的感应炉又有工频感 应炉与中频感应炉之分。 中频感应炉特点 ①功率密度大, 提温速度快, 节电; ②炉内铁水可以全部倒出, 启动不需要启炉块, 在 任何负载下均可平稳启动, 可以灵活改变不同铁水牌 号; ③不需庞大的补偿电容, 占地面积小; ④由于频率较高, 铁水搅拌强度小, 铁水吸气及 由此产生的缺陷少。 铁水升温受到来自电磁力的搅拌作用, 搅拌强度 P 〔2〕如下式:
【提要】双联熔炼已日益被广大铸造厂家所采用。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的优势, 如采用冲天炉一保温前炉双联, 一台4t h 的冲天炉熔化的铁液量 可相当于10t 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。
关键词: 冲天炉—感应电炉双联 中频感应炉 工频感应炉
铸铁熔炼是铸造生产中重要的环节, 当前铸造生 产中的废品约有50% 与熔炼有关。熔炼铁液的成本约 占铸件成本的25%～ 30%。可见, 熔炼方法的选和对铸 件质量和成本影响很大。
11国内外发展动态 国外的铸铁熔炼设备仍以冲天炉为主, 但冲天炉 数量在日益减少, 冲天炉与电炉双联熔炼不断增加。美 国汽车及铸管工业几乎全部采用双联熔炼工艺。日本、
1996年9月18日收到初稿; 1996年10月28日收到修改稿。
·44· © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
《铸造》199712
联后, 还带来一些其他因素的影响: ①冲天炉出铁温度降低150℃ (过热在前炉) , 炉

感应电炉熔炼特性及工艺操作要点1 电炉熔炼与冲天炉熔炼的差异分析随着我国铸造工业的发展，尤其是高强度灰铸铁、高端球墨铸铁、蠕量铸铁、特种铸铁生产技术的发展，采用电炉熔炼铸铁的趋势甚为迅速。

由于从冲天炉熔炼铸铁转变为电炉熔炼铸铁，两者在冶金与结晶特性方面有较大的差异，在铁液质量控制方面也需要采用相应不同的措施。

上世纪80年代，日本大量使用电炉熔炼的初期，在铸铁质量控制方面就曾出现不少问题，我国现在也遇到了同样的困扰。

1.1 电炉熔炼与冲天炉熔炼在冶金原理上的差异1）熔化与熔炼：感应电炉与冲天炉熔炼最大的不同点是：感应电炉是炉料“熔化”，没有铁液与焦炭、炉气、炉渣之间的冶金反应，冲天炉是又“熔”又“炼”。

前者元素烧损少、成分易控制，后者有氧化与还原的冶金过程，成分波动大、不易控制。

2）形核能力强与形核能力差：冲天炉熔炼有增C、增S的过程，对铁液的形核有利，因而十分有利于灰铸铁的生产；而电炉熔炼如不加增C剂，则铁液形核能力不足，白口与收缩倾向大，对力学性能与加工性能皆有负面的影响。

因此电熔炼要采用废钢+增C的工艺。

3）炉渣与炉料净化：因炉渣不能被感应加热，故炉渣温度低，且电炉有搅拌作用，炉渣不易上升，因此电炉熔炼对炉料净化要求要高于冲天炉。

4）炉料的遗传性：电炉铁液的过热温度不超过1550℃，低于冲天炉过热带的1700℃-1800℃。

故生铁中的石墨不能全部溶入铁液中，故电炉熔炼中的生铁中粗大石墨的遗传性大于冲天炉。

1.2 电炉熔炼与冲天炉熔炼在结晶特性上的差异1）电炉熔炼的铁液有“三大”：电炉熔炼与冲天炉熔炼相比，在结晶特性上有“三大”特征，即：过冷度大、白口深度大、收缩倾向大。

见图1-1、图1-2和图1-3。

2）电炉熔炼的铁液形核能力差：电炉铁液中无增S、增C过程，S含量一般为0.02%～0.04%，与 Mn生成的MnS数量少，而MnS是铁液中重要的结晶核心。

3）电炉熔炼铁液的时间长，结晶核心少：炉料从固态到熔化，电炉的熔化速度远高于冲天炉。

1) 冲天炉出来的铁水成分无法调节，温度难控制，浇铸成的铸件质量差， 成品率低，化学成分波动范围难以控制。在一般有炉衬热风冲天炉中，随着熔炼 时间的延长，炉衬的烧损，炉径将不断地扩大，如补焦不及时，量不准确，将造 成底焦顶面波动增大，不仅温度降低，铁水氧化烧损增加，同时增大了化学成分 的波动范围，要控制碳、硅的波动是比较困难的。
对于单一中频感应炉熔炼，由于炉料中不含焦炭、石灰石，同时加料后炉 料不再受外界冲击，因此，粉尘很少，配备除尘系统后，排放标准可达 10mg/m3 以下，亦无需要炉渣粒化处理，所以环保设备的投入大大减少，有利于环境保 护。同时也减少了操作管理及日常的维护保养工作量。 5 材料的品质分析 5．1 冲天炉
B=2800÷666.7×170000÷30÷（30000÷75%）=0.53 元/吨
原材料费用： C=（1÷（1-3%））×5300 元＋（1÷（1-3%））×1/7÷(1-5%)×4200 元 ＋（1÷（1-3%））×1/7×30%×160 元＋2%×3500 元=6187.29 /吨 运行费用： 冲天炉熔化： 15Kw×0.55 元+8 元=16.25 元/吨 人工费用: 通常熔炼工平均每人每月化为 180 吨铁液 人工费用：45000÷12÷（180×75%）=27.78 元/吨 环保治理费用视具体情况考虑。 以上费用合计：6247.27 元/吨铁水 单一中频感应炉熔炼时，每吨铁水的运行成本为： 设备折旧费： A=（15200000+300000）元÷12÷（30000÷75%）=32.29 元/吨 占地面积分摊： B=2100÷666.7×170000 元÷30÷（30000÷75%）=0.45 元/吨 原材料费用： C=5300 元÷（1-2%）=5408.16 元/吨 运行费用： 电炉熔化：D=600×0.55+18+15=473 元/吨 人工费用: 通常熔炼工平均每人每月化为 450 吨铁液 人工费为 45000÷12÷（450×75%）=11.11 元/吨 以上合计：5925.01 元/吨铁水 分析比较结果：两种熔炼方法的综合运行成本相差为 322.26 元/吨铁水，如 果考虑到环保费用等因素，两种熔炼方式的运行成本相比，电炉熔化比冲天炉 熔化便宜的多。 4 环保分析 环境保护已成为我国的基本国策。

ｓ ｌ ｔ ｎｏ ｅｄ ｖｃ ｓｉ ｔｅｐｏｅ ｔ ｌｎ ｅｅ ｉ ｆ ｈ ｅ ｉｅ ｊｃ ａ ． ｃｏ ｔ ｎｈ ｒ ｐ
Ｋ ｙ ｒ ｓ Ｃｕ ｏａ，Ｅｅ ｔｉ ａ ｅ ｅ ｗｏ ｄ ： ｐ ｌ ｌｃ ｒ ｆ ｒ ｃ ｃ ｕｎ
铸造 作 为传统 的成 型工艺 ， 年来 在造 型 、 近 制芯 、
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浅谈冲天炉和 电炉熔炼
Ａｂｏ ｔＳ ｅｔｎ ｔ Ｃｕｐ ｌ ｎ Ｅｌｃ ｒ ｃＦｕｒ ｃ ｕ ｍ ｌｉ ｇ ｗｉｈ ｏ ａ ａ ｄ ｅ ｔｉ ｎａ ｅ 刘小 龙 （ 工 业部 第 四设计 研 究 院 ， 机械 河南 洛 阳 ４ １ ３ ） ７ ０ ９ 崔 瑞奇 （ 南铸造 锻 压机 械研 究所 ， 南市 ２ ０ ２ 济 济 ５ ０ ２） 摘要 ： 工艺性 、 从 投资 、 环保 等方 面 介绍 了 中天炉 和 电炉熔 炼 的 区别 ， 出了工 程设 计 中选 用这些 设备 的 一 提
好， 易造成 环 境污染 ；
的焦 点 ， 此 ， 在 笔者 不敢 妄加 定论 ， 两种 熔炼 方 法生 但
产 的铸件 ， 材料 的 品质 、 工性 能 、 冲击性 和 韧性 在 加 抗
方 面确实 略有 差异 ， 国内外 两种 熔炼 方式 都有 。
１ 与 电 炉 相 比 。 天 炉 熔 炼 的 特 点 冲
备， 显得 越来 越 重要 了 ， 为此 ， 在新 建铸 造项 目的可 行 性 研究 报告 中 ，往往 要 对熔 化设 备 的选 用 加 以论证 ，
但冲 天炉 和 电炉熔炼 那 种方 式更 好 ， 历来 是大 家 争论
姆铁 液通 过 高 温 焦炭 层 时 ， 净 化 作用 ， 有 可提 供 优 质 的铁液 ； 谚铁 液 品质稳定 ， 特别是 对 高牌号 的铸 件 ； 谗熔炼 过 程排 放大 量 的灰尘 和废气 ， 如果处 理 不

冲天炉熔炼操作工艺介绍
演讲人
目录
01. 冲天炉熔炼原理 02. 冲天炉熔炼操作 03. 冲天炉熔炼安全与环保
冲天炉熔炼原理
熔炼过程
01
装料：将炉料装入冲 天炉内，包括铁料、 焦炭、熔剂等
05
脱磷：铁水中的磷元 素在高温下与氧化钙 反应，生成磷石灰， 降低铁水中的磷含量
02
预热：将炉料预热至 一定温度，使炉料中 的水分蒸发，提高炉 料的透气性
原料称量：按
3
照熔炼配方称
量原料
原料混合：将各 4 种原料混合均匀， 确保熔炼效果
熔炼过程控制
温度控制：根据不同金属的熔点，控制炉
01
温在合适的范围内
气氛控制：通过调整炉内气氛，保证金属 02 的纯度和质量
熔炼时间控制：根据金属的熔化速度和熔 03 炼要求，控制熔炼时间
炉料配比控制：根据金属的熔炼要求和炉
事故处理与预防
操作人员必须 定期对设备进 制定应急预案，
经过专业培训， 行检查和维护， 提高事故处理 具备相应的操 确保设备安全 能力 作技能和经验 可靠
01
03
05
02
严格遵守操作 规程，避免违 规操作
04
配备必要的安 全防护设备， 如灭火器、防 毒面具等
06
加强环保意识， 减少废气、废 水、废渣等污 染物排放
01 冲天炉熔炼是一种利用高温和氧化还原反应进 行金属熔炼的方法。
02 反应过程中，燃料燃烧产生高温，使金属氧化物 和碳发生氧化还原反应，生成金属和二氧化碳。
03 反应过程中，金属氧化物被还原，碳被氧化， 产生大量的热能，使金属熔化。
04 反应过程中，金属和熔渣分离，形成金属液和 熔渣，分别排出。

所增 加 。 冲 天 炉和 感应 电炉 熔炼 的机 理不 同 ， 能 差别 性
宋 强 王 录才 ２张 ， ， 明，
（． 斯 大 学 ， １ 佳木 黑龙 江 佳木 斯 １４ ０ ；． ５ ０ ０２太原科技 大 学 ， 山西 太原 ３威 海科 兴铸造 机械 有 限公 司 ， ． 山东 威 海 ２４０ ） ６２ ０
００ ２ ； ３０４
摘 要： 冲天炉和 中频 感应 电炉作 为铸铁 熔炼设备 ， 由于其性能特 点不同， 适应的生产条件也 不同。 据生产 根 条件合理选择熔炼设备 ， 是提 高铸铁 熔炼技 术经济效 益的必要条件 。 本文从熔炼特点、 设备投 资等方 面论述 了冲 天 炉和 中频 电炉对生产条件的适应性 ， 出了熔炼设备选择 的建议 。 提
形 成 了 以大 容 量 、 炉 龄 、 热 风 冲天 炉 为 主 体 的 长 外 铸 铁熔 炼 体 系 ， 我 国 冲天 炉容 量 小 、 龄 短 、 温 而 炉 常 送 风 的现 状 还很 普 遍 。近年 来 ， 国的 冲天 炉 熔炼 我
术、 集成控制 、 循环冷却 技术等诸多方面都取得 了 令人瞩 目的进步。采用感应炉熔化和保温的厂家有
２ １ 年第 ５期 ０１ ２１ 年 １ ０１ Ｏ月
・
铸 造
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备
与
工
艺
Ｏ ｔ ０ Ｎ ５ ｃ． １ ｏ ２ １
Ｆ Ｕ Ｄ Ｙ Ｅ Ｕ Ｐ Ｎ Ｎ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ Ｏ Ｎ Ｒ Ｑ ＩＭＥ ＴＡ ＤＴ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ
铸造 设 备 ・
冲天炉 与感应 电炉熔炼 的对 比分 析
关键词 ： 天炉 ； 冲 感应 电 炉 ； 炼 设 备 熔
中图分 类号 ：Ｇ ３ Ｔ ２２

工业炉在铸造车间，有熔炼金属的冲天炉、感应炉、电阻炉、电弧炉、真空炉、平炉、坩埚炉等下面介绍一下各种炉子的特点及应用。

一、冲天炉冲天炉，是铸造生产中熔化铸铁的重要设备，将铸铁块熔化成铁水后浇注到砂型中待冷却后开箱而得到铸件。

冲天炉是一种竖式圆筒形熔炼炉，分为前炉和后炉。

前炉又分为出铁口，出渣口，炉盖前炉缸和过桥。

后炉又分为三个部分，顶炉，腰炉和炉缸。

腰炉与热风围管分开，修炉之后合上，用泥巴密封。

顶炉上是热交换器。

主要用于铸铁件生产，也用以配合转炉炼钢，因炉顶开口向上，故称冲天炉。

简介一种竖式圆筒形熔炼铸铁的铸造设备。

主要用于铸铁件生产，也用以配合转炉炼钢，有时还用来化铜，因炉顶开口向上，故称冲天炉。

工作过程冲天炉的工作过程：先将一定量的装入炉内作为底焦，它的高度一般在一米以上。

点火后，将底焦加至规定高度，从风口至底焦的顶面为底焦高度。

然后按炉子的熔化率将配好的石灰石、金属炉料和层焦按次序分批地从加料口加入。

在整个开炉过程中保持炉料顶面在加料口下沿。

经风口鼓入炉内的空气同底焦发生燃烧反应，生成的高温炉气向上流动，对炉料加热，并使底焦顶面上的第一批金属炉料熔化。

熔化后的铁滴在下落到炉缸的过程中，被高温炉气和炽热的焦炭进一步加热，这一过程称为过热。

随着底焦的烧失和金属炉料的熔化，料层逐渐下降。

每批炉料熔化后，燃料由外加的层焦补充，使底焦高度基本上保持不变，整个熔化过程连续进行。

应用领域：冲天炉主要应用于钢铁、冶金、矿山等行业。

炉料中的石灰石在高温炉气的作用下分解成石灰和二氧化碳。

石灰是碱性氧化物，它能和焦炭中的灰分和炉料中的杂质、金属氧化物等酸性物质结合成熔点较低的炉渣。

熔化的炉渣也下落到炉缸，并浮在铁水上。

在冲天炉内，同时进行着底焦的燃烧、热量的传递和冶金反应 3个重要过程。

根据物理、化学反应的不同，冲天炉以燃烧区为核心，自上而下分为：预热带、熔化带、还原带、氧化带和炉缸等 5个区域。

由于炉气、焦炭和炉渣的作用，熔化后的金属成分也发生一定的变化。

焦 的加 入量 ；反 之 ，如 果铁 液温 度 偏 低 ，熔 化 速率 太 快 ，就需适 当增 加层 焦 的加 入 量 ，否 则 就可 能导 致 氧
化 。此外 ，还需对放渣 口火苗 的颜色及渣子 的颜色进 行
下 面对冲天炉熔炼谈一些粗 浅的认识 和看法 。
１ 确保熔炼的正常进行 ．
在冲天炉熔炼 过程中 ，主要是通 过焦炭 和风量提 供 热量 来源 ，故 “ 风焦配 合” 是冲天炉熔炼 的一个基本 性 问题 。所谓 “ 风焦 配合 ” 就是指 熔炼 过程中风机 的风量 与焦 比的一种定量 关系。我们在 购进 一座 冲天炉 时 ，首 先要 对其 选 型。在选 型时 就 要确 定 其熔 化 率 、送 风 结 构 、送风系统 、炉 体本 身的结构及 几何尺 寸。再有就 是 熔炼过程 中的焦比 ，从 成本 方面考 虑 ，焦 比是 一个很 重 要的参数。在这些技术参数都确 定后 ，我们 就可 以通 过 熔化率和焦 比值来计算 风机 的风量。对于计算 出的风量 还需进行送风强度的校验 ，然后 以确定的风 量对风 机进
以 “ 风焦配合” 为原则 ， 展开实际操作。风机 的风量 来
一
般来说不会有大的变化 ，为 了保证 冲天 炉熔 炼 的正常
进行 ，进一步达到所要求 的熔 化率及 熔化效 果 ，就必须 根据批料 的加入量和焦 比值来 掌握层 焦的加入 量。在此 基础上对造渣剂 （ 石灰石 ）的加入量也应有 所控制 。但 冲天炉的熔炼是一个动态变 化过程 ，炉膛 会随着 熔化 的 进行而不断扩大 ，为 了维持 相对的底 焦高度 ，层 焦的加 入量也应相应地略有增加 。 由于 冲天炉 内的变化较 复杂 ，在 实际生产 中 ，如果
为 了避免混料 ，在实际操作过 程 中 ，应注意 以下 几

Ｄ ＯＩ ：１ ０３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ４ ． ２ １ ． ０ ２ １
．
冲天炉 一电炉双联熔炼和 中频感应电炉熔炼对比分析
针 对铸 铁生 产 ， 主 要从 铁液 质量 、 工 艺性能 、 能 源利 用 、 环保 、设备投资等几个方面 ，详细对比分析 了冲天炉 一电
工 程 技 术 推 广
碳和增硅元素 ，减少合金元素的烧损 。大容量外热风长炉 龄 的冲天炉 ，其稳定性非常强 ，大大提高 了铁液的质量。 冲天炉内铁液会有过热现象，虽然只有短短的几分钟 ，但 是高温的铁液会有细小的股流和铁液滴，在与炉气、炉渣 和焦炭的接触中增大了表面积 ，能充分吸收热能。冲天炉 中炉渣和铁液有有流动性 ，这可以使金属氧化物转移到炉
优 点比较 明显 。 （ ３ ）冲 天 炉 的 费 用 低 廉 。但 是 除 尘 净 化 的 设 备 高 ，
电 炉 熔 炼 的 缺 点 （ １ ）电炉熔炼相 比冲天炉更容易产生 白Ｉ ｑ，容 易产 生过 冷石 墨 ，这样 会使 铸件 的硬 度和 强 度增大 。 （ ２ ）电炉相比冲天炉效率比较低。
渣 中；铁液 的 过热 温度 往往 在 １ ６ ０ ０ ￣ Ｃ 以 上 ，出炉 铁液 可 以
冲 天炉 和 电炉 的 污 染排 放物 都 有 灰尘 和 有害 气 体 ，不 同的是 冲天 炉 的灰 尘 中大颗 粒 的 比例 很大 ，其 中主要 是 焦 炭 颗粒 ，而 电炉烟 尘 为 氧化 物微 细 颗粒 ，冲天 炉 烟气 排 放 量 多 。 电炉 有较 强 的电磁 污染 。 。
能 源利 用方 面 冲 天 炉 以 焦炭 为 燃 料 ，每 吨 铁 液 的 焦 炭 （ 固 定 碳 质 量分数 ８ ５ ％）消耗 量在 １ ０ ０ ｋ ｇ左右 ，完全 燃烧发 热量为 ２ ８ ９ ６ ＭＪ 。冲 天 炉 以 电 为 能 源 ，每 吨 铁 液 耗 电 能 ２ １ ６ ０ ＭＪ （ ６ ０ ０ ｋ Ｗｈ）左 右 。我 公 司采 用 应 达 ｌ Ｏ ｔ 中频 感应 电 炉 ，

冲天炉熔炼的铁水与中频炉熔炼的铁水有何不同[来源：球墨铸铁][作者：江苏翔龙铸造] [日期：09-08-10] [热度：111]电炉熔炼的灰铁，在成分相同情况下，应该电炉的强度高，实际上恰恰相反！相同的材料，成分，相同的工艺和炉前处理，孕育措施等，还是冲天炉的强度高些。

主要原因有以下：1，冲天炉熔炼中，可以将生铁中的有害微量元素，氧化烧损掉一部分，而电炉熔炼，因为其烧损较少，有害微量元素保留较多。

影响因素最大的是钛，铅等。

这时如果我们检测两种熔炼方法的铁水，成分相同，但是微量元素含量不同，比如钛的含量，电炉的较高，在0.04-0.05%以上，而冲天炉的钛含量较低，有可能在0.02-0.03%以下。

当然，这是在生铁质量情况较好时的结果，如果生铁钛含量非常高，冲天炉熔炼后，烧损后的残留还很高，那么冲天炉的铁水强度也不会高的。

2，冲天炉熔炼固体炉料从熔化带之上，到变成液体，流入前路、炉，只有几分钟时间，并且金属液体滴下落时，一直在和炽热的高温焦炭接触，增碳，增加结晶核心，而电炉熔炼从固体炉料变成一炉液体金属，最快也要1个小时，前期熔化的铁液又和新加入的固体料传导热量，加速熔化，外来石墨核心较少，铁水高温下，大的石墨核心逐渐变小，或者化合，或者烧损，铁水的过冷度增加，白口化严重，晶粒也同时细化，树枝晶较多。

两者的冶金质量完全不一样！！！3现在谈灰铁。

国内近几年对高牌号灰铁研究较多，由于相同五元素化学成分，对冲天炉和感应电炉熔炼的灰铁机性完全不同，引起铸造人去探究原因，现在已经普遍认识到是钛，铅等有害元素的影响。

在灰铁中，氮的含量越高，其强度越高，超出0.012%后容易出现气孔缺陷，而铁水中的钛，在高温时化合了氮，生成氮化钛，将强化基体的氮消耗，使电炉生产的铁水强度比冲天炉低。

钛在国内生铁中含量较高，一般大于0.07%以上，能在0.05%以下的，是好的生铁了。

冲天炉熔炼，由于其鼓风燃烧的强氧化性，使生铁中的钛烧损很多，而在电炉里，由于氧化烧损小，保留了生铁中的钛，从而影响电炉铁水的氮含量，使其强度降低。

灰铁熔炼从冲天炉转变成电炉的问题和学习认识1980年开始从事铸铁熔炼后，逐步熟悉了铸铁冲天炉和电炉熔炼的一些基本操作，但是真正认识到其中存在的问题，是在2006年，在山东烟台某上市公司，建设新的铸造工厂，开始试生产后。

该工厂，在老厂以冲天炉熔炼，常年生产机床卡盘，材质是灰铁300，为环球牌卡盘配套盘体铸件，同时生产日本牧野数控加工中心的床身，立柱等等机床铸件，也是灰铁300牌号。

由于这些铸件配套的成品质量要求严格，铸造工厂对冲天炉熔炼的各种操作，原材料等等要求很严格，曾经得到国内冲天炉熔炼专家学者指导，灰铁300材质，一直比较稳定，得到国内外客户的好评。

新厂熔炼设备是应达电炉，按老厂工艺，成分配料熔炼，生产同样铸件。

一。

问题的出现：2006年下半年，烟台铸造工厂新建铸造新厂，开始调试生产，使用3吨美国应达电炉，德国FAT树脂砂设备，美国热电的瑞士ARL4460光谱仪等设备开始生产牧野机床铸件。

老厂依然在使用冲天炉和树脂砂设备生产同样铸件。

生铁，废钢孕育剂等材料，完全相同，特别是生铁，使用威海乳山的“诸往生铁”，号称胶东地区的本溪生铁。

两处熔炼设备，新厂是电炉，老厂是冲天炉，大家控制灰铁300牌号铁水的碳硅量基本一样，电炉铁水增加硫化铁，提高硫含量。

但是得到的机械性能却有差别，即电炉按冲天炉碳硅含量控制，配料的铁水，强度，硬度总是不及冲天炉的强度硬度好，抗拉强度一般差30-20MPa，铸件导轨面硬度要求，粗加工后在180HB，一般差10-20HB。

初期，大家分析原因，总以为两种熔炼设备，孕育效果不同，冲天炉出铁槽很长，出炉时孕育剂在除铁槽里缓慢加入，孕育效果好，而电炉除铁槽很短，不可能像冲天炉那样的孕育效果。

于是，加长了电炉出铁槽和添加孕育剂的平台，但是强度硬度依然不及冲天炉，最终没有办法只好把电炉铁水的碳量从3.0-3.1%降低到2.85-2.95%，硅含量保持不变，1。

6-1.8%，这样才能勉强满足铸件强度硬度要求。

冲天炉与感应电炉熔炼区别分析1.引言：铸铁件生产的发展过程已经充分证明，正确选择熔炼设备具有重大的意义。

冲天炉作为铸铁熔炼的首要设备延续到今天，仍然担负着70%左右铸铁件的熔炼任务。

冲天炉技术紧跟机械制造业的发展，以节能降耗、优质高效、安全环保为目标取得了很大的进步。

在工业发达国家，已经形成了以大容量、长炉龄、外热风冲天炉为主体的铸铁熔炼体系，而我国冲天炉容量小、炉龄短、常温送风的现状还很普遍。

近年来，我国的冲天炉容炼已开始走上大容量、长炉龄、外热风的发展之路，适应我国生产条件的、具有自主知识产权的长炉龄、外热风冲天炉正在满足铸造生产发展的需要。

国家三部委对外热风冲天炉的推荐，指明了我国冲天炉发展的方向。

我国的冲天炉熔炼正以较快的步伐向节能降耗、优质高效、安全环保的目标迈进。

感应电炉作为熔炼设备在铸铁熔炼和双联熔炼中已有几十年的历史，我国制造和应用工频炉和中频炉也有了丰富的经验，在电源结构、变频技术、集成控制、循环冷却技术等诸多方面都取得了令人瞩目的进步。

采用感应炉熔炼和保温的厂家越来越多。

冲天炉和感应电炉熔炼的机理不同，性能差别较大，因而对生产的适应性也不同。

铸铁件的种类（牌号、产量、机械加工要求等）和生产方式、炉料的种类和状态，以及熔炼操作的水平和生产管理水平都会对熔炼设备的性能提出各自不同的要求。

只有熔炼设备的性能特点与生产条件协调一致，才能实现优质高效、节能降耗、安全环保的生产过程，才能达到技术经济的高指标。

在铸铁熔炼中，采用冲天炉还是采用感应炉？怎样选择冲天炉和感应炉？只有在了解冲天炉和感应炉的熔炼特点之后才能作出正确的决定。

2.熔炼特点（1）工艺性能：1）冲天炉和感应炉的生产能力及对产量的适应性不同。

目前冲天炉的熔化率从1t/h到100t/h都在应用，如果生产需要，也可小于1t/h和大于100t/h。

任何一种规格的冲天炉，其熔化率都可在相应范围内调整而不影响其正常熔炼，调整幅度达增减10%~20%。

倒包孕育。
长 时 间保 温 和 过 热 会对 铁 液 冶 金 质 量产 生 一定
（ ）为避 免感应 电炉长时 间保温和过热对铁 ３
液 质量 的影 响 ，应 加 强 各级 孕 育 ，增 加 品核 数量 ， 改善 铸 件 的组 织 ，提 高 铸 件性 能 。 （ ） 冲 天 炉 一感 应 电 炉双 联 熔 炼 中 ， 必 须选 ４ 择 适 宜 的 过 热 时 间 ，而 过 高 的 温 度 和 长 时 间的 保 温 ，不 仅 会 对 炉衬 产 生 很 大 的侵 蚀 ，而且 极 易造 成
与实 际 反应 温 度 的 关 系 。
２ 冲天 炉 一感应 电炉双联熔 炼铁液温 度 ．
长期 的生产实践和试验研究证 实 ，足够高的铁
参 … 热 磊 处
荔 ２ ： １
宛
～
碳硅含 量 （ 质量分数 ）与 、 的关 系
序 号
ｌ ２ ３ ４
３ 双联熔 炼 中保温对铁液 的影响 ．
铁 液 采 用 孕 育处 理就 不可 或 缺 。 孕 育处 理 不 仅 可提
高铸件的力学性能 ，改善铸件的断面敏感性 ，还能
提 高 铸 件 的切 削加 工 性 能 。 我 公 司 生 产 中 主 要 采 用 下 列 三 种 孕 育 处 理 方 式 ：炉 前孕 育 ；浇注 随 流 孕 育 装 置孕 育 ；球 墨 铸 铁
冲天炉 一感应电炉双联熔炼技术
的应用与研究
中国一拖集 团有 限公 司工 艺材料研 究所 （ 南洛 阳 河 郭亚 辉 程 俊伟 李 红玲 包 晟 ４ １０ ） ７ ０ ４
【 摘要 】冲天炉 一感应 电炉双联熔炼是铸铁 件
大批 量 生产 中被 广 泛应 用的技 术 。主 要 阐述 了双 联熔

（ ） 排 大间距 冲天 炉 １两 大 排距 冲天 炉 应 用 排 距 较 大 的 两 排 风 口送 风
早在 １２ ７ ２年就 开 始 采 倾 转式 冲 天 炉 ， 是 ， 但 近 代 冲天 炉 的 出现 则 是 在 １５ ８８年 ， 就 是 Ｊ Ｉ ｌ ｄ 这 ．ｒ ａ ｅｎ 式 冲天 炉 。１６ 美 国人 Ｆ Ｍ． ｏｔ Ｐ Ｈ． ｏｔ ８ ７年 ． Ｒｏ和 ． Ｒ 合作 发 明了罗 茨鼓 风 机 ， 就为 近 代 冲天 炉 熔 炼 铸 这 铁 奠定 了基 础 。至 １７ ８ ０年 ， 在汉 诺 威 城 出 现 了 Ｈ． Ｋｒ ａ 式 带 有前 炉 的 冲 天 炉 。从 此 ， ｉｒ ｇ 冲天 炉 一 直 是 世 界各 国熔 炼铸铁 的 主要设 备 。至今 用 冲天 炉熔 炼
质量差会引起早磨 、 断台、 拉缸、 下窜气 、 功率下降等 不 良状况 的发生 ， 导致气缸套 使用寿命短等缺 陷。
气缸 套在 工作 中受 到热 冲击 和 热疲 劳 的作 用 ， 而 因
率和低成本的同时 ， 改进 了工艺并提高了铁水质量 ， 又能 满足环 保 的要 求 。至 今 ， 界 各 国仍 采 用 冲天 世
下 。我 国冲天炉 设 备 属 于 中小 型 的 ， 国外 冲天 炉 与 大型化 、 续 长 时 间 生 产 发 展 相 比 ， 有 一定 的 差 连 还
距。
且不断改进发动机气缸套的熔炼技术和材质性能 。
２ 铸铁 熔 炼
２ １ 冲天炉 熔炼 ．
近１ ０多年 来 ， 冲天 炉技 术 发展 的特 点 如下 ：
仍 占主导地 位 。
后 ， 焦燃 烧形 成 两 个 独 立 的 燃 烧 带 。第 一 排 风 口 底
送风使底焦燃烧形成第一燃烧带 ， 第二排风 口送风 使底焦燃烧形成第 二燃烧 带。在每一个燃烧带 中，

浅谈冲天炉和电炉熔炼About Smelting with Cupola and Electric Furnace铸造作为传统的成型工艺，近年来在造型、制芯、砂处理、熔化等方面得到不断的改进，由于熔化工艺关系到铸件材质、浇注成型率、运行成本等方面，特别是全球关注环境保护的今天，选用什么样的熔化设备，显得越来越重要了，为此，在新建铸造项目的可行性研究报告中，往往要对熔化设备的选用加以论证，但冲天炉和电炉熔炼那种方式更好，历来是大家争论的焦点，在此，笔者不敢妄加定论，但两种熔炼方法生产的铸件，在材料的品质、加工性能、抗冲击性和韧性方面确实略有差异，国内外两种熔炼方式都有。

1.与电炉相比，冲天炉熔炼的特点●可连续出铁液；●适合于各种批量和规模的生产需要；●设备费用低；●占地面积少；●铁液通过高温焦炭层时，有净化作用，可提供优质的铁液；●铁液品质稳定，特别是对高牌号的铸件；●熔炼过程排放大量的灰尘和废气，如果处理不好，易造成环境污染；●铁液吸收焦炭中的硫，对生产球墨铸铁不利；●铁液的化学成分和温度波动较大，且供应量不易改变；●货物运输量较大。

2.投资比较表1是国内三家近期建设的铸造项目熔化工部设备投资比较。

表1国内三家近期建设的铸造项目熔化工部设备投资比较％，但是其占地面积及土建工程费用则要高出30％左右。

3.运行成本分析以年产3万t铸铁件的某专业铸造厂为例，按两班制作业，计算依据如下：冲天炉焦铁比为1：7，焦炭价为1800元/t；石灰石占焦炭比例30％，石灰石80元/t；脱硫剂占铁液含量2％，脱硫剂800元/t；冲天炉熔化时铁损3％，生铁价2000元/t；双联熔炼时，每吨铁液升温100℃，保温至浇注时耗电量为40kW·h；当地电价为0.5元／（kW·h）；单一中频感应炉熔炼时，每吨铁液加热到浇注温度，用电量为550 kW·h；铁损1％，基本电费60元/t铁液；工人年薪及福利均按3.5万元／人；设备及厂房折旧年限12年，在此基础上，分析计算每吨铁液的运行成本为：冲天炉+中颇感应炉：406元/t铁液；单一中频感应炉熔炼：413元/t铁液。