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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。
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。
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。
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。
分析比较结果：两种熔炼方法的运行成本相差仅7元/t铁液，如果考虑到焦炭价格还有上涨空间，昼夜用电可分时计价等因素，则此两种熔炼方式的运行成本基本相当。
以上费用还没有计算废渣的处理费用，冲天炉的废渣量远大于感应电炉。
4.环保分析
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
程中会产生大量的 CO、CO
2、SO
2
气体和粉尘，如果直接排放，将造成大气的严重污染，同时，为
了炉渣粒化，通常还会有废水需要排放，随着人类环保意识的逐渐增强和环保法规的不断健全，要满足达标排放，必须设置昂贵的冷却及除尘装置，处理后的废气浓度可控制在50mg／m3以下。
另外，由于冲天炉结构的特点，打炉后一段时间内，加料口处温度通常可达800－900℃，影响操作环境和建筑安全。
冲天炉的热效率比较低，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％左右。
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.结语
通过以上分析比较，在投资、运行成本、炉料的适应性等方面，冲天炉具有一定的优势，但在环境保护、铁液成分调整、生产组织等方面，电炉熔炼更有特点。
笔者认为：在电力条件允许、铁液材质满足工艺要求和铸件性能的前提下，熔化设备应优先选用电炉熔炼。
但必须注意，由于熔炼方式不同，冶金条件不同，使用电炉熔炼时要将传统的冲天炉熔炼工艺作相应的变动，并制订新的熔炼工艺。
同时，必须注意由于铁液在高温下长期保温，造成结晶核心的减少，会引起过冷度增加，铸件白口倾向增大，特别是对灰铁铸件。
对于一个新的铸造项目，虽然产品相同，但可能由于厂址不同，分析选用的熔化设备不同；同样一个铸造厂，可能由于生产的产品不同，分析选用的熔化设备不同；同一个铸造厂，不同的时期选用的熔化设备也可能不同。
总之，一个铸造厂究竟选用什么样的熔化设备，必须用发展的眼光进行分析，要视具体情况而定，冲天炉和熔化电炉的优缺点也会随着技术的不断发展而改变。
