鑄造熔煉的節(jié)能和減排

鑄造熔煉的節(jié)能和減排一、鑄鐵熔煉的發(fā)展方向2第2頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

1、鑄鐵熔煉設(shè)備介紹

1）沖天爐是目前鑄鐵熔煉的主要設(shè)備；

2）鑄鐵熔煉中感應(yīng)電爐的應(yīng)用起來越廣泛；

3）沖天爐-感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉鑄鐵。3第3頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

2、鑄鐵熔煉的基本要求1)鐵液質(zhì)量高—鐵液溫度高，鐵液化學(xué)成分合格且穩(wěn)定，氧化物夾雜物和氣體少；2)熔化速度快—在同一時(shí)間、同一爐型、同一大小的爐子內(nèi)熔煉出盡可能多的優(yōu)質(zhì)鐵液；3)環(huán)境污染少—熔煉優(yōu)質(zhì)鐵液以減少廢品，省電省焦以節(jié)省能源，除塵凈化以減少排污；4第4頁,共64頁，2024年2月25日，星期天4)氧化燒損低—熔煉過程中盡能降低鐵液成分中鐵、硅、錳等元素的燒損以保證鐵液質(zhì)量，降低金屬爐料和合金的用量，節(jié)約資源和能耗；5)爐襯壽命長—提高生產(chǎn)效率，節(jié)能降耗；6)操作條件好—降低勞動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境。5第5頁,共64頁，2024年2月25日，星期天3、鑄鐵熔煉中的節(jié)能降耗、減排防污的主要措施：1）使用鑄造焦；2）推廣節(jié)能風(fēng)機(jī)；3）采用兩排大間距沖天爐和水冷長爐齡沖天爐；4）安裝消煙除塵裝置；5）應(yīng)用感應(yīng)電爐和沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉鑄鐵；6）使用優(yōu)質(zhì)修爐材料；等等。6第6頁,共64頁，2024年2月25日，星期天二、鑄鐵熔煉的優(yōu)質(zhì)高效與環(huán)境保護(hù)

7第7頁,共64頁，2024年2月25日，星期天1、沖天爐的工作原理

焦炭燃燒放出熱量→金屬爐料受熱后加熱熔化和過熱→傳熱和熔化過程中伴隨的化學(xué)反應(yīng)。8第8頁,共64頁，2024年2月25日，星期天圖5-1沖天爐主要結(jié)構(gòu)簡圖

1-除塵器2-煙囪3-送風(fēng)系統(tǒng)

4-前爐5-出渣口6-出鐵口

7-支柱8-爐底板9-加料口9第9頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共64頁，2024年2月25日，星期天2、優(yōu)質(zhì)鑄造焦是熔煉優(yōu)質(zhì)鐵液的首要條件11第11頁,共64頁，2024年2月25日，星期天1）有關(guān)鑄造焦的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)述12第12頁,共64頁，2024年2月25日，星期天表12-1鑄造化鐵爐用焦（JB/Z71-64）指標(biāo)名稱焦炭級(jí)別ZJ-1ZJ-2ZJ-31.濕度（%）不大于4.04.04.02.灰分(%)平均含量81010121416極限含量3.含硫量平均含量0.450.60.81.01.01.2極限含量4.揮發(fā)分不大于1.51.51.55.機(jī)械強(qiáng)度（公斤）

平均值310280310280310280(焦炭在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)殘留量)

極限值6.焦粉含量；粒度<50毫米(%)極限值4447.焦炭氣孔率(%)不大于35424513第13頁,共64頁，2024年2月25日，星期天表8-5鑄造用焦炭規(guī)格(GB8729-88)指標(biāo)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）特級(jí)一級(jí)二級(jí)水分≤5.05.05.0灰分≤8.08.01~1010.01~12揮發(fā)物≤1.501.501.50硫分≤0.600.800.80轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度M40≤85.081.077.0塊度/mm1類>802類60~803類>60顯氣孔率(%)不大于404545碎焦率<40mm(%)不大于44414第14頁,共64頁，2024年2月25日，星期天2）沖天爐對(duì)焦炭質(zhì)量的主要要求

(1)固定碳含量高；

(2)含硫量、揮發(fā)分量和灰分量低；

(3)強(qiáng)度高；

(4)塊度合適；

(5)反應(yīng)性低。15第15頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

固定碳是焦炭的基本可燃物質(zhì)。我國優(yōu)質(zhì)焦的固定碳達(dá)到90%以上，鑄造用焦的固定碳一般為85%~90%。在燃燒過程中，固定碳燃燒放出的熱量是沖天爐熔煉的主要熱量來源。因此焦炭中固定碳的高低，標(biāo)志著焦炭發(fā)熱量的大小。16第16頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

灰分是焦炭中不燃燒的礦物雜質(zhì)。如果焦炭中灰分高，則固定碳量就會(huì)降低，使焦炭發(fā)熱量減小，焦炭中灰分高還會(huì)使?fàn)t渣增多，吸收大量的熱量并給操作帶來一定的困難。故沖天爐所用焦炭灰分含量應(yīng)愈低愈好，鑄造用焦灰分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）應(yīng)<10%，最好<8%。17第17頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

焦炭中的硫，主要以FeS（黃鐵礦）的形式存在于焦炭中。硫燃燒生成SO2和H2S等，對(duì)人體健康有害。在化鐵時(shí)，F(xiàn)eS等易被鐵液吸收，使鐵液含硫量增加。因一般酸性沖天爐不能脫硫，所以要求焦炭中含硫量愈低愈好，最好WS<0.6%。18第18頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

揮發(fā)分是焦化過程中殘留下來的H2、CH4等物質(zhì)。鑄造焦希望揮發(fā)分含量愈低愈好。我國焦炭揮發(fā)分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）一般<2%。19第19頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

水分也是焦炭中無益部分。如果使用潮濕多水的焦炭，不但會(huì)引起鐵液溫度的降低，而且還會(huì)影響鑄件的質(zhì)量。一般沖天爐用焦的水分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）應(yīng)控制在4%以內(nèi)。20第20頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

焦炭發(fā)熱量可利用焦炭組成的分析結(jié)果。作近似的計(jì)算，其公式為：

Q低=34000[1-(WA+WW)]

式中WA—焦炭中的灰分；

WW—焦炭中的水分。

一般每kg焦炭的發(fā)熱量28000~30000kJ。21第21頁,共64頁，2024年2月25日，星期天焦炭的反應(yīng)性

焦炭的反應(yīng)性是指焦炭與爐氣中的CO2反應(yīng)生成CO的能力。鑄造用焦炭的反應(yīng)能力要求控制在15%~25%左右。即要求反應(yīng)性要低。

22第22頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

焦炭機(jī)械強(qiáng)度沖天爐用的焦炭，必須要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以承受料柱的壓力及爐料的沖擊作用，防止因焦炭破碎而阻塞氣流通道，影響爐內(nèi)焦炭的正常燃燒。按國家標(biāo)準(zhǔn)GB2006-80規(guī)定，焦炭的機(jī)械強(qiáng)度用轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測定。23第23頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

焦炭的塊度焦炭的塊度對(duì)沖天爐熔煉的影響也很大。焦炭塊度應(yīng)與沖天爐爐徑大小相適。塊度大小還應(yīng)力求均勻。24第24頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

表5-3推薦焦炭塊度爐膛直徑（mm）500~600700900~11001300~1500底焦塊度（mm）60~10080~120100~150120~300層焦塊度（mm）40~8040~10060~12070~15025第25頁,共64頁，2024年2月25日，星期天3）沖天爐熔煉過程中使用焦炭的一些工藝規(guī)范26第26頁,共64頁，2024年2月25日，星期天沖天爐底焦高度的決定

沖天爐底焦的正常高度隨爐子類型、爐料狀況和供風(fēng)條件而異，大致變動(dòng)在700~2000毫米以上。爐子愈大，底焦高度也愈高。例如，卡腰三節(jié)爐的底焦高度為700~900毫米；2~10噸/小時(shí)多排小風(fēng)口沖天爐的底焦高度為900~ 1800；4.5~10噸/小時(shí)兩排大排距沖天爐的底焦高度為1500~2000毫米。但到目前為止，還沒有計(jì)算底焦高度的一般公式。27第27頁,共64頁，2024年2月25日，星期天表8-6三排小風(fēng)口沖天爐開爐時(shí)的底焦高度爐膛直徑/mm5006507009001100底焦高度/mm1200~12501300~13501350~14001400~15001500~1600表7-2沖天爐爐膛內(nèi)徑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（僅供參考）熔化率/t·h-1123571015爐膛內(nèi)徑/mm500600700900100012001500

表7-6前爐容量沖天爐熔化率/t·h-12357前爐容量/t1~22~33~55~728第28頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

表7-4曲線爐膛沖天爐有效高度與熔化率的對(duì)應(yīng)關(guān)系（供參考）熔化率/t·h-1123571015有效高度/mm3500400049005700610063007600表7-5爐子大小與每排風(fēng)口的個(gè)數(shù)熔化率/t·h-11235風(fēng)口個(gè)數(shù)/個(gè)4~666~8829第29頁,共64頁，2024年2月25日，星期天表16-4工頻爐的平均熔化率（參考數(shù)據(jù)）工頻爐容（噸）0.150.250.501.01.510.0

平均熔化（噸/小時(shí)）0.075~0.100.10~0.150.20~0.300.35~0.500.50~0.754.0~5.0

雙聯(lián)熔煉是以較低的能量耗費(fèi)，獲得高溫優(yōu)質(zhì)鐵水的行之有效的鑄鐵熔煉方法。這種方法目前正在國內(nèi)迅速發(fā)展。30第30頁,共64頁，2024年2月25日，星期天3、使用節(jié)能風(fēng)機(jī)、力求風(fēng)焦平衡1）沖天爐使用風(fēng)機(jī)的選擇；2）沖天爐所需風(fēng)量的計(jì)算；3）沖天爐風(fēng)焦平衡的特點(diǎn)。31第31頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

風(fēng)機(jī)

10t/h以下沖天爐一般選用高壓離心式專用風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的參數(shù)如表5-1所示。32第32頁,共64頁，2024年2月25日，星期天表5-1HTD高效沖天爐專用風(fēng)機(jī)參數(shù)風(fēng)機(jī)型號(hào)主機(jī)主要參數(shù)配用化鐵爐（t/h）

風(fēng)量（m3/min）

風(fēng)壓（Pa）軸功率（kw）電機(jī)功率（kw）HTD12-111270932.15.50.5HTD20-1120111455.17.51HTD35-12351215910.4152HTD50-11501317214.318.53HTD50-12501519816.722333第33頁,共64頁，2024年2月25日，星期天表5-1HTD高效沖天爐專用風(fēng)機(jī)參數(shù)風(fēng)機(jī)型號(hào)主機(jī)主要參數(shù)配用化鐵爐（t/h）

風(fēng)量（m3/min）

風(fēng)壓（Pa）軸功率（kw）電機(jī)功率（kw）HDT85-21852026537.6455HTD85-22852431843.7555HTD120-211202533164.2757HTD150-211502837188.91101034第34頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

在沖天爐熔化率，碳耗量和爐氣燃燒比已知的條件下，就可以算出沖天爐的風(fēng)量。由此得出算式為

（5-34）

在公式（5-34）中，并未計(jì)及爐氣中的自由氧。在考慮爐氣中的自由氧時(shí)，可按下式計(jì)算（5-35）35第35頁,共64頁，2024年2月25日，星期天圖8-31沖天爐網(wǎng)狀特性曲線圖第36頁,共64頁，2024年2月25日，星期天4、保證鐵液溫度高可減少鐵水氧化和硅錳等元素?zé)龘p1）鐵水氧化的原因及預(yù)防措施；2）硅錳元素?zé)龘p的原因及預(yù)防措施；3）鐵液成分的氧化燒損和鑄件質(zhì)量的關(guān)系。37第37頁,共64頁，2024年2月25日，星期天表5-9常見元素在沖天爐熔煉過程中的增減率(%)增減情況CSMnSiP

爐料C<3.2%

爐料C>3.6%極限范圍+(0~60)-(0~10)+(25~100)-(10~50)-(0~40)0一般范圍+(5~40)-(3~8)+(50~~75)-(15~20)-(10~15)0增減情況CrMoCuNiVTi極限范圍-(0~20)-(0~10)-(0~3)-(0~3)//一般范圍-(8~12)-(3~4)-(1~2)-(1~2)-(30~40)-(40~50)

①以釩鈦生鐵形式加入38第38頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

上述六個(gè)反應(yīng)，除最后一個(gè)為吸熱反應(yīng)以外，其余都是放熱反應(yīng)。39第39頁,共64頁，2024年2月25日，星期天5、鐵液質(zhì)量與鑄件成品率和節(jié)能降耗的關(guān)系1)鐵液質(zhì)量高的基本要求之一是鐵液溫度高；2)鐵液溫度高能有效地減少夾雜物和氣體，并滿足澆注工藝需要；3)明顯的直接的效果是提高鑄件質(zhì)量和降低廢品率；4)降低廢品率帶來的最終結(jié)果是經(jīng)濟(jì)效益和降低能耗。40第40頁,共64頁，2024年2月25日，星期天三、沖天爐用除塵裝置

41第41頁,共64頁，2024年2月25日，星期天1、沖天爐熔煉過程中產(chǎn)生的污染源

1）沖天爐塵粒的成分；

2）沖天爐煙氣的成分；

3）沖天爐爐氣的溫度；

4）爐料準(zhǔn)備和輸運(yùn)中產(chǎn)生的粉塵。42第42頁,共64頁，2024年2月25日，星期天表2-18沖天爐塵粒的成分

成分SiO2CaOAl2O3MgOFeO(Fe2O3·Fe)MnO燒蝕量

含量（%）20~403~62~41~312~161~220~50

表2-19沖天爐煙氣的成分成分COSO2HF灰塵含量(μg/m3)90~7203.5~5150~4005600~1240043第43頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

沖天爐排煙溫度在爐內(nèi)料位不變，無爐頭明火的情況下，溫度平均約100℃左右。44第44頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

大約每噸鐵水產(chǎn)生0.5~10kg的灰塵，相當(dāng)于平均含塵濃度0.5~6g/Nm3，高時(shí)達(dá)10g/Nm3。45第45頁,共64頁，2024年2月25日，星期天沖天爐內(nèi)爐氣的組成沖天爐加料口爐氣成分的大致波動(dòng)范圍為：爐氣成分CO2CON2O2H2OSO2體積%10~1917~270~76<1<1.5<1.5與上列成分相應(yīng)的爐氣燃燒比大致波動(dòng)在40-90%46第46頁,共64頁，2024年2月25日，星期天

在鑄造生產(chǎn)過程中，焦炭用量很大，在焦炭的貯、運(yùn)、篩選過程中均產(chǎn)生一定的粉塵。如果不采取任何防塵措施，90t車皮卸料時(shí)，每班在建筑物構(gòu)件上積塵可達(dá)1t左右。操作區(qū)1~5m內(nèi)粉塵濃度可達(dá)100mg/m3。鐵合金和溶劑在破碎加工過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的粉塵，在設(shè)備附近的含塵濃度會(huì)有101~277mg/m347第47頁,共64頁，2024年2月25日，星期天2、沖天爐除塵防煙的措施1）煙氣的冷卻；2）煙氣的凈化；3）爐氣余熱的利用；4）鐵水處理時(shí)的排煙。48第48頁,共64頁，2024年2月25日，星期天3、沖天爐用除塵裝置舉例49第49頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第50頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第51頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第52頁,共64頁，2024年2月25日，星期天四、沖天爐設(shè)備和熔煉技術(shù)的改進(jìn)與環(huán)境保護(hù)1、節(jié)能環(huán)保沖天爐2、多程管式煙囪高溫?zé)犸L(fēng)沖天爐3、兩排大間距沖天爐4、水冷長爐齡沖天爐5、沖天爐結(jié)構(gòu)和熔煉工藝的改進(jìn)6、沖天爐用耐火材料的改進(jìn)53第53頁,共64頁，2024年2月25日，星期天五、鑄鐵熔煉中感應(yīng)電爐的應(yīng)用54第54頁,共64頁，2024年2月25日，星期天1、感應(yīng)電爐的應(yīng)用使鐵液質(zhì)量和減排防污的能力大大提高

1）感應(yīng)電爐熔煉的特點(diǎn)；

2）感應(yīng)電爐熔煉和節(jié)能低耗的關(guān)系；

3）感應(yīng)電爐熔煉和減排防污的關(guān)系。55第55頁,共64頁，2024年2月25日，星期天第56頁,共64頁，2024年2月25日，星期天2、感應(yīng)電爐的熔煉特性和操作1）中頻感應(yīng)電爐的特點(diǎn)2）中頻感應(yīng)電爐的熔煉特性3）中頻感應(yīng)電爐的操作注意事項(xiàng)57第57頁,共64頁，2024年2月25日，星期天3.1）熔煉初期金屬爐料的加入3.2）金屬爐料的