天然氣熔鐵爐的歷史與現狀

2016年第3期鑄造設備與工藝2016年6月FOUNDRY EOUIPMENT AND TECHNOLOG YJun.2016N3鑄造設備doi:10.16666/ i cnki. issn1004-6178.2016.03.001天然氣熔鐵爐連載(一)·天然氣熔鐵爐的歷史與現狀張明',吉守勤2,王錄才3(1.威?？婆d鑄造機械有限公司,山東威海264200;2.太原鋼堿企業(yè)有限公司,山西太原0300033.太原科技大學(xué),山西太原032400摘要:回顧和介紹了天然氣熔鐵爐的發(fā)展歷史和現狀,包括夭然氣化鐵爐、天然氣沖天爐、回轉化鐵爐三種,同時(shí)對焦炭和天然氣混合燃料沖天爐的應用前景作了簡(jiǎn)要評價(jià)。關(guān)鍵詞:鑄鐵熔化;夭然氣化鐵爐;回轉化鐵爐;混合燃料沖夭爐;歷史與現狀中圖分類(lèi)號:TG232文獻標識碼:A文章編號:1674-6694(2016)03-0001-04以天然氣為燃料的熔鐵爐包括天然氣化鐵爐天然氣沖天爐、天然氣純氧回轉化鐵爐等。本文擬回顧這幾種熔鐵爐的發(fā)展歷史,并介紹其應用現狀,希望對我國天然氣熔鐵爐的技術(shù)發(fā)展和推廣起到積極作用1天然氣化鐵爐化鐵爐與沖天爐兩個(gè)詞語(yǔ)之間,存在著(zhù)很細微題700的區別,一般將前爐類(lèi)似于反射爐、存在燃燒器的熔鐵爐稱(chēng)之為化鐵爐,例如天然氣化鐵爐、煤粉化鐵爐、燃油化鐵爐。也就是說(shuō),天然氣化鐵爐就子氣管,接氣管天然氣為燃料、前爐存在燃燒裝置的熔鐵爐。我國歷史文獻中有記錄的第一臺天然氣化鐵1爐(見(jiàn)圖1)建造于1972年12月,建造單位為四川N■E省石油管理局總機修廠(chǎng),該廠(chǎng)在1975年稱(chēng):為了充分利用天然氣資源,我廠(chǎng)鑄造車(chē)間職工,在廠(chǎng)領(lǐng)導和車(chē)間黨支部的領(lǐng)導下,于1972年12月制成2噸1-后爐爐殼;2-風(fēng)管;3-天然氣管;4-噴嘴;5-主風(fēng)管;6-前爐門(mén)/時(shí)冷風(fēng)天然氣化鐵爐一臺。觀(guān)察口;8-天然氣壓力表;9-風(fēng)壓計;10-轉子流量計;11-電磁閥瓦四川省自貢市長(cháng)征機床廠(chǎng)鑄工車(chē)間,是文獻記2-出鐵口;13-爐腿;14—爐底門(mén);15-爐底頂杠;16-立磚;錄中繼四川省石油管理局總機修廠(chǎng)之后第二個(gè)建17-保溫磚;18-耐火磚;19-爐底;20-后爐門(mén);21-過(guò)橋;22-火嘴。造天然氣化鐵爐的單位,該廠(chǎng)稱(chēng):在兄弟單位的啟圖1四川石油管理局總機修廠(chǎng)2加臥式天然氣化鐵爐192)發(fā)下,鑄工車(chē)間全體職工自力更生,奮發(fā)圖強,因陋多噸,并試制了稀土球鐵普通鑄鐵、孕育鑄鐵,完全就簡(jiǎn),土法上馬,改裝制成一座15th天然氣化鐵能滿(mǎn)足我廠(chǎng)生產(chǎn)上的需要,為我廠(chǎng)節焦、節廢鋼闖爐,經(jīng)過(guò)反復試驗,成功地開(kāi)了80多爐,化鐵水280出了一條新路。1976年,成都工學(xué)院鑄造專(zhuān)業(yè)的戢家齊先生在《鑄造機械》發(fā)表了天然氣化鐵爐一文,全面總結收稿日期:2016-03-02作者簡(jiǎn)介張明(1958),男,陜西華縣人,高級工程師,主要從事沖了四川省瀘州、中王然氣北處的結構和天爐技術(shù)的研究使用情況,同時(shí)中國煤化工5th立式CNMHGu2016N3鑄造設備與工藝2016年第3期車(chē)間將一座立式煤粉爐改裝成為天然氣化鐵爐,鞍山鋼鐵公司小型軋鋼廠(chǎng)建造了一臺1.2Ⅶh天然氣化鐵爐我國1970年代的天然氣化鐵爐,燃燒裝置設置在前爐上,屬于反射化鐵爐與豎爐的一種結構組合。該爐結構稍嫌陳舊、爐齡短、熔化喉部的爐襯修砌特別困難,噸鐵天然氣的消耗量在110m3~140m31P之間,耗氣量約為現代燃氣沖天爐的2倍。我國1970年代出現天然氣化鐵爐,源于當時(shí)焦炭量供應不足、我國與前蘇聯(lián)軍事對峙、隨時(shí)準備打仗等,因此當焦炭量供應充足、國際關(guān)系緩和后,人們逐步放棄了對天然氣化鐵爐的使用和研究。2天然氣沖天爐天然氣沖天爐是一種以天然氣為燃料熔化鑄鐵的豎爐,有人將其稱(chēng)為無(wú)焦沖天爐。戢家齊先生1-燒嘴;2-燃燒室;3-前爐;4-過(guò)橋;5-火道;6-支撐;7-后爐;在天然氣化鐵爐一文中,介紹了東方汽輪機廠(chǎng)和出鐵槽;9-出渣槽;10-觀(guān)察孔;11-水冷裝置四川東方紅機械廠(chǎng)的一種沖天爐型天然氣化鐵爐圖2長(cháng)江起重機廠(chǎng)1.5h立式天然氣化鐵爐(1976)結構與焦炭沖天爐基本相同,主要不同處是在相當于風(fēng)口部位裝設天然氣燒嘴,大約在熔化帶高度安裝爐柵,或耐火材料凸塊,以支撐料柱或直接由爐底墊支撐物支撐料水冷爐柵是現代天然氣沖天爐的主要結構特征。戢家齊先生在該文中介紹的沖天爐型天然氣化鐵爐中,已存在支撐料柱的水冷爐柵。英國海斯無(wú)H焦沖天爐有限公司的燃氣沖天爐技術(shù)約成熟于1977年,中國四川地區的東方汽輪機廠(chǎng)或四川東方紅機械廠(chǎng),已于1976年以前在使用天然氣沖天爐了。也就是說(shuō),中國與英國幾乎同時(shí)應用了有以水冷爐柵為結構標志的天然氣沖天爐。1-水管;2-風(fēng)管;3-觀(guān)察孔;4-水冷層;5-前端蓋;6-天然氣管;1991年初,孟繁玉先生編譯了R.TTa和HR7-混合器;8-風(fēng)管;9-嗩嘴;10-出鐵槽;11-前爐;12-前爐門(mén);13-出渣槽Perkins的文章,最早介紹了英國無(wú)焦沖天爐公司14-過(guò)橋;15環(huán)形火道:16-襯腳磚:17-后爐門(mén);18-后爐圖3自貢空壓機廠(chǎng)1.5th立-臥混合式天然氣化鐵爐( Cokeless co LtD)的成立過(guò)程以及燃氣沖天爐的開(kāi)天然氣化鐵爐(見(jiàn)圖2自貢空壓機廠(chǎng)的15h立爐的結構、工作原理、熔煉和環(huán)境保護方面的優(yōu)越在天然氣化鐵爐一文,記錄了四川省使用天殃性,等等。孟繁玉先生所編譯的這篇文章,至今仍有重要影響。同年,李廷山先生也介紹了英國無(wú)焦氣化鐵爐的一些工廠(chǎng):自貢長(cháng)征機床廠(chǎng)、長(cháng)江起重機廠(chǎng)、自貢空壓機廠(chǎng)、自貢機械一廠(chǎng)、自貢管件廠(chǎng)沖天爐公司的操作、污染物排放、熔化成本、鐵液質(zhì)量等情況。自貢市機械一廠(chǎng)、東方汽輪機廠(chǎng)、東方鍋爐廠(chǎng)、四川東方紅機械廠(chǎng)、川鹽機修廠(chǎng)、自貢?shū)欪Q鎮化工廠(chǎng)、成1994年,戴靜敏先生首先向中國介紹了德國德毓克公司( duker)與電爐雙聯(lián)的新型燃氣沖天爐都金具廠(chǎng)、石油起重廠(chǎng)、滬州化工廠(chǎng)等同時(shí)強調了該爐在環(huán)保方面的優(yōu)越性閃。應該看到,除了四川省外,中國其他地方也有使用天然氣德毓克公司首先繭國無(wú)崔沖天怕八司的燃氣沖化鐵爐的記錄。例如,1977年,天津市板橋農機廠(chǎng)鑄鐵天爐與有芯工中國煤化工1一個(gè)重要CNMHG2016年第3期張明,吉守勤,王錄才天然氣熔鐵爐的歷史與現狀鑄造設備與工藝發(fā)展目前越來(lái)越嚴格的環(huán)境保護要求,對該爐的應用推1994年,李文先生首先向中國介紹了日本的天廣屬明顯利好。中國天然氣沖天爐前途光明,但其然氣沖天爐門(mén)。此后,有多人介紹過(guò)國內外的燃氣沖應用推廣的仍有很長(cháng)的路要走天爐10.1此處順便說(shuō)說(shuō)焦炭與天然氣混合燃料沖天爐1997年12月在日本京都通過(guò)2005年2月16或者附加天然氣的燃焦沖天爐。按照周繼揚先生對日開(kāi)始強制生效的“京都議定書(shū)”,是全世界第一個(gè)國外附加天然氣燃焦沖天爐的的研究叫,在燃焦沖天關(guān)于溫室氣體排放限制的國際公約,中國是該條約爐中附加20%的天然氣,可以達到節省能源的目的。的締約國。2005年12月03日,中國國務(wù)院發(fā)布了焦炭與天然氣混合燃料沖天爐看似簡(jiǎn)單,其實(shí)關(guān)于落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀(guān)加強環(huán)境保護的決定”。次年涉及了很復雜的燃燒學(xué)和技術(shù)問(wèn)題ˉ。按照《冶金的2月24日,中國國家環(huán)境保護總局發(fā)布了¨環(huán)境原理》中有關(guān)在燃焦沖天爐中附加天然氣、兩者混影響評價(jià)公眾參與暫行辦法”?！熬┒甲h定書(shū)”及其合燃燒的有關(guān)結論,天然氣噴嘴的位置應該位于沖國內一系列限制溫室氣體排放的法規,徹底改變了天爐熔化帶以下、距離熔化帶不遠處,否則有可能中國燃焦沖天爐的生存環(huán)境。因為天然氣燃燒存在的水煤氣反應,并非一定可以2008年,天津新偉祥工業(yè)有限公司投資φ60余達到提高燃焦沖天爐爐溫的效果。由于燃焦沖天爐萬(wàn)元,在中國率先引進(jìn)了英國某公司的10th天然的熔化帶位置一直處于波動(dòng)狀態(tài),因此該沖天爐中氣沖天爐(見(jiàn)圖4),與10t工頻電爐雙聯(lián)用于發(fā)動(dòng)天然氣燒咀的位置很難確定,技術(shù)方面缺乏可靠性。機進(jìn)、排氣歧管的生產(chǎn)。另外據稱(chēng),2010年,成都銀焦炭與天然氣混合燃料沖天爐,技術(shù)方面缺乏河動(dòng)力有限公司引進(jìn)了德國某公司的5天然氣可靠性,環(huán)保性能不具備明顯優(yōu)勢,應該沒(méi)有什么沖天爐,與電爐雙聯(lián)用于發(fā)動(dòng)機缸蓋、汽缸套生產(chǎn)。太大的前途可言。3回轉化鐵爐在現有文獻記載中,中國最先介紹回轉化鐵爐的人仍然為王百順和陶令桓兩位先生,他們1951年在“鞠鐵的制造及立式化鐵爐制造韃鐵的改進(jìn)文中,介紹了當時(shí)國外以煤粉為燃料的回轉化鐵爐(如圖5),,不1-濕法火花捕集器;2-除塵污水管;3-除塵器供水管道;4-鋼結構加料平臺;5-送風(fēng)管道;6-燃氣支管道及其控制部分;7-冷卻水管道:8-冷卻塔9-離心鼓風(fēng)機;10-液氧站;1-天然氣燒嘴;12-回轉前爐;13-燃氣總管道14-冷卻水回水總管道:15-循環(huán)冷卻水池:16-污水循環(huán)池:17-除塵水泵18-爐渣?；?;19-鐵料翻斗:20-爐渣?；c污水槽;21-爬式加料機圖4天津新偉祥工業(yè)公司10t/h長(cháng)爐齡天然氣沖天爐熔化系統展平圖(2008)2010到2013年之間,有多人對天然氣沖天爐進(jìn)行過(guò)研究。吉守勤、張明等先生2013年在天然氣沖天爐的研制及其性能一文中稱(chēng):據初步了1-爐體;2-煙囪和換熱器;3-鼓鳳機;4-煤粉供應系統5-鐵液包;6-加料裝置。解,2009年至今幾年間,我國建造的天然氣試驗沖圖5以煤粉為燃料的回轉化鐵爐(1951)天爐不少于12臺(山西不少于6臺、山東2臺、江蘇不少于2臺、湖南1臺、浙江1臺),熔化率范圍文中稱(chēng):回轉爐( Roatry Furnace)爐身在熔化時(shí)涵蓋0.5t/h~10th2可以轉動(dòng)或擺動(dòng),用粉煤、油、煤氣為燃料,可在爐2008年至今的世界經(jīng)濟危機引起的鑄造業(yè)蕭中獲充分精煉。熔鐵中含氣體及硫均少,且品質(zhì)均條,對天然氣沖天爐在中國的推廣有重要不利的影。熔量可大至1萼涌古干?:的都用粉煤為燃響,該技術(shù)目前在中國的推廣面臨重重困難。但是,料。德英等歐洲中國煤化工國嫌其容CNMHGu2016N3鑄造設備與工藝2016年第3期量較小,不大采用。通過(guò)上文,可以發(fā)現1950年代的回轉化鐵爐與現代天然氣純氧回轉化鐵爐,兩者的結構基本相同?；剞D化鐵爐幾十年的技術(shù)發(fā)展,主要體現在燃料和燃燒方式方面。990年,周賢全先生在《中國鑄機》上介紹過(guò)國外當時(shí)的回轉化鐵爐圓:最近研制出一種新型爐來(lái)代替老式旋轉爐。幾年前,這種爐投放意大利市場(chǎng),開(kāi)始集中取代在市區產(chǎn)生嚴重污染的沖天爐。近來(lái),全世界很多公司都在使用這種爐子,在歐洲的幾個(gè)國家已收到許多良好的效果。型號有五種規格:1t、2t、31、5t、8t等18圖7河北隆堯縣固城工業(yè)區30t純氧天然氣回轉化鐵爐2001年,金仲信先生在《中國鑄造裝備與技術(shù)》2015年10月,包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院的殷黎麗、楊雜志發(fā)表的近代新型化鐵爐簡(jiǎn)介一文中介紹了歐彬兩位教授和天津展億實(shí)業(yè)有限公司的李春澍先洲1980年代開(kāi)發(fā)的純氧天然氣沖天爐(見(jiàn)圖6)、日本中小企業(yè)綜合事業(yè)團1995年開(kāi)發(fā)的“利用余熱生,在《鑄造》上發(fā)表了純氧燃氣回轉化鐵爐及熔煉特性凹一文,詳細介紹了純氧燃氣回轉化鐵爐(Ro-的天然氣回轉爐”。tary Drum Furnace,RF)的系統組成、結構、熔煉過(guò)回轉爐體程、熔煉工藝、性能參數、熔化成本及其與環(huán)境友好的排放性能。該文對純氧天然氣回轉爐在中國當前氧氣燃燒器的推廣和使用有一定參考意義。純氧天然氣回轉化鐵爐,不僅可以熔化灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵,還可以熔化銅鋁、鋅、鉛及其合金;另外,按其熔化溫度,該爐也應該能夠熔化鑄鋼、生產(chǎn)普通鑄鋼件和合金鋼鑄件。水平制該爐不像天然氣沖天爐那樣必須與感應電爐雙聯(lián),爐渣臺車(chē)它的熔化使用性能無(wú)異于感應電爐,可以單獨供應合格鐵液。該爐特別適合批量不大、品種不少的鑄造廠(chǎng),在中國有廣泛的應用前景。圖6純氧天然氣回轉化鐵爐(歐洲1980)參考文獻202年,李傳栻先生在鑄鐵的熔煉設備和技術(shù)[1]四川省石油管理局總機修廠(chǎng)天然氣化鐵爐[J.機械工人技術(shù)(下)一文中,介紹了意大利、日本等兩國的純氧天資料,1975(9):37-41然氣回轉爐在生產(chǎn)中使用的情況。[2]四川省自貢市長(cháng)征機床廠(chǎng)鑄工車(chē)間天然氣化鐵爐[J].鑄工2005年,金仲信和普萊克斯(中國)投資有限公1975(6):42-46司的張琪漁兩位先生在熔煉鑄鐵用氧氣·天然氣回31敢家齊天然氣化鐵爐J鑄造機械96(431-38轉爐四一文中,詳細介紹了純氧天然氣回轉爐的熔[4]天津市板橋農機廠(chǎng)鑄鐵車(chē)間天然氣化鐵爐[J]鑄工,1977(4)22-34.煉原理、主要特點(diǎn)、適用范圍、爐型結構、操作方法[5]鞍山鋼鐵公司小型軋鋼廠(chǎng).天然氣化鐵爐[J].鑄工,1977(4):熔煉鐵液的性能、能源消耗和熱效率以及對環(huán)境的20-27,29-33影響。[6] Taft R T', Perkins R.八十年代前的無(wú)焦沖天爐[J.孟繁玉,編據筆者實(shí)地考察,2014年12月份,普萊克斯譯鑄造設備研究,1991(1):54-58(Pax)中國投資有限公司,在中國河北隆堯縣固城71李廷山無(wú)焦沖天爐熔練1中國話(huà)機1913580工業(yè)區某汽車(chē)配件公司建成了一臺3t純氧天然氣[8]戴靜敏無(wú)焦沖天爐[冂]鐵道機車(chē)車(chē)輛工人,1994(10):25-26.[9]李文天燃氣沖天爐[].鐵道機車(chē)車(chē)輛工人,1993(11):26-27回轉化鐵爐。該爐2015年4月熔化、澆注鑄件的圖101BadT,Him片見(jiàn)圖7中國煤化工第50頁(yè))CNMHGu2016N3鑄造設備與工藝2016年第3期塵溢出,無(wú)需設置活動(dòng)門(mén)。在沖天爐前后兩側設置室換氣排風(fēng)系統;移動(dòng)導軌,移動(dòng)罩放在導軌上。沖天爐在加料、出鋼3)澆注結東后先開(kāi)啟局部排風(fēng)系統,廢氣經(jīng)凈期和檢修電極等情況時(shí),則移開(kāi)移動(dòng)罩。在固定罩和化后排至室外,再開(kāi)啟屋頂風(fēng)機及側墻軸流風(fēng)機將移動(dòng)罩之間采用迷宮槽密封,以防止煙塵外泄殘留在整個(gè)高跨區的少量廢氣排至室外;電弧爐主要產(chǎn)生煙塵成分為:SO2、FeO、FeO34)在屋頂風(fēng)機前設聯(lián)動(dòng)保溫閥,防止非工作狀MnO、MgO、Al2O3、CaO、C、S等。在吹氧精煉過(guò)程中產(chǎn)態(tài)時(shí)冷空氣直接進(jìn)入室內,并在高跨區的側天窗上生氧化鐵塵,其平均粒徑在O.01μm-0.1μm范圍增加手動(dòng)開(kāi)窗器,方便工人開(kāi)啟側天窗。內,大約有85%以上的粒徑在4μm以下電弧爐排無(wú)論采用何種防治措施,控制和治理粉塵污染煙形式可分為爐外排煙,爐內外結合排煙,屋頂排煙應從工藝改革著(zhù)手,實(shí)現機械化、自動(dòng)化、密閉化,。結合實(shí)際情況選擇排煙形式以及排煙罩形式并配備一定的通風(fēng)除塵設施。同時(shí)應提高工人的自同時(shí),為了更好地對車(chē)間整體進(jìn)行粉塵控制,我防護意識以減少職業(yè)病的發(fā)生概率,這樣綠色鑄可將車(chē)間進(jìn)行分區,在廠(chǎng)房的熔爐區對產(chǎn)生廢氣量造的實(shí)現才會(huì )成為可能較大的地坑爐,澆注軌道等設備設置一個(gè)局部半封閉的空間作為低跨局部。為及時(shí)收集處理擴散入該參考文獻:空間內的煙塵,防止煙塵彌漫,可對該空間單獨設1居鹓機械工業(yè)采暖通風(fēng)與空調設計手冊[M].上海:同濟大計全室換氣機械排風(fēng)系統。在高跨區內為了保證金學(xué)出版社,2007屬液連續、平穩地充型,因此澆注時(shí)不得開(kāi)啟任何21李榮德時(shí)代呼喚綠色鑄造(鑄造,20.50):1-3排風(fēng)設備,避免由于空氣流動(dòng)過(guò)度強烈而造成夾卷[3]GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標準[SJ.2012[4]冉冉.鑄造車(chē)間粉塵處理技術(shù)的研究[D].華北電力大學(xué)空氣、產(chǎn)生金屬氧化物夾雜和沖刷型芯,造成產(chǎn)品大量報廢。只有在澆注成型后才可開(kāi)啟排風(fēng)機將澆[5]楊思一,王錄才.沖天爐熔煉的環(huán)境保護與除塵技術(shù)[J注產(chǎn)生的大量煙塵排至室外。由此可以采取如下保設備研究,2008(02):14-1護措施[6]鑄造車(chē)間通風(fēng)除塵技術(shù)委員會(huì )鑄造車(chē)間通風(fēng)除塵技術(shù)[M]1)將澆注區域與其他區域用隔斷分隔開(kāi),以便京:機械工業(yè)出版社,19837]鄺琳,李江龍某鋁鎂鑄造廠(chǎng)房通風(fēng)系統改造方案[J.暖通空減少廢氣向整個(gè)高跨區的擴散調,2012,42(11):49-532)在澆注區域設計局部機械排風(fēng)系統,并在整個(gè)高跨區設置由屋頂風(fēng)機、側墻軸流風(fēng)機組成的全(上接第4頁(yè))屬及鑄造國際會(huì )議論文集北京:中國鑄造協(xié)會(huì 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