冲天炉-电炉双联熔炼和中频感应电炉熔炼对比分析

杨绍同 杨 涛 夏文国 李国钧

昆明云内动力股份有限公司

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-电炉双联熔炼和中频感应电炉熔炼两种方法的特点，为铸造厂设计和技改提供依据。

在铸造生产过程中，铁水的内在质量对铸件性能和可靠性有重要影响，故铁水的熔炼是铸造生产过程中的关键环节。冲天炉熔炼是传统主流的铁水熔炼方法，具有效率高、成本低等优点。近年来，随着环境保护等要求的提高，单纯的冲天炉熔炼逐渐被淘汰，出现了冲天炉-电炉双联熔炼和中频感应电炉熔炼两种熔炼方法。为此，围绕这两种方式哪种更好，一直是学术界和企业界争论的焦点。本文作者从工艺、材质、投资、环保等方面对冲天炉-电炉双联熔炼（以下简称冲天炉）和中频感应电炉熔炼（以下简称电炉）进行对比分析。

冲天炉熔炼

冲天炉熔炼优点

（1）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，在能源消耗方面比电炉节省，而且设备比较简单，大小工厂皆可采用。截至目前，冲天炉仍是主要的熔炼设备，为世界各国普遍采用，为了提高总的热效率往往与感应电炉双联，这样能够调整和均匀体液的化学成分，适应了工业的大批量生产。

（2）冲天炉可以连续出铁液。比如大型的水冷无炉衬长炉，能够连续工作达到300 多个小时，相比电熔炉的优点比较明显。

（3）冲天炉的费用低廉。但是除尘净化的设备高，是冲天炉的好几倍。

冲天炉熔炼缺点

（1）冲天炉熔炼过程中，由于使用焦炭，所以会产生大量的废气和粉尘，对环境造成污染。

（2）冲天炉熔炼过程中，由于使用焦炭，焦炭会与铁液接触，铁液会产生增硫和增碳。在球墨铸铁中，焦炭的硫会对其产生不利影响。

（3）冲天炉熔炼过程中，铁液的温度波动大，体液的化学成分也比较复杂。

（4）冲天炉熔炼过程中，由于是焦碳熔炼，会产生大量的炉渣，焦炭和炉渣都需要大量的运输成本。

电炉熔炼

电炉熔炼优点

（1）适合于各种批量和规模的生产需要。

（2）占地面积少。

（3）由于感应炉熔炼时产生电磁搅拌现象，使得铁液的温度成分都均匀。

（4）铁水的氧化易控制，元素烧损少。

（5）电炉熔炼可以有效的控制铁液中化学成分的波动范围，精确的达到规定要求。

（6）电炉熔炼可以轻易控制硫的含量，有效防止硫共晶的产生。

电炉熔炼的缺点

（1）电炉熔炼相比冲天炉更容易产生白口，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。

（3）电炉维修方面比较复杂，对维修人员技术要求比较高。

冶金性能及铁液质量分析

冲天炉熔炼远远优于电炉的冶金能力。冲天炉熔炼中温度能够达到1700℃以上，这些高温中的炉气、焦炭和炉渣所构成的高温环境对熔炼铁液和铁料发挥着积极作用。冲天炉冶金可以进行工艺的控制，来降低增硫率，实现增碳和增硅元素，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渣中；铁液的过热温度往往在1600℃以上，出炉铁液可以把硫含量控制在0.06%以内；冲天炉的铁液过热时间短，铁液中会有0.06%左右的硫含量和0.005%左右的氧含量，这些高熔点的化合物可以形成基底，在出炉之后，铁液的自生晶核比比较多，可以通过孕育处理细化晶粒来提高高牌号的灰铸铁。

电炉的最高温度为1600℃左右（指用于灰铸铁熔炼的酸性炉衬），不及冲天炉，在使用增碳剂时，用增碳剂增碳时，如果增碳剂的质量达不到要求，熔炼时比较难以高度溶解分散，结晶之后会有成片成块的石墨出现；熔炼时铁液过热时间会长达一个小时，并且会有电磁搅动，而作为共晶结晶的外来晶核，因为溶剂和反应会相应的减少。氧含量大约0.002%，硫含量大约0.03%，由于形核基底比较少，所以铁液的过冷度会变大，在含碳量相同的情况下，电熔炉会比冲天炉高400 至500℃。铸件的细薄之处更容易发生白口，切削性能自然就比较差；电熔炉的铸件，往往收缩倾向大，容易产生缩孔和缩松；采取通常的孕育手段作用不明显，须采用大剂量、强效孕育剂及多次孕育。由于冶金能力差，炉料的适应性远不如冲天炉。必须使用洁净无锈的炉料，配料的成分应满足铁液成分的要求，而不能期望通过熔炼达到铁液的成分。

工艺性能分析

冲天炉和电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%。

对产品的适应性不同

冲天炉熔炼的产品比较多，这其中包括蠕墨铸铁、球墨铸铁、灰铸铁、白口铸铁和部分合金铸铁合金，冲天炉也可以熔化和加工石料。电炉的产品比较单一，一般都是有色金属和各种牌号的钢铁。

对生产方式的适应性不同

冲天炉是连续熔炼，铁液以一定的流量从炉内连续流出。而电炉是间断熔炼，间隔一段时间提供等于炉子容量的铁液。

能源利用、环保方面的差异

环保方面

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85%）消耗量在100kg 左右，完全燃烧发热量为2896MJ。冲天炉以电为能源，每吨铁液耗电能2160MJ（600kWh）左右。我公司采用应达10t 中频感应电炉，每吨铁液的耗电量约520 KWh，每吨铁液的耗电量如果按消耗的标准煤对比，1kg 焦炭需要1.25kg 标准煤，则每吨铁液折合消耗标准煤125kg；1 度电需要0.36kg 标准煤，则每吨铁液折合消耗标准煤216kg。目前我国的电力结构主要是火电，感应电炉对不可再生资源的消耗超过冲天炉70%。由此而带来的污染物排放量也超过了冲天炉。随着电力结构的变化，现状会得到改变。有些地区的电力结构主要以水电、核电为主，采用中频感应电炉熔炼还是比较有优势的。

设备结构和辅助设备对熔炼的影响

结构不同的冲天炉，它们的性能差别非常明显。实际生产中，我们要根据产量、生产方式、炉料成分和铸件的牌号等各项要求，选择不同的冲天炉结构与辅助的相关设备。冲天炉适应性非常强，能够适应不同的辅助设备和结构，我们可以从单班制常温常炉衬冲天炉、自动化外热风无炉衬长龄炉选择，另外也有不同的系统选择。电炉是坩埚炉，熔化和过热是它的基本功能，结构对它的影响很小，由此可以看出，冲天炉可以根据生产条件来选择炉子，而电炉只能根据基本的功能选择生产条件。

设备投资

冲天炉熔炼系统差别都比较大，根据不同的熔炼条件和性能选择不同的冲天炉，售价差别都比较大，企业可以根据自身的条件和要求选择相应的冲天炉。电炉冶金功能单一，因而不同结构的中频感应炉性能差别都比较小，影响价格的因素，主要在不同的品牌和质量，在生产条件要求一样时，只能按照路子的要求提供生产条件。冲天炉和电炉之间选择，电炉的一次性投资往往较高，企业应综合考量。

结语

主要从铁液质量、工艺性能、能源利用、环保等几个方面对比分析了冲天炉-电炉双联熔炼和中频感应电炉的特点，谨供参考。在实际操作中具体哪种熔炼方式更好要根据本地区的实际情况，综合经济效益、社会效益等进行综合考虑。