純氧天然氣回轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)應(yīng)用

呂榮伏

（山東鐵戈?duì)t業(yè)有限公司，山東  濟(jì)南  250002）

摘要：總結(jié)了山東鐵戈?duì)t業(yè)有限公司天然氣純氧回轉(zhuǎn)化鐵爐的一些技術(shù)進(jìn)展，包括減少鐵燒損、提高爐襯壽命等，并介紹了公司所研制的回轉(zhuǎn)爐在灰鐵和球鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：天然氣純氧回轉(zhuǎn)化鐵爐 RF 鑄鐵熔化  鐵燒損 爐襯壽命 灰口鑄鐵 球墨鑄鐵

Lv  Rong-fu

（Shandong Tiege Furnace Industry Co.,Ltd.，Jinan   250002，China）

純氧天然氣回轉(zhuǎn)化鐵爐（RF）以優(yōu)異的環(huán)保性能，受到了我國(guó)鑄造界 的高度關(guān)注^[1,2,3]。自2015年以來(lái)，國(guó)內(nèi)有多個(gè)單位和個(gè)人開(kāi)展過(guò)該爐的技術(shù)研究和商業(yè)推廣，但該爐的鐵燒損偏高問(wèn)題一直困擾著大家。山東鐵戈?duì)t業(yè)有限公司前身為山東特福隆機(jī)械有限公司，屬于國(guó)內(nèi)最早開(kāi)始研究 推廣該爐的單位。自 2015 年以來(lái)，公司在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上， 圍繞該爐鐵燒損高的難題，在爐襯材料、熔劑、燒嘴加熱功率及加熱程序 等方面，作了長(zhǎng)期的堅(jiān)苦研究，創(chuàng)新了天然氣純氧回轉(zhuǎn)爐技術(shù)。現(xiàn)將公司在回轉(zhuǎn)化鐵爐方面取得的一些技術(shù)進(jìn)展、以及該爐在山東章丘某機(jī)床鑄造廠、山東濰坊某球鐵管件廠、重慶市墊江縣忠榮機(jī)械制造廠等三個(gè)工廠的應(yīng)用情況介紹如下，供回轉(zhuǎn)爐研究或應(yīng)用的單位參考。

1鐵的燒損

天然氣在氧氣中燃燒產(chǎn)生的水蒸汽和二氧化碳，在高溫下有很強(qiáng)的氧化性，很容易導(dǎo)致鐵元素的大量燒損。如果回轉(zhuǎn)爐的鐵燒損接近或者超過(guò)10%，該爐便失去了應(yīng)用和推廣價(jià)值。制鐵元素的燒損，是該爐必須首先解決的技術(shù)難題。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家回轉(zhuǎn)爐的鐵燒損在 1.5%以下。山東鐵戈?duì)t業(yè)公司所研制的回轉(zhuǎn)爐，鐵燒損達(dá)到了國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，采取了兩方面的技術(shù)措施：

第一，大幅度提高回轉(zhuǎn)爐的加熱功率，通過(guò)縮短回轉(zhuǎn)爐的熔化時(shí)間， 有效降低回轉(zhuǎn)爐的鐵燒損。以爐容 3t 的回轉(zhuǎn)爐為例，國(guó)外回轉(zhuǎn)爐天然氣燒嘴的功率為 1400KW，單位爐容的加熱功率約為 467KW/t，每爐的熔煉時(shí)間約為 100min，其中爐料預(yù)熱、熔化和過(guò)熱的時(shí)間約為 70min^[4]。3t 感應(yīng)熔化電爐可在 45min 左右將室溫爐料加熱熔化為 1500℃左右的鐵液，其加熱功率約為 2100KW，單位爐容的加熱功率約為 700KW/t，即國(guó)外 3t 回轉(zhuǎn)爐的加熱功率約為感應(yīng)電爐的三分之二。回轉(zhuǎn)爐加熱功率低、熔化時(shí)間長(zhǎng)，是鐵元素氧化燒損的重要原因之一。鐵戈公司的回轉(zhuǎn)爐目前按熔化電爐單位爐容的功率配置天然氣燒嘴，加熱時(shí)間短、鐵的氧化燒損率低。但是在大幅度提高加熱功率、解決鐵的氧化燒損之后，爐襯壽命問(wèn)題突顯了出來(lái)。

第二，造稀渣、用稀渣保護(hù)固態(tài)爐料和液態(tài)鐵液,減少金屬氧化。國(guó)外回轉(zhuǎn)爐熔化鑄鐵一般用硅砂造渣，爐渣特別粘稠、甚至呈干硬、結(jié)塊狀，很難對(duì)爐料和液態(tài)金屬提供有效保護(hù)。鐵戈公司研制了一種適合于回轉(zhuǎn)爐熔化的低熔點(diǎn)造渣劑，對(duì)固態(tài)爐料有一定的“包裹效應(yīng)”，對(duì)液態(tài)金屬液有很好的“覆蓋作用”，有效防止了鐵元素的氧化燒損^[5]。需要注意的是，造渣劑與爐襯材料之間存在相互作用，造低熔點(diǎn)稀渣需要與之相適應(yīng)的爐襯材料。

通過(guò)大幅度提高回轉(zhuǎn)爐的加熱功率和造稀渣，鐵戈公司解決了回轉(zhuǎn)爐鐵燒損率高的難題，鐵燒損在 1.3%左右。此經(jīng)驗(yàn)對(duì)從事回轉(zhuǎn)爐研究的有關(guān)單位和個(gè)人，有一定借鑒意義。

2爐襯壽命

國(guó)外天然氣純氧回轉(zhuǎn)爐一般采用石英系酸性爐襯。按照國(guó)外天然氣純氧回轉(zhuǎn)化鐵爐的技術(shù)資料，影響爐襯壽命的因素包括爐料的塊度、加料時(shí)的爐料落差、爐膛溫度等三個(gè)方面。爐料塊度大、加料時(shí)爐料落差大，爐料產(chǎn)生的沖擊力容易導(dǎo)致?tīng)t襯局部損壞、爐襯壽命大幅度降低。爐膛溫度過(guò)高，容易導(dǎo)致?tīng)t襯材料的熔融和化學(xué)侵蝕。鐵戈公司在研究國(guó)外回轉(zhuǎn)爐技術(shù)的基礎(chǔ)上，為了減少鐵元素?zé)龘p和造渣，創(chuàng)造性地使用了剛玉型中性爐襯。剛玉型中性爐襯材料造價(jià)高 。

回轉(zhuǎn)爐使用剛玉型中性爐襯材料，涉及配方和烘爐工藝問(wèn)題，公司因此交了不少“學(xué)費(fèi)”、吃了不少苦頭。在提高中性爐襯材料壽命的試驗(yàn)中，公司曾求助于國(guó)內(nèi)、國(guó)際好幾個(gè)著名的耐火材料公司，使用過(guò)他們提供的中性爐襯材料，并嚴(yán)格遵從其技術(shù)指導(dǎo)進(jìn)行筑爐、烘爐和燒結(jié)，但仍未取得延長(zhǎng)爐襯壽命的效果。公司因此曾一度計(jì)劃放棄中性爐襯，改用全世界目前通用的酸性爐襯。公司在剛玉型中性爐襯壽命所進(jìn)行的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，該爐襯損毀的主要原因?yàn)闋t襯燒結(jié)層薄弱、強(qiáng)度低，不能抵御爐料對(duì)爐膛的沖擊和磨損。在最后一次進(jìn)行的中性爐襯壽命試驗(yàn)中，公司圍繞提高爐襯燒結(jié)層厚度調(diào)整了材料配比，同時(shí)大幅度提高了爐襯的燒結(jié)溫度，爐襯使用壽命已達(dá)1000余爐次。 回轉(zhuǎn)爐使用中性爐襯具有技術(shù)創(chuàng)新意義，拓寬了回轉(zhuǎn)爐熔化金屬的范圍，比如鎳、鉻、錳系列的合金鋼也可以用回轉(zhuǎn)爐熔化。

除了爐襯材料配比和燒結(jié)溫度外，爐膛溫度對(duì)爐襯壽命也有直接影響。前文說(shuō)過(guò)，公司回轉(zhuǎn)爐天然氣燒嘴的功率是國(guó)外同容量化鐵爐的 1.5 左右，大功率燒嘴有利于縮短熔化時(shí)間、提高生產(chǎn)率，但也容易導(dǎo)致?tīng)t襯過(guò) 燒，影響爐襯壽命。公司使用該爐的經(jīng)驗(yàn)為，熔化前期燒嘴采用大功率 加熱固態(tài)爐料、促使?fàn)t料快速成液；在爐料成液、鐵液過(guò)熱、爐溫明顯升 高時(shí)，逐步降低燒嘴的加熱功率，防止?fàn)t襯過(guò)燒。國(guó)外回轉(zhuǎn)爐在鐵液過(guò)熱 階段，天然氣燒嘴一般采用最大加熱功率。公司采用的回轉(zhuǎn)化鐵爐加熱 程序，不同于國(guó)外已有技術(shù)。

3 回轉(zhuǎn)爐應(yīng)用介紹

山東鐵戈?duì)t業(yè)有限公司 2016 年 6 月，在山東章丘某樹(shù)脂砂手工造型的機(jī)床鑄造廠，用新研制的一臺(tái)3t回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行了灰鐵的首次熔煉試驗(yàn)，鐵液澆注溫度1400℃，每爐熔煉時(shí)間90分鐘，鐵的燒損率低于1.5%，成功澆注出了壁厚在 20～60mm 之間、單件質(zhì)量在 500～2000kg 之間、牌號(hào)為 HT250 的機(jī)床床身鑄件。2017 年因該廠場(chǎng)地狹窄、天然氣和氧氣供應(yīng)系統(tǒng)不符合安全技術(shù)規(guī)范，導(dǎo)致該廠無(wú)法繼續(xù)使用回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行機(jī)床床身的生產(chǎn)。回轉(zhuǎn)爐在該廠使用的累計(jì)爐次超過(guò)80爐次。

2018年3月鐵戈公司在山東濰坊某垂直造型流水線生產(chǎn)球鐵管件的鑄造廠，進(jìn)行了回轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)球鐵的生產(chǎn)驗(yàn)證，鐵液出爐溫度1550℃，每爐熔煉時(shí)間在80至90分鐘，鐵的氧化率0.8%-1.3%之間，澆鑄出壁厚在 2.5～5mm 之間、單件質(zhì)量在 0.1～1.5kg 之間、牌號(hào)為QT450-18、QT450-19 等的球鐵管件。后因該廠的天然氣供應(yīng)又不符合當(dāng)?shù)匕踩a(chǎn)的規(guī)定，導(dǎo)致該廠無(wú)法繼續(xù)使用回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行球鐵管件的生產(chǎn)。該廠累計(jì)用回轉(zhuǎn)爐約60爐次。

2018年6月，重慶市墊江縣忠榮機(jī)械制造廠考察了濰坊某球鐵管件廠的生產(chǎn)，并用回轉(zhuǎn)爐的鐵液澆注了三角試片，檢測(cè)了鐵液的白口傾向，隨即訂購(gòu)了一臺(tái)鐵戈公司生產(chǎn)的3t回轉(zhuǎn)爐。2019年初，該廠又訂購(gòu)了第二臺(tái)3噸回轉(zhuǎn)爐。現(xiàn)在該廠已經(jīng)熟練使用回轉(zhuǎn)爐熔煉鐵水，鐵液溫度控制在1450℃左右，每爐熔煉時(shí)間在60-70分鐘之間，天然氣消耗量在70立方米/噸左右，鐵的燒損率在1%以下。截止到2019年8月，該廠應(yīng)用的第一臺(tái)回轉(zhuǎn)爐的爐襯壽命已超過(guò)1000爐次。該廠訂購(gòu)的鐵戈公司的3噸天然氣純氧回轉(zhuǎn)爐見(jiàn)圖1。

圖1 3噸天然氣純氧回轉(zhuǎn)爐

重慶市墊江縣忠榮機(jī)械制造廠地處墊江縣澄溪鎮(zhèn)，距離重慶市區(qū)約 100 千米，是一個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)鑄鐵鍋的小型鑄造企業(yè)，以擠壓鑄造工藝生產(chǎn)的鑄鐵鍋在當(dāng)?shù)叵碛惺⒆u(yù)。該廠電力變壓器只有 250kW 同時(shí)不具備電力增容條件，以回收的廢舊鐵鍋和廢機(jī)鐵為原料生產(chǎn)鑄鐵鍋，鐵鍋的壁厚在 1mm 左右，很容易出現(xiàn)白口，其鐵液的化學(xué)成分呈現(xiàn)高碳、高硅特點(diǎn)（見(jiàn)表 1）。該廠用回轉(zhuǎn)爐熔化鐵液的能源費(fèi)用至少低于感應(yīng)電爐150 元，噸鐵液的能源費(fèi)用見(jiàn)表 2。

表 1 鑄鐵鍋鐵液的化學(xué)成分

Table 1 Chemical Composition of Iron liquid on the Cast Iron Pot

表 2 鑄鐵鍋鐵液的能源費(fèi)用

Table 2 Energy costs of Iron liquid on the Cast Iron Pot

墊江縣忠榮機(jī)械制造廠以回收的廢舊鐵鍋和廢機(jī)鐵為原料生產(chǎn)鑄鐵鍋取得成功后，為了進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，開(kāi)始用鐵渣、鋼渣生產(chǎn)鐵鍋，也取得了成功。

從鐵戈公司的上述實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，天然氣純氧回轉(zhuǎn)爐可以生產(chǎn)灰鐵鑄件、也可以生產(chǎn)球鐵鑄件，可以生產(chǎn)厚壁鑄件、也可以生產(chǎn)薄壁鑄件，該爐有很強(qiáng)的鑄件生產(chǎn)適用性。

純氧天然氣回轉(zhuǎn)爐相比于傳統(tǒng)的燃焦沖天爐，無(wú)疑更具有優(yōu)異的環(huán)保性，相比中頻感應(yīng)電爐具有節(jié)能、環(huán)保、高效、燒損低的優(yōu)點(diǎn)，因此呼吁天然氣供應(yīng)充裕、氣價(jià)較低地區(qū)的鑄造廠，優(yōu)先考慮使用天然氣回轉(zhuǎn)爐。

參考文獻(xiàn)

[1]錢立,張明.我國(guó)天然氣化鐵技術(shù)的發(fā)展與建議[J].鑄造,2017,66(08):826-830.

[2]張明,錢立.純氧天然氣回轉(zhuǎn)化鐵爐及其優(yōu)越性[J].現(xiàn)代鑄鐵,2017,37(03):19-26.

[3]殷黎麗,張明,楊彬.純氧天然氣回轉(zhuǎn)化鐵爐高功率密度燒嘴及其燃燒控制系統(tǒng)[J].鑄造,2018,67(12):1085-1089.

[4]殷黎麗,楊彬,李春澍.純氧燃?xì)饣剞D(zhuǎn)化鐵爐及熔煉特性[J].鑄造,2015,64(10):989-993.

[5]殷黎麗,張明,楊彬,呂榮伏.純氧天然氣回轉(zhuǎn)化鐵爐應(yīng)用的幾個(gè)問(wèn)題[J].鑄造,2018,67(07):588-592.

※作者簡(jiǎn)介:呂榮伏（1975—），男，福建泉州人，工商管理碩士，山東鐵戈?duì)t業(yè)有限公司董事長(zhǎng)，電話：13954154666，Email:tgly6666@126.com.目前主要從事純氧天然氣回轉(zhuǎn)爐的研究和推廣。