一种冲天炉熔炼的循环经济模式
　　宋强 （青岛青力环保设备有限公司 青岛胶州市 266317）
　　摘要 铸造生产过程中，产生大量粉尘和有害气体，其中主要是砂尘、冲天炉烟尘和烟气，
　　同时伴有热能的散失。浪费资源、污染环境。本文提出一种在冲天炉熔炼中，通过
　　粉尘回吹造渣、熔渣直接制棉的途径，实现排放物产品化，综合利用资源和热能的
　　循环经济模式。本文在生产实验的基础上，从废渣和粉尘的来源、向冲天炉内喷吹
　　粉尘的方法、对冲天炉熔炼的影响、制棉工艺等方面阐述了冲天炉熔炼中资源综合
　　利用的可行性。
　　关键词 冲天炉 熔炼 粉尘回吹熔渣制棉 资源综合利用循环经济
　　前言
　　在冲天炉熔炼中，大量烟尘和炉渣被弃置，浪费了资源，污染了环境，已成为制约冲天炉合理应用的主要因素。近年来，在建设循环经济大目标的鼓舞下，我国铸造行业已开始思考在冲天炉熔炼中实现节能减排、资源综合利用的问题，一些厂家在寻求可行的途径，并取得了宝贵的经验。例如采用顶置外热风冲天炉及相关的熔炼技术，成功利用钢铁厂废渣铁、氧化铁粉尘等低质炉料熔炼铸铁，平均出铁率达到8 8％以上。使用固定碳83％左右的非标焦炭的焦耗率约20％，出铁温度高于1500~C，铁液成分符合要求。铁液被用来浇注炼钢铁锭被和灰铁铸件，炉渣用做建材原料，收到了较好的经济效益和社会效益。
　　1、铸造粉尘造渣
　　将铸造粉尘加入冲天炉送风中，吹入底焦，其中的可燃成分参与炉内的燃烧，矿物成分参与造渣，铸造粉尘变为熔渣，为其产品化完成预处理。
　　铸造粉尘主要是冲天炉烟尘和砂处理粉尘，我国每年铸造产生的粉尘上百万吨。粘土砂粉尘是粘土砂旧砂处理时，在除尘系统中收集的粉尘。约含20％煤粉和80％矿物粉尘，可能有少量的有机粘结剂粉尘。矿物粉尘成分主要是膨润土：(A12,Mg3)ShOlo OH2．n／-t20
　　和Si02．其中Si02平均约占68％；A1203约占25％；MGO约占2．7％；CaO约占1．4％；Na20约占1％；K20约占0.8％。冲天炉烟尘中焦炭粉占约60％，其余主要是Ca0和Si02。
　　这些粉尘的排放和不当弃置，不但污染环境，而且浪费了资源。回收铸造粉尘并进行资源化、产品化处理，是实现绿色铸造及资源综合利用的必要途径。
　　向冲天炉内回吹粉尘的方法，源自冲天炉附加煤粉强化熔炼技术和送风喷吹粉料脱硫技术。大量实验表观，铸造粉尘随送风进入冲天炉底焦后，对冲天炉熔炼的影响与附加煤粉及脱硫剂类似，对冲天炉熔炼有明显的强化作用。国外也有冲天炉烟尘成功回吹的实验报道。在潮模砂造型的铸造生产中，吨铸件砂处理粉尘的量远大于冲天炉烟尘的量，砂处理粉尘回吹有更大的意义。其意义在于：①回收了粉尘中可燃成分(煤粉、有机粘结剂粉)的热量，增加了炉内热量来源，实现了节能；强化底焦燃烧和炉内换热。②粉尘中的矿物成分成为炉渣，为进一步的资源化、产品化处理打下了基础。是实现铸造粉尘资源化、产品化的司行之路。也是环境保护最积极、最彻底的办法。
　　将粉尘按一定流量加入冲天炉送风中，使其呈悬浮状态，经风口随风吹入冲天炉底焦。在底焦中，粉尘中的可燃物发生燃烧，产生热量；粉尘的大量表面积具有表面能，为炉气中CO的燃烧提供了充分的热力学和动力性条件，加快CO的燃烧速度，从而提高炉气的燃烧比，产生提高炉温、提高熔化强度、减少焦炭消耗的明显效果。高度分散的粉尘质点，与铁液、焦炭表面广泛接触，其中的碱金属和碱土金属氧化物可与S反应生产稳定的硫化物，发挥脱硫作用，并增加自生晶核数量；进入铁液的矿物质点还有净化铁液的作用。实现既生产合格的铁液，又最大限度综合利用资源的目的。
　　2、冲天炉回吹铸造粉尘工艺流程
　　设备系统及工艺流程见下图。
　　将除尘系统收集的铸造粉尘加入密封储粉罐，在流量调节器控制下，定量送粉器按设定流量将粉尘送入风管中，随风吹入冲天炉风口。
　　冲天炉回吹铸造粉尘的主要设备列于表1中。
　　表l冲天炉回吹铸造粉尘设备

　　3、试验方法
　　设备安装好之后，对设备系统进行全面检查，设备系统应达到如下要求：
　　1)系统运转部分动作平稳、正常；调控机构准确可靠。
　　2)各密封连接处无渗漏。
　　3)开炉前2小时之内将粉料加入储粉罐，密封加料口；
　　冲天炉开炉后，待炉况正常了，即可进行回吹粉尘试验。试验按下述步骤进行：
　　1)开启平衡管阀门，向储粉罐充压；
　　2)将电机调速器调至最低供粉流量(约1kg／min)转速；
　　3)启动电动机，开始送粉，记录送粉流量：
　　4)观察并记录炉况(出铁温度、炉渣性状、冲天炉加料口烟气状况等)，密切关注炉
　　况的变化，根据炉况变化及时采取措施：
　　①炉况稳定，少量增加送粉量，每次增加流量l～2kg／min,连续两次增加流量的间隔
　　可取30min左右。
　　②炉况变好(铁液温度升高、炉渣流动性好、渣色透明、熔化速度加快)，视变好程
　　度增加送粉量，每次增加流量2～3min，连续两次增加流量的间隔可取30min左右。
　　③炉况变差，立刻减小送粉流量，减少的幅度视炉况变差程度而定，可按照上一次的
　　增加调整量为限度分次适量调整。
　　送粉期间，按增粉增风、减粉减风的规律适时、适量调整入炉风量。必要时，应适当
　　调整层焦量、补焦量，保持工艺要求的炉况最佳状态。
　　达到最大送粉量时，保持炉况稳定，取样化验铁液成分，分析五大元素的增减情况，
　　确定是否需要采取技术措施，提高综合效益。
　　4、注意事项
　　a)停风时，应先停止送粉，避免粉料在风箱中堆积，造成阻塞。
　　b)每次试验后，应将储粉罐中剩余粉料清除，防止粉料在罐中自然沉积板结，影响
　　下次使用。
　　c)按粉尘和石灰石质量1：1～1．2的比例增加石灰石，并根据渣的性状适当调整石灰
　　石量。
　　d)适当减小除尘风量，降低粉尘中大颗粒沙尘的比例，以减轻冲天炉熔化粉尘及造
　　渣的负担；避免大颗粒沙尘在风箱中沉积。
　　e)煤粉燃烧需要氧气，根据入炉煤粉流量相应增加送风量。增加的风量Q可按下式
　　计算：
　　Q=7m+2.5n
　　式中：Q——增加的风量(Nm?／min)
　　m——入炉粉尘中含煤粉的流量(kg／min)
　　n——还原带产生的CO量(Nm?)
　　n的值可在不吹入粉尘时的正常炉况下，从上排风口以上约lm处抽炉气检验得出。
　　本项目从全部风口吹入粉料，为简便计，n可忽略不计，通过观察炉况调整风量解决。
　　5、实验效果
　　本项实验在3t/h自热送风两排大间距风口冲天炉上进行。该炉为正常生产用炉，采用正常炉料熔炼HT200，焦炭固定碳含量83％。
　　试验结果列于表7中。

　　6、冲天炉熔炼的资源综合利用
　　6．1冲天炉熔渣的产品化处理
　　冲天炉炉渣的主要成分是CaSi03，出炉时呈玻璃状流体，在强气流喷吹或离心抛甩下易成细丝。从冲天炉中经分渣器连续流出的熔渣，进入制棉机，即可制成渣棉。再经过铺放、压缩成型，可制成设备和建筑物的保温、隔热构件，或建筑装修材料如吊顶板。炉渣制渣棉的优点是：同时回收了炉渣的热量和材料，在不投入材料、不单独消耗能源的情况下，将一直以来作为废弃物、对环境造成难以消除污染的铸造粉尘制成了产品，不但节省了原料和能源，而且彻底消除了粉尘对环境的污染。与传统的矿渣棉生产相比，工艺基本相同，但成本中节省了原材料和熔炼能源的费用，成本大幅度降低，在相同的售价时，利润显著提高。
　　即使将炉渣用于免烧砖、焊条药皮、水泥等初级产品，也可以实现冲天炉炉渣的资源化。无论资源化处理还是产品化处理，都可以变废为宝，解决资源循环利用和环境保护问题，带来不同的企业效益和显著的社会效益。
　　渣棉及渣棉产品技术和用炉渣做原料生产其它产品的技术，都是成熟的生产技术，关键是冲天炉熔炼与这些技术的融合，解决好炉渣碱度的调整、制棉温度、渣流量、渣棉机参数的控制等。
　　6．2冲天炉烟气的产品化处理
　　经布袋除尘器除尘的冲天炉烟气，灰尘的含量可降至每立方米几十毫克以下，可以作为生产液态二氧化碳和液氮的气源。与以空气为气源相比，冲天炉烟气中的氧气含量仅为
　　0.5％左右，加之石灰石分解产生二氧化碳，二氧化碳的含量很高。尤其外热风冲天炉，烟气中一氧化碳极少，送风中的氧气几乎都进入了二氧化碳。用烟气为原料制取二氧化碳气，单位能耗的产气量更大，也减少了二氧化碳的排放量。
　　下图表示冲天炉熔炼过程中，资源综合利用的工艺流程，按该工艺流程中大部分环节进行生产的冲天炉熔炼车间已在建设中，该车间建成投产后，将验证、改进工艺流程，进一步完善资源综合利用技术。
　　综合利用技术的可行性，受冲天炉生产规模的制约。尤其是制棉，要求相关工艺参数稳定。容量小、开炉时间短、炉况不稳定的冲天炉，难以保持制棉工艺参数稳定。随着我国铸造行业的调整，冲天炉熔炼将向外热风、大容量、长炉龄发展。可以预期，冲天炉无废弃物熔炼的目标不但可以实现，而且将被广泛地采用。
　　7、结语
　　冲天炉熔炼是铸铁件生产中的重要工艺环节，其突出的优点至今无可替代，但是其造成的资源浪费和环境污染己成了一定环境下的致命缺点。发扬优点、克服缺点不但是冲天炉发展必须解决的问题，更是我国迈向铸造强国待解决的问题。基于冲天炉回吹铸造粉尘的资源综合利用，为比较彻底地解决这一问题展现了一条可行之路。