铸铁厂对熔炼车间的要求是提供质量合格（铁液温度、化学成分等满足工艺要求）、数量满足造型车间所需求的铁液；对大量流水生产的铸铁工厂而言，还必须按不同造型线的节拍和化学成分等要求，保质、保量、快捷、安全的将铁液从熔炼炉经各种不同的处理-运输，直至澆入铸型。铸铁熔炼车间的设计应在工艺、设备的选择和布置以及物流设计等各个方面充分考虑上述要求。下面介绍欧洲在不同时期的两个大量流水铸铁熔炼车间布置，以求给我们一些有益的启示。
　　一、欧洲不同时期铸铁熔化车间的布置
　　１．时间：20世纪八九十年代；地点：意大利
　　克里斯蒂罗（ Crescentino，以下简称C厂）铸造厂是意大利菲亚特（FIAT）集团泰克斯特（Taksit）铸锻公司下属的两个铸造厂之一，该厂占地面积11.54万㎡，使用面积9万㎡，年产高牌号灰铸铁和球墨铸铁铸件15万吨。共有三条高压(SPO)造型线（见表1），正常情况下两班生产，如市场需要也可组织单班或三班生产；可以三条线同时生产，也可只开一条或两条线。

　　C厂的熔炼车间主要设备是外热风冲天炉和与之匹配的三台卧式有芯感应电炉和4台无芯感应电炉。生产中所需的铁液由冲天炉-有芯感应电炉的双联方式提供，无芯感应电炉仅用于对化学成分有特殊要求的铁水调整成分时使用（如在生产球墨铸铁曲轴时增加铁液中铜的含量）。冲天炉生产率为45t/h，两个分渣包，每周交替使用，冲天炉每月修理一次；有芯感应电炉：100t/90t×3，卧式，两个感应器，每个感应器为双熔沟，正常生产时使用两台：一台为灰铸铁储存、提供铁液用，一台为球墨铸铁铸件储存、提供铁液，另一台备用；（脱硫）摇包： 20t×2；无芯感应电炉： 20t×4。
　　冲天炉作为中央熔化设备，按生产计划将灰铸铁、球墨铸铁铁液经开放式导流槽依次流入两台有芯感应电炉中的其中一台——灰铸铁铁液直接进入（灰铁）有芯感应电炉，球墨铸铁铁液先进入摇包脫硫（两个包交替使用），脱硫后的铁液再经导流槽进入(球墨铸铁)有芯感应电炉；球墨铸铁采用型内球化工艺，铁液都是用叉车将其运至造型线浇注机（见图1）。
　　C厂熔炼车间设计特点是利用冲天炉、摇包、有芯感应电炉以及无芯感应电炉等设备高度和距离上的差距将它们有机的串联起来。
　　1. 45t/h外热风冲天炉 2.20t×2摇包　3. 90/100t×3有芯感应电炉　4. 20t×4无芯感应电炉
　　2. 时间：2012年；地点：德国
　　德国梅特曼（Mettmann，以下简称M厂）铸造厂是乔治费歇尔（Geory Fischer）公司汽车业务部生产乘用车和多用途车底盘、转动系统和结构用铸铁件领域的最大铸造厂，约有员工1000人，年生产球墨铸铁铸件20万吨。工厂原有5条造型线生产各种球墨铸铁铸件和Sibo Dur系列球墨铸铁件，2012年投产的第六条生产线（AMR）专为乘用车生产轻量化底盘及曲轴（见表2）。

　　M厂熔炼车间每年生产铁液约40万吨，主要设备是外热风冲天炉和与之匹配的4台（立式）有芯感应电炉和两台无芯感应电炉。冲天炉生产率为70t/h，（冲天炉风量为38000Nm3/h，氧气用量为5300Nm3/h）；有芯感应电炉容量为105t/90t（额定功率1200KW）；无芯感应电炉的容量为12.5t。生产中所需的铁液由冲天炉-有芯感应电炉的双联方式提供，无芯感应电炉作为备用熔炼设备和熔炼特殊合金时用（见图2、图3）。

当2012年第六条造型生产线——AMR线运行后，铁液需求量的峰值每小时增加20t，这些增加量通过把冲天炉的生产率由原70t/h提高到90t/h（采取增大风量和富氧送风等措施），有芯感应电炉也由3台增加到4台。

冲天炉作为中央熔化设备，所生产的铁液分批次经开放式导流槽系统依次流入4台有芯感应电炉中的一台（见图4），球化处理分别在6.5t、5.5t和3.5t的GF转包中进行，叉车把球化处理后不同牌号的铁液运至五条造型线容量为7～20t不等的浇注机（除最早的一条造型线—AM409线—采用起重设备将球化处理后的铁液运至30t的浇注机外）；待浇注铁液的牌号从GJS400到GJS800，以及SiboDur450-17到Sibo Dur700-10，分别被储存在4个有芯感应电炉中，最终的化学分析，尤其是碳含量的测定在浇注前完成。

　　二、欧洲不同时期铸铁熔化车间的同和异
　　上述两个铸铁熔炼车间虽然来自在两个国家、时间也跨越了30多年，但仔细对比就可以看出，它们是大同小异。
　　“大同”表现在生产工艺（冲天炉-有芯感应电炉双联熔炼）、主要工艺设备（外热风冲天炉、有芯感应电炉等）以及铁液运输方式（叉车）相同；
　　“小异”则表现在随着时间的推移，（与C厂相比）M厂几乎在所有的细节上都有了长足的进步。
　　1．外热风冲天炉
　　与C厂相比，M厂冲天炉在外热风、富氧送风等诸多应用技术有了很大的进步，炉龄寿命也有了明显的提高。
　　2．有芯感应电炉
　　与C厂相比，M厂有芯感应电炉在以下方面有了很大的进步。
　　（1）炉型 C厂是卧式，而M厂是立式。M厂的炉体呈球形，底部为蝶形，炉体的上盖为圆顶形（见图5），这种设计提高了热效率并提高了耐火材料的使用寿命；铁液的进出都采用虹吸式流槽，使得在同一时间倒入和倾出铁液成为可能；感应器由水冷法兰固定在炉体的底部，感应器耐火炉衬的表面与炉体连接感应器的连接面炉衬紧密贴合，没有任何死角，而两个法兰之间的间隙还可安放光学仪器和测量装置监控感应器和炉体之间的敏感界面（见图6）。

（2）监测 与30年前相比，有芯感应电炉的监测取得了重大进步。图7是M厂的监控系统控制屏，在这里汇集了有芯感应电炉所有的相关数据——左側显示当前的作业模式和炉子各主要部件的任何故障；右側的上部显示冷却水的温度和流量；下部显示有效功率、无功功率、金属液和冷却套之间的绝缘电阻等显示炉衬损耗最重要的指标；底部列出冷却水套各重要部位实测温度；在图的下方显示16个热电偶测得的温度，这些热电偶按规定的深度安装在感应器耐火炉衬和炉体与感应器连接颈部的界面上。所有这些数据都是可以目测同时也被记录下来，根据这些数据就可以分析故障出现的频率和时间。

　　（3）寿命 20世纪八九十年代，由于有芯感应电炉的结构、耐火材料等方面的原因，感应器和炉体的寿命都不高，这就是为什么C厂需用两个而配置了3个炉体的原因（一个作为备用）；随着科技术进步，耐火材料、感应器和炉体的寿命都有了长足的进步，21世纪的M厂有芯感应炉就不需要备用炉体了。
　　3．冲天炉与有芯感应电炉的连接
　　C厂冲天炉只与两个有芯感应电炉的连接，生产两个牌号的铸铁；而M厂冲天炉与4个有芯感应电炉的连接，可以同时生产4个牌号的球铁。M厂冲天炉与有芯感应电炉连接的开放式导流槽长度和截面积都比C厂大的多。
　　4．无芯感应电炉
　　与C厂相比，M厂无芯感应电炉的作用进一步弱化，仅作为备用熔炼设备和熔炼特殊合金时用。
　　5．球化处理方式
　　C厂采用型内球化；M厂采用GF球化处理包。
　　三、欧洲不同时期的铸铁熔化车间布置给我们的启示
　　1．冲天炉仍然是重要的铸铁熔炼设备
　　冲天炉与同为铸铁熔炼炉的感应电炉和电弧炉相比，其优点是铁液过冷度低并在大规模、连续生产上有突出优势，其不足之处是其热效率（32%～42%）低于感应电炉（70%）和电弧炉（55%）。这是由于冲天炉的炉气带走了大量的热量，据德国对φ650㎜冷风冲天炉的热平衡测试，炉气带走的热量为42.6%（其中物理热占6.4%，化学热占36.2%），而真正用于铁液吸热（即热效率）仅为32.4%。炉气的物理热是指鼓入空气将焦炭燃烧后的热气流在通过过热区、熔化区、预热区后到达冲天炉加料口时所剩余的热量（一般为100～300℃）；炉气的化学热则是指冲天炉加料口处炉气中CO带走的热量，炉气中的CO2还原成CO是吸热反应（CO2+C=2CO-12628kJ/kg(C)），为了保证铁液质量（氧化少、元素烧损低），炉气应呈弱氧化性，CO含量一般为11%～13% 。通过合理的冲天炉有效高度设计和满料操作等措施可以减少物理热的热损失；但减少炉气中CO带走的热量就比较困难，这个问题曾一度严重阻碍了冲天炉的发展，经反复实践最终采用将炉气中的CO再燃烧预热入炉空气（俗称“预热送风”）的方法加以解决——由冲天炉加料口下方抽出炉气，经旋风重力除尘后进入燃烧室，在空气的助燃下，使炉气中CO充分燃烧；在换热器内，来自燃烧室的高温炉气将鼓入冲天炉的风加热至450～550℃，再经管道送入冲天炉；换热后的炉气经冷却器降温至150℃以下除尘排放，粉尘排放浓度可低于50mg/m3；换热管束由耐热不锈钢制成，为了保护换热器，当燃烧温度高于850℃时，燃烧室上方送入冷空气，把燃烧室出口炉气温度控制在800℃以下。
　　外热风冲天炉由于充分利用了炉气的物理热和化学热，热效率有了明显的提高，国外有些企业还进一步将换热器出口的余热用于发电等，使冲天炉的热效率接近感应电炉。外热风冲天炉的优点是：可使用100%废钢；铁液出炉温度高（1500～1550℃）；炉内最高温度＞1800℃，可有效消除炉料的遗转性；铸铁机械性能好；过冷倾向小、加工性能好、减少刀具磨损、提高了加工效率；节能、减少总的CO2排放；占地少等，尤其适用于大批量流水生产的铸造企业，外热风技术的应用使发达国家的冲天炉在铸铁熔炼的产量中一直保持较高的份额——美国占70%，欧盟占50%，德国占58%等。
　　冲天炉作为重要的铸铁熔炼设备正朝外热风、大型化、长炉龄、富氧送风的方向发展。
　　我国在冲天炉应用技术方面作了大量工作，但也走了不少弯路。近一段时期，由于国家对环保的重视及焦炭价格上涨等因素，一些部门和地区把冲天炉视为落后设备“一刀切”——限期关停，这种作法目前大有蔓延的趋势：据报道一个年产近百万吨的汽车铸件的县将冲天炉全部关停，据统计我国一个主要的冲天炉生产企业去年一年仅售出一台冲天炉，……；但另一方面一些企业如潍柴、一汽、重庆机电等又花高价从国外重复引进冲天炉。这看似矛盾的作法至少说明两个问题：一是目前我们国家还有不少人对冲天炉没有客观公正的认识；二是国内冲天炉的应用技术还明显落后于发达国家。
　　C厂和M厂虽时隔30多年，但他们都将冲天炉作为中央熔炼设备，不仅可以大量、连续不断供应铁液，而且还可根据需要扩大铁液供应量——M厂新增第六条生产线铁液需求量新增20t/h，通过采用增大送风量和富氧送风的办法将冲天炉生产率从70t/t增大到90t/h，而如果采用感应电炉除了新增电炉外别无它法；另外冲天炉铁液过冷度低、加工性能优于电炉熔炼也是不争的事实——潍柴一期花高价从国外引进一台冲天炉，通过整体测算他们认为物有所值，二期又引进了一台；一汽大众合资公司要求二铸厂引进冲天炉生产缸体；上述这些都说明冲天炉过去是、现在依然是重要的铸铁熔炼设备，绝不是应该淘汰的落后设备。目前，国内冲天炉绝大部分都是冷风冲天炉，不少冲天炉开炉时间短，除尘设施使用的也不多（有些不用、有些根本没有），所以出现的问题是一是环保不达标，二是热效率低、耗能大。如果采用外热风、长炉龄、富氧技术这些问题就不难解决，但这一套外热风装置技术复杂且耗资不菲，对一些产量小、品种多、开炉时间短的铸造企业选用冲天炉显然不太合理，可以、也应该改用感应电炉等其他的熔炼设备。
　　外热风冲天炉是个系统工程，一些关键技术（如燃烧室如何保证CO充分燃烧、换热器的效率和寿命等）国内还没有完全解决，所以就出现一方面需要引进，一方面国内冲天炉制造厂又没订单的尴尬局面。我国是铸铁生产大国，2013年铸铁产量已达3275万吨，随着国家转型升级、淘汰落后政策的逐步落实和《铸造行业准入条件》的实施，铸铁企业的集中度将会增大，这就要求外热风冲天炉国产化的进度必须加快，中铸造协会制定的铸造行业“十二五”规划中曾将外热风冲天炉列入新设备攻关项目，但令人遗憾的是始终未被列入国家的正式项目，今后我们仍要积极争取立项、组织力量攻关，力争早日生产出具有我国自主知识产权的外热风冲天炉。
　　2．冲天炉-有芯感应电炉双联是一种很好的熔炼方式
　　C厂和M厂都是大量流水生产的铸造厂，他们都采用冲天炉-有芯感应电炉双联熔炼，其中冲天炉是熔炼设备，有芯电炉是铁液的存储和缓冲装置。其特点是：
　　（1）由于有芯电炉容量大和溶沟的搅拌力可使铁液的成分和温度均匀。
　　（2）有利于流水生产中的铁液的供需平衡，一般要求双联的电炉容量是冲天炉生产率的1.5～2倍以上（C厂、M厂都是4倍左右）。
　　（3）可提高生产效率。采用二班工作制时，可逐步减少感应电炉铁液数量，冲天炉在第三班再向电炉补充铁液。
　　（4）有芯电炉电、热效率高，保温功率低（M厂为11.4kW/t铁液）；
　　（5）可同时进出铁液，对连续进铁和频繁出铁十分有利。
　　（6）有芯电炉炉衬厚、热损失少、寿命长。
　　（7）因有芯电炉铁液不能倒空，所以仅适用单一牌号的铁液。为保证获得不同牌号铁液，C厂选用两个电炉双联，M厂选用4个电炉双联。
　　（8）由于有芯感应电炉炉体内一直有铁液，安全性要求高，因此需对其实时监测。
　　3．先进、合理的铸铁熔炼车间设计
　　大量流水生产铸铁厂熔炼车间优秀的工厂设计（如C厂和M厂）至少应包含以下几个方面的内容：
　　（1）选用先进的工艺和设备 工厂设计必须遵循“以产品定工艺，以工艺定设备，以设备定厂房”的原则。根据产品的特点和工厂的现实选用先进的生产工艺和设备，C厂和M厂都做到了这一点（见表3）。

　　（2）在数量和质量上满足造型线对铁液的需求 对于大量流水生产的铸造厂，造型线就是“上帝”，熔炼车间和其它车间一样都应该满足造型线生产率的需求，除了质量上（成分、温度以及球化、孕育等等）符合工艺要求外，在数量上要按时、按量（除正常生产外，还应满足峰值时的需求）供应造型线，只有这样才能保证整个铸造厂的生产纲领和劳动生产率指标的完成。以M厂为例：
　　数量——新的AMR造型线投入运营，铁液实际需求量的峰值增加了20t/h,这些需求通过将冲天炉生产率提高到90t/h和专门新增一台105t立式有芯感应电炉来解决。此外6条造型线都有浇注机，容量6～30t不等，也起到一定的存储和缓冲的作用。
　　质量——4个有芯电炉分别储存4种不同牌号的球铁铁液；最终的化学成分，尤其是含碳量的测定，应在浇注前完成。
　　（3）安全、快捷的物流 物流（尤其是铁液）的设计要求安全、快捷，这一点C厂和M厂做得都很出色。
　　①冲天炉铁液按高度落差或直接流入各自的感应电炉、或经过转包脱硫后（C厂）流入感应电炉，M厂从冲天炉出铁口到最远的RIO4有芯感应电炉导流槽长达20m（斜度3.3%，横截面面积为200㎝2）。
　　②感应电炉可以在同一时间倒入和倾出铁液，而无需装置。
　　③铁液从电炉出铁后由叉车运至球化处理站球化处理后再由叉车倒入浇注机，或直接由叉车运送并倒入浇注机。
　　上述这些效果与设备的平面布置、主要设备（冲天炉、转包、感应电炉和铁水包）高度上慎密的计算以及选用叉车运输、GF转包球化、浇注机浇注等总体设计是密不可分的。
　　笔者曾在20世纪七八十年代也曾主持过球墨铸铁厂熔炼车间的设计，虽然也选用冲天炉-感应电炉熔炼熔炼工艺，但选用的是冷风冲天炉和无芯感应电炉，球化处理采用冲入法球化，没有严格的脱硫工序，铁液运输采用天车和电动跑车（见图8）。

1.冷风冲天炉 2. 廻转前炉 3. 3t感应电炉 4. 10t感应电炉 5. 5t*2天车6. 3t×2电动跑车 7. 造型线

与C厂、M厂相比，笔者上世纪七八十年代设计的球铁厂熔炼车间工艺和设备水平的差距十分明显（见表4）。\

　　笔者所在的工厂也曾试图采用过GF转包球化工艺，但由于感应电炉的高度和天车转运等环节制约，最后被迫放弃。
　　（4）细、净的炉料管理 原材料是铁液的粮食。炉料的质量直接影响铁液的质量和成本，除了按铁液牌号要求采购符合要求的炉料外，在熔炼车间设计时应特别注重炉料的“细”和“净”。
　　所谓“细”，是指不同炉料，包括生铁、废钢、回炉料、铁合金等，要分类堆放，以保证铁液成分的准确。
　　所谓“净”，是指待入炉的炉料干、净，金属炉料不应有锈蚀、铁合金不应潮湿、砂子等垃圾不应入炉，以保证铁液质量并减少能源的浪费。
　　在这些方面一直是包括C厂、M厂发达国家铸造厂的强项，让人欣慰的是上述观点已开始被越来越多的国内铸造企业所接受。
　　4．建立现代化的汽车铸铁铸件生产基地
　　汽车工业是国民经济的支柱产业，随着我国汽车工业的发展，汽车铸件在铸件总产量的比重逐年上升，2013年我国汽车铸件产量已占铸件总产量的26.5%（见表5）。

　　汽车铸件的特点：①产量大。②质量要求高。③供货计划性强。④价位相对较低。⑤轻量化是汽车永恒的课题，因此对新技术、新材料比较敏感。
　　为满足上述要求，发达国家一些大的汽车公司多采用建立现代化的大型汽车铸件生产企业，除上述的C厂和的M厂外，美国、意大利、德国、法国等都有许多这样的铸造厂，随着经济全球化，现在墨西哥、巴西等发展国家也有类似的铸造厂，它们的特点是产量大、质量好、工艺水平高并采用现代化的管理方法。我国近年来也开始出现一些成功的汽车铸件专业厂，如：河南中原内配气缸套专业厂、山东烟台胜地为代表的制动盘专业厂、河南西峡的排气管专业厂等等，他们有些已经是亚洲、甚至世界最大的汽车零件专业厂，产品已被国际认可，进入国际知名品牌的汽车厂，但这远远不能适应巨大的国内外汽车零部件市场的需求，目前国内绝大多数汽车铸件还是由一些产量小、质量差、管理乱、污染严重的铸造厂生产，虽然单个工厂的产量并不大，但由于数量多，总体数量惊人，如河北一个县一年制动毂就能生产40万吨，河南一个县一年生产汽车铸件可达100万吨。这些工厂生产的铸件大多质量稳定性差，不仅很难进入国际市场，同时还存在很大的安全隐患、浪费资源、污染环境。“他山之石，可以攻玉”，我们应学习国外经验，建立一些现代化的汽车铸件生产基地，既可满足国内汽车零部件的需要，还可扩大出口进入国外汽车零部件市场，同时也可提升我国铸造产业的整体水平，加速我国迈向铸造强国的步伐。