摘要 本文從工藝性、投資、環(huán)保等方面介紹了沖天爐和電爐熔煉的區(qū)別，提出了工程設(shè)計(jì)中選用這些設(shè)備的一些建議。
關(guān)鍵詞 沖天爐 熔化電爐
1 概述
鑄造作為傳統(tǒng)的成型工藝，近年來在造型、制芯、砂處理、熔化等方面得到不斷的改進(jìn)，由于熔化工藝關(guān)系到鑄件材質(zhì)、澆注成型率、運(yùn)行成本等方面，特別是全球關(guān)注環(huán)境保護(hù)的今天，選用什么樣的熔化設(shè)備，顯得越來越重要了，為此，在新建鑄造項(xiàng)目的可行性研究報(bào)告（或備案報(bào)告）中，往往要對(duì)熔化設(shè)備的選用加以論證，但沖天爐和電爐熔煉那種方式更好，歷來是大家爭論的焦點(diǎn)，在此，筆者不敢妄加定論，但兩種熔煉方法生產(chǎn)的鑄件，在材料的品質(zhì)、加工性能、抗沖擊性和韌性方面確實(shí)略有差異，國內(nèi)外兩種熔煉方式都有。
2 沖天爐與電爐熔煉的各自特點(diǎn)
沖天爐熔煉與電爐熔煉具有如下特點(diǎn)：
1) 可連續(xù)出鐵液；
2) 適合于各種批量和規(guī)模的生產(chǎn)需要；
3) 設(shè)備費(fèi)用低；
4) 占地面積少；
5) 鐵液通過高溫焦碳層時(shí)，有凈化作用，可提供優(yōu)質(zhì)的鐵液；
6) 鐵液品質(zhì)穩(wěn)定，特別是對(duì)高牌號(hào)的鑄件；
7) 熔煉過程排放大量的灰塵和廢氣，如果處理不好，易造成環(huán)境污染；
8) 鐵液吸收來自焦碳的硫，對(duì)生產(chǎn)球墨鑄鐵不利；
9) 鐵液的化學(xué)成分和溫度波動(dòng)較大，且供應(yīng)量不易改變；
10) 貨物運(yùn)輸量較大。
3 沖天爐與電爐熔化的成本比較
3.1 成本構(gòu)成
熔煉成本的構(gòu)成大致由下列幾方面組成：設(shè)備折舊、占地面積分?jǐn)偂⒃牧腺M(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、環(huán)保治理費(fèi)用、人工費(fèi)等。
3.2 投資比較
下面是國內(nèi)三家近期建設(shè)的鑄造項(xiàng)目熔化工部設(shè)備投資比較表：
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序
號(hào)
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企業(yè)名稱及生產(chǎn)能力
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設(shè)備投資（萬元）
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備 注
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冷風(fēng)沖天爐+
感應(yīng)爐雙聯(lián)
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單一感應(yīng)
爐熔煉
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1
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年產(chǎn)3萬噸發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件某汽車廠
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1250
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2600
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前者占地面積大
后者占地面積小
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2
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年產(chǎn)7萬噸鑄鐵件某工程機(jī)械廠
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1620
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2400
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前者熔化工部占地面積3000m2
后者熔化工部占地面積2300m2
前者建筑工程費(fèi)用470萬元
后者建筑工程費(fèi)用360萬元
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3
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5噸/小時(shí) 出鐵量的某汽車廠鑄造車間
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558
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820
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前者通風(fēng)除塵系統(tǒng)費(fèi)用110萬元，后者通風(fēng)除塵系統(tǒng)費(fèi)用40萬元
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由上表可見：就熔化工部一次性裝備費(fèi)用而言，雙聯(lián)熔煉比單一感應(yīng)爐熔煉低20～40%，但是其占地面積及土建工程費(fèi)用則要高出30%左右。
3.3 計(jì)算舉例
以年產(chǎn)3萬噸鑄鐵件的某專業(yè)鑄造廠為例（上表1），雙聯(lián)熔煉，按兩班制作業(yè)。
計(jì)算依據(jù)如下：
鑄件工藝出品率按75%，征地價(jià)為5萬/畝；
沖天爐焦鐵比為1:7，焦炭價(jià)為1800元/噸；
石灰石占焦炭比例30%，石灰石80元/噸；
脫硫劑占鐵液含量2%，脫硫劑800元/噸；
沖天爐熔化時(shí)鐵損3%，生鐵價(jià)2000元/噸；
焦炭損失按5%；沖天爐每噸鐵液風(fēng)機(jī)功率20Kw；
每噸鐵液沖天爐修爐費(fèi)用為3元,電爐修爐費(fèi)用為1元，每噸鐵液設(shè)備維修費(fèi)為2元；
雙聯(lián)熔煉時(shí)，每噸鐵水升溫100℃，保溫至澆注時(shí)耗電量為40kWh；
當(dāng)?shù)仉妰r(jià)為0.5元/kWh；
工人年薪及福利均按3.5萬元/人；
設(shè)備及廠房折舊年限12年，在此基礎(chǔ)上，分析計(jì)算每噸鐵水的運(yùn)行成本為：
設(shè)備折舊費(fèi)為：
A=12500000÷12÷（30000÷75%）=26元/噸
占地面積分?jǐn)偅?
B=4000×50000÷666.7÷30÷（30000÷75%）=0.25元/噸
原材料費(fèi)用：
C=（1÷（1-3%））×2000＋（1÷（1-3%））×1/7÷(1-5%)×1800＋（1÷（1-3%））×1/7×30%×80＋2%×800=2360.4元/噸
運(yùn)行費(fèi)用：
沖天爐熔化：D=20×0.5+3+2=15元/噸
電爐升溫：40×0.5+1=21元/噸
人工費(fèi)用:
通常人工費(fèi)為0.5元/噸
環(huán)保治理費(fèi)用視具體情況考慮。
以上費(fèi)用合計(jì)：2423.1元/噸鐵水
單一中頻感應(yīng)爐熔煉時(shí)，熔化1噸鐵液需要600Kwh,基本電費(fèi)60元/噸，鐵損2%，則
設(shè)備折舊費(fèi)為：
A=26000000÷12÷（30000÷75%）=54.2元/噸
占地面積分?jǐn)偅?
B=3400×50000÷666.7÷30÷（30000÷75%）=0.2元/噸
原材料費(fèi)用：
C=2000÷（1-2%）=2040.8元/噸
運(yùn)行費(fèi)用：
6000×0.5+60+1=361元/噸
人工費(fèi)用:
通常人工費(fèi)為0.4元/噸
以上合計(jì)：2456.6元/噸鐵水
分析比較結(jié)果：兩種熔煉方法的綜合運(yùn)行成本相差僅為33元/噸鐵水，如果考慮到環(huán)保費(fèi)用，晝夜用電可分時(shí)計(jì)價(jià)等因素，則此兩種熔煉方式的運(yùn)行成本基本相當(dāng)。
4 環(huán)保分析
沖天爐熔化是生鐵與焦炭、石灰石等直接接觸，通過焦炭燃燒產(chǎn)生的熱能將生鐵熔化，熔煉過程中會(huì)產(chǎn)生大量的CO、CO2、SO2氣體和粉塵，如果直接排放，將造成大氣的嚴(yán)重污染，同時(shí)，為了爐渣?；?，通常還會(huì)有廢水需要排放，隨著人類環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)和環(huán)保法規(guī)的不斷健全，要滿足達(dá)標(biāo)排放，必須設(shè)置昂貴的冷卻及除塵裝置，處理后的廢氣濃度可控制在50mg/m3以下。另外，由于沖天爐結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，打爐后一段時(shí)間內(nèi)，加料口處溫度通常可達(dá)800~900℃，影響操作環(huán)境和建筑安全。沖天爐的熱效率比較低，一般只能達(dá)到40%左右。在發(fā)達(dá)國家，沖天爐爐渣和廢氣的排放量一般占鑄造廠廢棄物排放量的16.5%左右。
對(duì)于單一中頻感應(yīng)爐熔煉，由于爐料中不含焦炭、石灰石，同時(shí)加料后爐料不再受外界沖擊，因此，粉塵很少，配備除塵系統(tǒng)后，排放標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)10mg/m3以下，亦無需要爐渣?；幚恚原h(huán)保設(shè)備的投入大大減少，有利于環(huán)境保護(hù)。同時(shí)也減少了操作管理及日常的維護(hù)保養(yǎng)工作量。
5 結(jié)語
通過以上分析比較，在投資、運(yùn)行成本、爐料的適應(yīng)性等方面，沖天爐具有一定的優(yōu)勢(shì)，但在環(huán)境保護(hù)、鐵水成分調(diào)整、生產(chǎn)組織等方面，電爐熔煉更有特點(diǎn)，筆者認(rèn)為：在電力條件允許、鐵水材質(zhì)滿足工藝要求和鑄件性能的前提下，熔化設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選用電爐熔煉。但必須注意，由于熔煉方式不同，冶金條件不同，使用電爐熔煉時(shí)要將傳統(tǒng)的沖天爐熔煉工藝作相應(yīng)的變動(dòng)，并制訂新的熔煉工藝。同時(shí)，必須注意由于鐵水在高溫下長期保溫，造成結(jié)晶核心的減少，會(huì)引起過冷度增加，鑄件白口傾向增大，特別是對(duì)灰鐵鑄件。
對(duì)于一個(gè)新的鑄造項(xiàng)目，雖然產(chǎn)品相同，但可能由于廠址不同，分析選用的熔化設(shè)備不同；同樣一個(gè)鑄造廠，可能由于生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，分析選用的熔化設(shè)備不同；同一個(gè)鑄造廠，不同的時(shí)期選用的熔化設(shè)備也可能不同，總之，一個(gè)鑄造廠究竟選用什么樣的熔化設(shè)備，必須用發(fā)展的眼光進(jìn)行分析，要視具體情況而定，沖天爐和熔化電爐的優(yōu)缺點(diǎn)也會(huì)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展而改變。
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