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节能冲天炉

冲天炉节能及环保的途径

更新时间:2016-05-13 09:42:58点击次数:1189次字号:T|T

3.1提高冲天炉熔炼性能是节能和环保的基础
3.1.1合理的炉型结构
冲天炉最佳熔炼性能应有最合理的炉型结构与之相适应。炉型结构是由铸件技术要求和炉料、燃料等情况决定的。一般熔化型冲天炉不依其冶金过程获得铸件要求的成分,主要是C、Si含量。炉料按铸件成分要求配置,多采用两排大间距或多排风口,造成氧化性的炉内气氛,以提高燃烧比,充分利用燃料热量。为使炉料充分预热,炉子应有足够的有效高度,一般为平均炉径的5倍-10倍(小炉取大值)。为防止铁水降温和过量增碳,炉缸深度一般不宜过大。而冶金型冲天炉是以低C、低Si炉料为主,铁水的碳、硅含量大部分依赖熔炼中增加。因此炉型必须保证炉内的还原性气氛。采用单排或两排大间距风口形成较大还原带;4叩cC以上的预热送风补充炉内热量并加速焦炭燃烧,使氧化带更短,温度更高。
风口比及风口倾角取决于焦炭块度与强度,强度低、块度小的焦炭送风阻力大,采用小的风口比如1%-3%可增大送风动力以吹透底焦。向下倾角可减轻炉壁效应。曲线炉膛除节省底焦、过热带热量集中外,炉径更大的熔化带减缓了炉气上升速度。使烟尘有利于向渣中转移,减少有害物质的排放量。
炉衬应选择高耐火度、高强度材料,尤其搪衬材料,应采用合理的成分配比,使其只有高耐火度和抗侵蚀性。越抗侵蚀的炉衬,炉膛尺寸、形状改变得越慢,产生的渣量越少,污染少,热量损火也少。减少炉壁散热既减少能量浪费也减少热污染。为此,在炉壳炉衬之间应认真设置隔热层,并不要吝惜选用导热率更低而可能价格较高的绝热材料。如果是预热送风,则应该用绝热材料严密包敷热风管道及换热器外壳。水冷炉壁对于长时间连续熔炼的冲天炉尤其是无炉衬冲天炉是必要的,可以减缓炉衬侵蚀,保护炉壳,但同时损失了大量热量。在冷却水的循环中设置热能利用环节可回收一部分热量。
噪声是动力的浪费。选择高效低噪音风机、采用稍大些的送风管径并在其布置上减少转弯、缩短距离,都可收到节能和降低噪声的效果。
3.1.2改善送风制度
风炭配合是冲天炉熔炼的第一要素。而送风制度必须符合焦炭的燃烧条件和铁料熔化、铁水过热及冶金要求所需要的炉内热量分布和炉内气氛。因此,鼓风机的输出压力必须稍大于送风管路和熔炼时炉内总阻力之和,以保证进入炉内的风量满足送风强度的要求,送风强度取决于焦铁比,过大的送风强度能形成更大的氧化带和更高的炉气流速,也增强了炉内的氧化气氛,增加了元素的烧损。过去曾大力推荐“满风足压”,送风强度甚至超过最惠送风强度30%-50%是与当时使用低强度、高灰份、高反应性的土焦及多排小风口炉型相适应的,也是过分强调节焦使然。在节焦的同时,也常带来铁水氧化的不良后果。目前,我国冲天炉炉料中,废钢、尤其是轻薄废钢的比例很大。要求冲天炉有一定的还原性气氛,以更有利于铁水增C和增Si,所以,用较低的送风强度及采用预热送风、脱湿、富氧送风等方法缩短氧化带,增大还原带。在这种情况下,焦铁比一般较高,常在1:7左右;专用于熔炼钢屑的小容量炉子,焦铁比高至1:2。
在熔炼过程中,送风强度不是恒定的,它随炉衬的侵蚀而减小;使用定压式风机时,也会随炉内阻力的变化而增减;使用定容式风机则会因为送风系统的泄漏(如打开风眼窗、开渣口等)而变化。在小批量、多品种车间,对铁水的流量要求往往是变化的,有时也会通过改变风量及调整焦铁比而调整熔化率和出铁温度。
铸件的产量和质量要求、结构特点是决定焦铁比和送风强度的主要因素。根据熔化率、铁水温度、铁水和熔渣状态及时调整风量和层焦量,可以取得好的经济与环保效果。
风量的分配是影响炉内热量分布和气氛的重要因素。多排小风口冲天炉的主风口设置在底焦柱稍偏下部位;各排风口间距离保证它们的氧化区相接,从而形成连续的氧化带;上排风口进风量更关注炉气中的CO的燃烧,以控制较高的燃烧比。过高的氧化气氛恶化了冶金环境,但提高焦炭热量的利用率;较小的风口形成较高的进风速度,更适合使用灰份较高、块度小、反应性高的焦炭。两排大间距风口冲天炉的主风口设置在上排,形成两个氧化高温区,热量比较集中,可将铁水过热至更高温度;两排风口之间有较大的还原区,形成良好的冶金环境;上排风口的进风比例大,除焦炭燃烧外,也使还原区上来的CO充分燃烧,保证提供铁水过热和熔化带炉料熔化所需要的热量。两排大间距冲天炉烟气中CO含量较高,焦炭热量的利用率不及多排小风口;但是它出铁温度高,元素烧损少;更适于反应性差,块度较大且均匀,强度较高的焦炭。由于其较好的冶金性能,当采用高温预热鼓风时,可全部使用废钢及大量钢屑熔制铸铁。
单排风口冲天炉热量集中,还原带很大,是冶金型冲天炉,用钢铁切屑和轻薄料熔炼灰铸铁。为了增强还原气氛,尽量提高风口区温度,风温多在600℃以上,并仅设置1个—2个水冷、内突式风口。这种炉子熔化强度较低。
3.1.3提高操作技术
操作对冲天炉性能的影响很大,规范合理的操作在保障冲天炉优越熔炼性能的同时能获得节能、环保的良好效果。不同的炉子对操作的要求也不尽相同,针对炉子的特点和相关条件,如炉料情况、产品要求等,制定详细的、切实可行的操作规程,做到有章可循,对保证规范、合理的操作是十分必要的。操作规程中,应对从修炉、备料到熔炼、停炉全过程每个对熔炼有影响步骤提出明确的技术要求和指标。这些要求和指标至少应包括:
1)各种材料选择的标准,预处理工艺内容及达到的指标:主要包括耐火材料的种类、配比;焦炭、石灰石和金属炉料的成分、块度及其均匀度,杂质、锈蚀的清除程度等;
2)对砌炉、搪衬的工艺要求和质量要求;如炉膛尺寸误差、砌块泥口最大宽度及充实度,风口直径及倾角,过桥前后端口径及底面倾角,铁、渣出口的
结构尺寸,前、后炉衬烘干要求等。
3)送风前的熔炼准备要求。如底焦的填加次数,总重量及高度,底焦的点火,批料量、层焦量、石灰石量及加料顺序;满料后暖炉要求;铁水包、工具、辅助材料的准备工作要求等。
4)熔炼中,对炉况观测、控制的要求。如对观察风口内燃烧情况、铁水及熔渣状态、加料口炉气状态、铁水熔化量及其状态、炉渣量及其状态、熔化速度等提出的要求;测试风量、风压、风温、铁水温度等参数的要求;对控制底焦高度、风量、层焦量改变、补焦应用、开渣口操作、以及炉前铁水检验的要求。
5)对故障处理的要求。如排除常见故障的方法;不可排除故障的确定及处理;产生故障的责任认定等。
6)停炉操作要求。如放净前炉内铁水和熔渣;满料压炉;停风打炉;开放风口窗;残料分拣处理等。
同时,应该建立并责成专人填写《冲天炉记录》,记载每次开炉的详细情况,如炉料、铁水牌号、修炉情况、焦铁比、批料量及上料批次、接力焦使用数量及批次、点火时间、上料时间、暖炉时间、送风时间、出铁时间及出铁量、放渣时间、渣量及性状、风量风压及其变化、铁水温度、风温、炉气成份、停炉打炉时间、出现故障的情况及时间、排除故障的方法及时间、环境温度湿度等气象参数等。记录必须真实。
冲天炉记录能客观反映冲天炉的工作情况,是分析冲天炉性能和操作水平的依据,对提高冲天炉性能和操作水平,对提高产品质量、降低铁水成本、取得更好的节能环保效果,都能发挥积极的促进作用。
3.1.4应用先进技术,巩固节能环保基础,提高节能环保效果
目前,能有效提高冲天炉性能的先进技术很多,但推广应用的很少。分析其原因,小型炉子综合效益较差是一个因素,但处于低水平运行或缺乏技术力量则是更主要的原因。技术进步必然带来综合效益的增长,努力采用先进技术才能在市场竞争中立于不败之地。深入的了解冲天炉的运行规律,完善炉子结构,是应用先进技术的前提;提高冲天炉自动化水平是应用先进技术的主要内容;提高铁水质量、降低熔炼成本、减轻污染环境、减轻劳动强度是目的。
冲天炉自动化运行包括两个方面:一是配加料自动化,二是风量自动控制。在这两方面已有较多成果可资利用,其它方面的自动操作尚无成熟技术。目前的计算机智控系统,通过采集分析料位信号、炉气成份信号以及温度风压甚至铁水成份等信号,计算并判断炉况,发出加料、调整焦铁比和风量、甚至调整金属炉料比例的指令,控制配加料系统和送风系统工作,实现冲天炉自动在最佳状态工作,这样的炉子现在仅限于少数大容量者,对大多数中小企业尚不具备使用的技术力量。不是说中小企业的冲天炉不能应用先进技术,针对炉子小,产量低的生产特点,可以采用配、加料机械化。也可以实现炉内料位、风量风压、风温、铁水温度等重要参数的显示和报警提示,帮助操作人员及时掌握炉况,做出正确的判断和操作决策。
3.2热量和污染物的回收利用
3.2.1热量的回收利用
冲天炉节能的重要措施之一是热量的回收利用。常用方法是:
1)用炉胆换热器回收预热带炉气的一部分物理热,用来加热鼓风。可将风温加热至200℃左右。换热器减少了炉壁散失的热量;降低了预热带的炉温,阻碍了CO2的还原,减少了焦炭化学热损失和烟气中CO的排放量。炉胆的内壁光滑,可有效防止棚料。使用炉胆应在结构和安装上尽力避免热应力和外加负荷,并不宜离熔化带过近;工作中注意防止和及时排除使其热负荷过大的因素,以保持其适当的使用寿命。
2)用管式换热器回收烟气的物理热和化学热。用来加热鼓风,可将风温预热至400℃-900℃。内热式管式换热器安装在冲天炉加料口以上,可单独使用于还原型冲天炉,与预热带炉胆串联使用,可用于两排风口冲天炉,效果更好。外热式管式换热器单独设置换热室,炉气与空气一起引入室内,使炉气中的CO燃烧,加热蛇型管或其它型式的换热管,使其中的鼓风预热。
管式换热器主要回收烟气的化学热,所以必须保证烟气中的CO充分燃烧,当进入换热室的烟气浓度不够或达不到着火温度时,应补充气体燃料并安装引燃喷咀。
装备外热式换热器的炉子目前主要是大容量冲天炉,与热风系统配套有完善的除尘系统,炉子只有良好的综合性能,通常用于大批大量生产中,实行连续作业。简易的换热器用于专门熔炼钢铁切屑和轻薄料的小容量还原型化铁炉。
近年来,有在换热室内采用瓷珠做为换热介质的案例,可以获得高达1000℃的风温,瓷珠的寿命也比换热管长。
3)用余热锅炉回收烟气的物理热和化学热,加热生活用水。
3.2.2烟气净化
提高冲天炉的综合性能,是冲天炉节能、环保的治本之策,而净化烟气则是治标之法。治本不治标,至少在现阶段还不能全部解决环保问题,但是治标治本,不仅加大治理费用,还将造成能量的浪费。在治本的基础上治标,才会收到事半功倍的效果。
1)干法除尘:采用旋流加过滤的方法,除尘效率取决于滤料的性能,采用敷聚四氟乙烯增透膜的布袋除尘,除尘率可达99%以上。受滤料耐热性的限制,烟气需做冷却处理,设备较大。移动床颗粒层除尘器,采用石英砂、卵石做滤料,烟尘排放浓度可降至65mS/Nm3。且具有工作温度较高,结构简单:维护方便的特点。安装在火花熄灭器中的旋流净化器近年来受到中小厂的广泛关注,虽然除尘效率仅为93%左右,但是由于结构简单,不用维护,寿命长,造价低,被许多小型冲天炉成功采用。如果增加喷雾,可使除尘效率达到95%。只要解决钢板腐蚀和废水处理问题,将是小型冲天炉一种很好的除尘方法。
2)湿法除尘:冲天炉采用湿法除尘的在我国还不够多,与干法除尘相比,它的除尘效率更高,结构更简单,并可除去烟尘中部份有害气体。但它带来的污水处理和可能造成二次污染问题限制了它的广泛应用。为了增强除尘器对烟气净化效果和生产能力,要充分增大水与烟气的接触面积并加速尘粒的沉降。
3)静电除尘:冲天炉烟气净化的静电除尘国外有少量应用的报导。静电除尘器对烟气温度和CO含量有一定的要求,需进行燃烧和降温的前期处理,目前国内未见成功应用的范例。
4)混合除尘:不同的除尘方法组合应用,可发挥各自的优点,对不同粒度的烟尘分别排除,减轻了每个组元的负荷,提高整体的除尘效果和工作能力。常用的组合如:旋风除尘器加布袋除尘器:旋风除尘器加湿法除尘器:旋流净化器加喷雾等……。
3.2.3其它污染物的回收利用
目前,冲天炉炉渣的回收利用很少,主要原因是量少。但其造成的污染也是不可忽视的。炉渣的利用研究方向颇多,如建材、化工、保温等。
烟气中C02的回收利用国外有报导。由于烟气中CO2的比例远高于空气中CO,含量,回收成本会更低。但对于容量小、开炉时间短的炉子,可行性尚待研究。
 


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