天然气冲天炉研制的技术总结.doc

天然气冲天炉研制的技术总结 天然气冲天炉与感应电炉双联熔化系统，属于目前世界上节能减排性能最为优越的铸铁熔化系统，对我国铸铁业乃至其他工业的可持续发展具有重要战略意义。自2008年开始，我们在国家与地方有关部门的引导与支持下，组织国内相关专业的科技人员开始了燃气冲天炉的研制，先后利用山西太谷的有利资源，建造了两台天然气冲天炉，克服重重困难，于2012年11月1日取得成功。现将该试验炉的主要技术问题扼要归纳如下，供参考。1.天然气冲天炉的技术背景天然气冲天炉又称天然气化铁炉、无焦冲天炉、燃气冲天炉等等，可以替代目前广泛使用的燃焦冲天炉熔化铸铁。天然气可以完全燃烧生成水蒸汽与二氧化碳，二氧化碳排放量不到燃焦冲天炉的50%，有利于节能减排和我国工业的长期可持续发展。最先用于生产的天然气冲天炉是前苏联的Panze型炉和比利时的Flaven型炉，目前在世界各地大量使用的主要是英国R.TTaft设计的Taft型和德国KGT公司的Cupola-2000型天然气冲天炉。2008年天津某台资铸造公司（新伟祥/达祥），以20万欧元引进了英国某公司的天然气冲天炉主要技术，投资1700万元人民币，通过与国内有关公司的合作，建造了一台水冷长炉龄冲天炉。该炉属于Taft型天然气冲天炉，与感应电炉双联生产合金铸铁件，熔化率10t/h （实际13t/h），吨铁天然气用量7080m3/t，铁液温度在14001440之间。该炉使用半年后因世界经济危机、工厂定单减少和该炉熔化率偏大，至今一直处于闲置状态。由于西气东送工程的建成使用、燃焦冲天炉对环境的严重污染，近些年国内铸造业对天然气冲天炉产生了旺盛的市场需求。欧盟天然气冲天炉高昂的售价，直接导致了该炉在我国的推广使用。近几年来，全国各地许多单位均开展了天然气冲天炉的研制。据初步了解，2009年至今几年间，我国建造的天然气试验冲天炉不少于11台（山西不少于6台、山东2台、江苏不少于2台、湖南1台），熔化率范围涵盖0.510t/h。表1为国内几个公司2009年在山西太谷县建造的三台天然气试验冲天炉的照片。上述有关试验项目，绝大多数缺乏对天然气燃烧理论的深入研究，未解决天然气燃烧的温度问题，还有一些缺乏对冲天炉熔化理论的研究，因此大部分试验以失败告终。 2.研制目标、过程与成果1）研制目标2009年开始，山西矿大干燥设备有限公司牵头，组织威海科兴铸造机械有限公司、太原市欣易得医疗设备有限公司、上海凌云瑞升燃烧设备有限公司、山西科技大学、西安交通大学、河北工业大学等企业、大学和科研院所的冲天炉、天然气燃烧、炉衬材料、工业气体等专业领域的专家教授，在研究国内外天然气冲天炉技术资料的基础上，确定了天然气冲天炉的研制方向。由于冲天炉与电炉双联熔化是目前最节能、最合理的铸铁熔化方式，因此所确定的天然气冲天炉的研制方向为：铁液出炉温度1400、满足双联熔化的天然气冲天炉。2）研制过程与成果在对天然气燃烧和冲天炉熔化的基本理论进行深入研究的基础上，首先建造了一台500kg/h的微型试验炉（见表2中）以验证有关理论。在此基础上，于2011冬通过对山西太谷某玛钢厂一台燃焦冲天炉的改造，建造了一台4t/h天然气试验冲天炉（见表2中），于2012年3月进行了约1个半小时的熔化试验、熔化了6吨铁液，其铁液温度和质量均达到了天津进口的英国天然气冲天炉的水平，进一步验证了在微型试验炉上得到的结论。2012年5月，我们利用山西太谷县某铸造厂的空闲场地，建造了一台6t/h普通炉衬天然气冲天炉，表3为该炉的有关照片。该炉设置有4吨固定前炉，目前吨铁耗气量7080m3/t，前炉出铁最高温度在14001440之间，其主要技术经济指标如表4。在研制和试验天然气冲天炉的过程中，我们已经申报和正在申报的国家发明专利8项、实用新型专利5项。自主研发的天然气冲天炉用耐火浇注料和炉膛修补料，其施工性、体积密度、使用寿命超过了欧盟进口的有关耐火材料；天然气冲天炉水冷炉栅，相对于欧盟的水冷炉栅，结构合理、安装方便、可靠性高；天然气烧咀满足了天然气冲天炉的需要；天然气冲天炉燃气供应系统，比欧盟天然气冲天炉的安全性更高。表4 6t/h天然气试验冲天炉主要经济技术指标技术项目单位数值备注熔化率t/h6 铁液温度14001440炉前浇包内铁液温度天然气消耗量m3/t铁7080 氧气消耗量m3/t铁2530 送风量m3/min5568罗茨风机,用变频器调节风量炉栅垫层消耗kg/t铁1012碳素垫层石灰石用量kg/t铁15约为燃焦炉石灰石用量的40%炉渣生成量kg/t铁2025约为燃焦炉炉渣量的1525%炉渣中FeO的含量%35 碳元素烧损率%37 硅元素烧损率%1520 硅元素烧损率%2030 硫磷元素烧损率%0 山西当地的吨铁熔化费用成本项目当地单价使用量费用/元备注天然气2.73元/m375m3/t204.75 氧 气1.0元/m330m3/t30.0 炉栅垫层消耗2.0元/kg10kg/t20.0 吨铁熔化费用合计 254.75吨铁熔化成本255元 3.结语与其他该炉的顺利成功，标志着我国已经掌握了天然气冲天炉的核心技术，对我国今后推广使用天然气冲天炉具有重大意义，已引起国家有关部门和铸造界的高度肯定。在我国推广天然气冲天炉，需要首先解决各地天然气的管网建设问题。管道输送的天然气价格较低，可降低天然气冲天炉的熔化成本，有利于提高该炉的推广应用速度。在我国推广天然气冲天炉，需要充分考虑该炉的氧气生产供应问题。天然气冲天炉将带动我国工业气体空气分离