电炉和冲天炉对比
浅谈冲天炉和电炉熔炼
铸造工程所 刘小龙
摘要 本文从工艺性、投资、环保等方面介绍了冲天炉和电炉熔炼的区别，提出了工程设计中选用这些设备的一些建议。
关键词 冲天炉 熔化电炉
1 概述
铸造作为传统的成型工艺，近年来在造型、制芯、砂处理、熔化等方面得到不断的改进，由于熔化工艺关系到铸件材质、浇注成型率、运行成本等方面，特别是全球关注环境保护的今天，选用什么样的熔化设备，显得越来越重要了，为此，在新建铸造项目的可行性研究报告（或备案报告）中，往往要对熔化设备的选用加以论证，但冲天炉和电炉熔炼那种方式更好，历来是大家争论的焦点，在此，笔者不敢妄加定论，但两种熔炼方法生产的铸件，在材料的品质、加工性能、抗冲击性和韧性方面确实略有差异，国内外两种熔炼方式都有。
2 冲天炉与电炉熔炼的各自特点
冲天炉熔炼与电炉熔炼具有如下特点：
1) 可连续出铁液；
2) 适合于各种批量和规模的生产需要；
3) 设备费用低；
4) 占地面积少；
5) 铁液通过高温焦碳层时，有净化作用，可提供优质的铁液；
6) 铁液品质稳定，特别是对高牌号的铸件；
7) 熔炼过程排放大量的灰尘和废气，如果处理不好，易造成环境污染；
8) 铁液吸收来自焦碳的硫，对生产球墨铸铁不利；
9) 铁液的化学成分和温度波动较大，且供应量不易改变；
10) 货物运输量较大。
3 冲天炉与电炉熔化的成本比较
3.1 成本构成
熔炼成本的构成大致由下列几方面组成：设备折旧、占地面积分摊、原材料
费用、运行费用、环保治理费用、人工费等。
3.2 投资比较
下面是国内三家近期建设的铸造项目熔化工部设备投资比较表： 序
号
1 年产3万吨发动机铸
件某汽车厂 企业名称及生产能力 设备投资（万元） 冷风冲天炉+ 感应炉双联 单一感应炉熔炼 备 注 前者占地面积大 后者占地面积小
前者熔化工部占地面积3000m2
年产7万吨铸铁件某
2 工程机械厂 后者熔化工部占地面积2300m2前者建筑工程费用470万元
后者建筑工程费用360万元
前者通风除尘系统费用110万
5吨/小时 出铁量的
3 某汽车厂铸造车间 元，后者通风除尘系统费用40万元
由上表可见：就熔化工部一次性装备费用而言，双联熔炼比单一感应炉熔炼低20～40%，但是其占地面积及土建工程费用则要高出30%左右。
3.3 计算举例
以年产3万吨铸铁件的某专业铸造厂为例（上表1），双联熔炼，按两班制作业。
计算依据如下：
铸件工艺出品率按75%，征地价为5万/亩；
冲天炉焦铁比为1:7，焦炭价为1800元/吨；
石灰石占焦炭比例30%，石灰石80元/吨；
脱硫剂占铁液含量2%，脱硫剂800元/吨；
冲天炉熔化时铁损3%，生铁价2000元/吨；
焦炭损失按5%；冲天炉每吨铁液风机功率20Kw；
每吨铁液冲天炉修炉费用为3元,电炉修炉费用为1元，每吨铁液设备维修费为2元；
双联熔炼时，每吨铁水升温100℃，保温至浇注时耗电量为40kWh；
当地电价为0.5元/kWh；
工人年薪及福利均按3.5万元/人；
设备及厂房折旧年限12年，在此基础上，分析计算每吨铁水的运行成本为： 设备折旧费为：
A=12500000÷12÷（30000÷75%）=26元/吨
占地面积分摊：
B=4000×50000÷666.7÷30÷（30000÷75%）=0.25元/吨
原材料费用：
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/吨
运行费用：
冲天炉熔化：D=20×0.5+3+2=15元/吨
电炉升温：40×0.5+1=21元/吨
人工费用:
通常人工费为0.5元/吨
环保治理费用视具体情况考虑。
以上费用合计：2423.1元/吨铁水
单一中频感应炉熔炼时，熔化1吨铁液需要600Kwh,基本电费60元/吨，铁损2%，则
设备折旧费为：
A=26000000÷12÷（30000÷75%）=54.2元/吨
占地面积分摊：
B=3400×50000÷666.7÷30÷（30000÷75%）=0.2元/吨
原材料费用：
C=2000÷（1-2%）=2040.8元/吨
运行费用：
6000×0.5+60+1=361元/吨
人工费用:
通常人工费为0.4元/吨
以上合计：2456.6元/吨铁水
分析比较结果：两种熔炼方法的综合运行成本相差仅为33元/吨铁水，如果考虑到环保费用，昼夜用电可分时计价等因素，则此两种熔炼方式的运行成本基本相当。
4 环保分析
冲天炉熔化是生铁与焦炭、石灰石等直接接触，通过焦炭燃烧产生的热能将生铁熔化，熔炼过程中会产生大量的CO、CO2、SO2气体和粉尘，如果直接排放，
将造成大气的严重污染，同时，为了炉渣粒化，通常还会有废水需要排放，随着人类环保意识的逐渐增强和环保法规的不断健全，要满足达标排放，必须设置昂贵的冷却及除尘装置，处理后的废气浓度可控制在50mg/m3以下。另外，由于冲天炉结构的特点，打炉后一段时间内，加料口处温度通常可达800~900℃，影响操作环境和建筑安全。冲天炉的热效率比较低，一般只能达到40%左右。在发达国家，冲天炉炉渣和废气的排放量一般占铸造厂废弃物排放量的16.5%左右。
对于单一中频感应炉熔炼，由于炉料中不含焦炭、石灰石，同时加料后炉料不再受外界冲击，因此，粉尘很少，配备除尘系统后，排放标准可达10mg/m3以下，亦无需要炉渣粒化处理，所以环保设备的投入大大减少，有利于环境保护。同时也减少了操作管理及日常的维护保养工作量。
5 结语
通过以上分析比较，在投资、运行成本、炉料的适应性等方面，冲天炉具有一定的优势，但在环境保护、铁水成分调整、生产组织等方面，电炉熔炼更有特点，笔者认为：在电力条件允许、铁水材质满足工艺要求和铸件性能的前提下，熔化设备应优先选用电炉熔炼。但必须注意，由于熔炼方式不同，冶金条件不同，使用电炉熔炼时要将传统的冲天炉熔炼工艺作相应的变动，并制订新的熔炼工艺。同时，必须注意由于铁水在高温下长期保温，造成结晶核心的减少，会引起过冷度增加，铸件白口倾向增大，特别是对灰铁铸件。
对于一个新的铸造项目，虽然产品相同，但可能由于厂址不同，分析选用的熔化设备不同；同样一个铸造厂，可能由于生产的产品不同，分析选用的熔化设备不同；同一个铸造厂，不同的时期选用的熔化设备也可能不同，总之，一个铸造厂究竟选用什么样的熔化设备，必须用发展的眼光进行分析，要视具体情况而定，冲天炉和熔化电炉的优缺点也会随着技术的不断发展而改变。