1.引言：

鑄鐵件生產的發展過程已經充分證明，正確選擇熔煉設備具有重大的意義。沖天爐作為鑄鐵熔煉的首要設備延續到今天，仍然擔負著70%左右鑄鐵件的熔煉任務。沖天爐技術緊跟機械制造業的發展，以節能降耗、優質高效、安全環保為目標取得了很大的進步。在工業發達國家，已經形成了以大容量、長爐齡、外熱風沖天爐為主體的鑄鐵熔煉體系，而我國沖天爐容量小、爐齡短、常溫送風的現狀還很普遍。近年來，我國的沖天爐容煉已開始走上大容量、長爐齡、外熱風的發展之路，適應我國生產條件的、具有自主知識產權的長爐齡、外熱風沖天爐正在滿足鑄造生產發展的需要。國家三部委對外熱風沖天爐的推薦，指明了我國沖天爐發展的方向。我國的沖天爐熔煉正以較快的步伐向節能降耗、優質高效、安全環保的目標邁進。

感應電爐作為熔煉設備在鑄鐵熔煉和雙聯熔煉中已有幾十年的歷史，我國制造和應用工頻爐和中頻爐也有了豐富的經驗，在電源結構、變頻技術、集成控制、循環冷卻技術等諸多方面都取得了令人矚目的進步。采用感應爐熔煉和保溫的廠家越來越多。

沖天爐和感應電爐熔煉的機理不同，性能差別較大，因而對生產的適應性也不同。鑄鐵件的種類(牌號、產量、機械加工要求等)和生產方式、爐料的種類和狀態,以及熔煉操作的水平和生產管理水平都會對熔煉設備的性能提出各自不同的要求。只有熔煉設備的性能特點與生產條件協調一致，才能實現優質高效、節能降耗、安全環保的生產過程，才能達到技術經濟的高指標。

在鑄鐵熔煉中，采用沖天爐還是采用感應爐?怎樣選擇沖天爐和感應爐?只有在了解沖天爐和感應爐的熔煉特點之后才能作出正確的決定。

2.熔煉特點

(1)工藝性能：

1) 沖天爐和感應爐的生產能力及對產量的適應性不同。目前沖天爐的熔化率從1t/h到100t/h都在應用,如果生產需要，也可小于1t/h和大于100t/h。任何一種規格的沖天爐，其熔化率都可在相應范圍內調整而不影響其正常熔煉，調整幅度達增減10%～20%。因此可以在產量上滿足任何生產規模的需要。由于沖天爐的綜合效益隨著熔化率的增大而提高，大容量、長爐齡、外熱風沖天爐的綜合效益更高，因此大批大量生產更適合采用沖天爐。用于熔煉的感應爐，目前可制造的單臺容量也可達到近百噸，能滿足大規模生產的需要。但電力裝機容量的擴大常常是諸多企業難于逾越的障礙。因此，感應爐更適合中小規模的生產。

2) 對產品的適應性不同。 沖天爐能熔煉鑄鐵，其中包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、白口鑄鐵和部分合金鑄鐵及鐵合金，也可用于熔化某些石料。沖天爐的出爐鐵液溫度可控制在15500C左右，能滿足質量從幾克到幾十噸鑄件的澆鑄。感應爐可熔化常用的各種牌號鋼鐵和有色金屬。僅就鑄鐵件生產而言，感應爐對產品的適應性優于沖天爐，感應爐能熔煉多種高合金鑄鐵，如高鉻鑄鐵，而沖天爐不能。

3) 對生產方式的適應性不同， 沖天爐是連續熔煉，鐵液以一定的流量從爐內連續流出；而感應爐是間斷熔煉，間隔一段時間提供等于爐子容量的鐵液。可見，對于平行作業的生產方式，沖天爐更適宜；而對于階段工作制的生產方式，感應爐更適宜。采用多臺感應爐組合、通過控制熔煉和出鐵順序的辦法也可用于平行作業的生產方式，但多臺組合將帶來能耗、配套設施及占地面積的增加并加重生產管理的負擔。

(2)對環境的影響

1) 沖天爐和感應爐的污染排放物都有灰塵和有害氣體，不同的是沖天爐的灰塵中大顆粒的比例很大,其中主要是焦炭顆粒,而感應爐煙塵為氧化物微細顆粒；由于沖天爐中的焦炭燃燒，煙氣中的SO2、CO2的排放量更多，煙氣量也更大；沖天爐沒有電磁污染，而感應爐有較強的電磁污染；熱輻射污染感應爐比沖天爐更重；沖天爐的污染物排放在廠房之外，感應爐的污染全在廠房之內。從環境保護看，除塵裝置可以較徹底地解決沖天爐的污染問題。目前發展中的煙塵反吹及爐渣粒化技術，已為沖天爐污染治理開辟了一條污染物無害化、資源化處理的可行之路，感應爐的污染治理目前尚不具備這樣的優勢。

2) 沖天爐以焦炭為燃料，每噸鐵液的焦炭(固定碳質量分數85%)消耗量在100kg左右，完全燃燒發熱量為2896MJ；感應爐以電為能源，每噸鐵液耗電能2160MJ(600kWh)左右。如果按消耗的煤對比,1kg焦炭需要1.25kg煤，則每噸鐵液折合消耗煤125kg；1度電需要0.36kg煤，則每噸鐵液折合消耗煤216kg煤。目前我國的電力結構主要是火電，感應電爐對不可再生資源的消耗超過沖天爐70%。由此而帶來的污染物排放量也超過了沖天爐。而且煉焦煤的揮發份成為化工原料，電煤中可作化工原料的揮發份卻被燒掉了。隨著電力結構的變化，現狀會得到改變，而沖天爐的能源結構也將隨著改變，例如采用等離子加熱送風的沖天爐，焦炭的消耗量可減少60%以上，相應的污染物排放量也將大幅度減少。以焦炭或碳床實現冶金目的，以非焦燃料如天然氣、煤氣、電、燃油等提供熱量的沖天爐已有成功的先例，提高性能及實際應用可行性的研究也在進行中。在保持熔煉性能的前提下，改善沖天爐的能源結構將使沖天爐的優越性更加顯著。

(3)設備結構及配套對熔煉的影響

不同結構及配套的沖天爐，性能有明顯的差別。生產中可以根據鑄件的牌號及爐料的成分、產量及生產方式等要求選擇適當的沖天爐結構及配套裝置。沖天爐有很強的結構和配套適應性，從常溫送風常爐襯單班制人工操作沖天爐到外熱風無爐襯長爐齡自動化沖天爐，有多種多樣的沖天爐系統可供選擇。感應爐屬于坩堝爐，基本功能是熔化和過熱，結構的改變對其基本功能的影響不大，因此生產中只能按感應爐的基本功能選擇生產條件，而不能根據生產條件選擇爐子。

(4)熱效率及余熱回收：

從生產能源利用率看，沖天爐的熱效率約40%～60%，感應爐約為60%，沖天爐低于感應爐，但從每噸鐵液消耗的資源性能源看，沖天爐卻比感應爐低得多。沖天爐的熱量損失包括煙氣帶走的物理熱和CO潛藏的化學熱、爐體散熱、爐渣和打爐殘料熱量等；感應爐的熱損失包括爐體和爐口散熱、冷卻水帶走的感應圈電阻熱等。對于這些損失熱量的回收，沖天爐比感應爐具有更充分的可行性和更大的效益，例如目前國內已成功應用的外熱風，長爐齡和煙氣余熱鍋爐技術,，已使損失的熱量大幅度減少，隨著大容量沖天爐數量的上升，我國鑄鐵熔煉的噸鐵液能耗將顯著下降，趕超世界先進水平的目標是能夠達到的。

(5)冶金性能及鐵液質量

沖天爐的冶金性能遠優于感應爐，這是公認的。沖天爐內由17000C以上的高溫和焦炭、熔渣、爐氣構成的冶金環境對鐵料和鐵液的成分變化發揮著積極的作用。通過工藝控制，可實現增碳增硅、大幅度減少合金元素的燒損、降低增硫率。尤其較大容量的外熱風長爐齡沖天爐，穩定和提高鐵液質量的能力更強。在沖天爐內，雖然鐵液的過熱時間僅僅幾分鐘，但由于鐵液呈液滴和細小的流股，有充足的表面積與焦炭、熔渣、爐氣接觸，實現充分的吸熱升溫和物質傳遞。鐵液過熱溫度可達16000C以上；出爐鐵液的硫含量可控制0.06%以下；鐵液和熔渣的流動性很好，有利于金屬氧化物從鐵液向渣中轉移；鐵液在爐內的過熱時間短，鐵液中有0.005%左右的氧和0.06%左右的硫，它們的高熔點化合物可作為形核基底，出爐后，鐵液中自生晶核較多，通過孕育處理細化晶粒的作用對于高牌號灰鑄鐵更顯著。

感應爐的最高溫度為16000C左右，不及沖天爐，在使用增碳劑時，難以高度溶解分散，結晶時易形成片塊狀石墨；鐵液的過熱時間長達一小時，又有電磁攪拌，可作為共晶結晶的外來晶核因溶解、反應而大量減少。硫含量約0.03%，氧含量約0.002%，因為形核基底過少，鐵液的過冷度增大，在相同的碳當量下，比沖天爐高400～500C，鑄件的細薄處易出現白口，切削性能差；鑄件的收縮傾向大，厚壁部分易產生縮松、縮孔；采取通常的孕育手段作用不明顯，須采用大劑量、強效孕育劑及多次孕育。

由于冶金能力差，電爐對爐料的適應性遠不如沖天爐。必須使用潔凈無銹的爐料，配料的成分應滿足鐵液成分的要求，而不能期望通過熔煉達到鐵液的成分。用低碳爐料熔制高碳鑄鐵時，對增碳劑的性質和增碳量均有較嚴格的限制，因此爐料中廢鋼的比例也受到限制，沖天爐卻可全部用廢鋼作爐料熔煉高碳鑄鐵；感應爐配料中，原生鐵的比例不能高，原生鐵中的粗大石墨片在感應爐的溫度條件下，難于完全溶于鐵液，形成細小的石墨晶粒，在鐵液結晶時，作為結晶核心形成初生石墨。這些石墨呈塊片狀，對鑄鐵的力學性能有不良影響。通常感應爐原生鐵用量在10%左右，超過20%，鑄鐵的力學性能將難于保證。

生產球鐵和高牌號灰鑄鐵時，為避免產生遺傳性，感應爐比沖天爐對回爐料的比例的敏感性更大。

1. 設備投資

沖天爐熔煉系統的組成差別很大，以熔化率為10t/h為例，一套單班制常溫送風沖天爐及加料機價格約為30萬元，而一套外熱風無襯長齡爐售價約350萬元；不同熔煉性能、不同生產條件的沖天爐，售價也不同，為企業的合理選擇提供了更多、更適宜的可行性。

感應爐的冶金功能很小，因而不同結構的感應爐熔煉性能差別不大，價格的差別主要原因在品牌及質量，對生產條件的要求比較一致，因此不能根據產品和爐料狀況選擇爐子，只能按爐子的要求提供生產條件。一套熔煉用的10噸中頻感應爐，如果按一小時熔煉一爐，電力裝機容量需7000kVA，國產設備售價約250萬元；尚未計及電力增容的費用和增容的可能性。

與沖天爐配套的國產雙聯保溫用中頻感應爐功率800kW，售價約80萬元；功率2000kW的可在15分鐘內使鐵液升溫1000C，售價約100萬元。

2.熔煉設備選擇

正確地選擇熔煉設備，對生產的綜合效益影響很大。我國是鑄件生產大國，但我國的鑄鐵熔煉設備很落后，小容量沖天爐的數量過多造成了高能耗、高材耗、高污染、低質量、低效益的局面。尤其近年來，焦炭和爐料價格的不適當上漲，環保要求的越來越嚴格，給本來就效益較低的中小企業的生存造成了相當大的困難。走包括改變鑄鐵熔煉方式在內的改革之路，提高效益、求得生存與發展的想法無疑是正確的，問題在于如何選擇鑄鐵熔煉方式。表1主要從生產技術方面比較了沖天爐和感應爐的特點，可供參考。生產技術與綜合效益是密切相關的，選擇設備的根本依據是設備用于生產的綜合效益。具體選擇時，應根據生產的實際情況和預期發展從影響綜合效益的各個方面分析計算，以得出最好的方案。

表1

國內外鑄鐵熔煉設備與技術的發展和大量生產實踐給我們提供了可以借鑒的經驗，沖天爐作為鑄鐵熔煉最主要基礎設備的地位至少在今后幾十年內不會改變，大容量、長爐齡、外熱風、智能化操作的沖天爐將隨著鑄造業的發展而不斷增加數量，以其低能耗、低材耗、低污染、高質量、高效益的優良性能在改變我國鑄鐵件生產落后面貌的過程中發揮關鍵的作用。在大批大量生產中，沖天爐—感應爐雙聯熔煉作為首選而應大力推廣。在電力、爐料等生產條件能滿足要求的前提下，中小規模生產附加值較高的鑄鐵件，采用感應爐熔化也是一種可行的選擇。