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冲天炉是铸造生产中耗能较大的设备,也是对环境污染较严重的设备.能耗大是造成污染物排放量大的主要原因之.如果对排放物不予治理,则会对环境造成较严重的污染.因此,应从防与治两方面着手减少冲天炉排放到环境中的有害物质.防是减少有害物质的排放量；治是控制污染物的排放、收集污染物并做无害化处理.在现有冲天炉熔炼条件下,预防和治理都是必要的.

1 冲天炉污染物的来源

冲天炉的污染排放物包括烟尘、炉渣和热量.烟尘污染空气,炉渣污染土地,热量除了恶化现场工作环境外,热气流上升还是烟尘在空气中悬浮扩散的动力来源.

1.1 烟尘

烟尘是冲天炉最重要的污染物排放物,其中的S0、C0、C02及氮氧化物等成为空气成分而永久性存在；未燃烧的碳粒及Sio2、mgo、cao、Fexoy等固态污染物中,粒径为0.1μ~Iμ的颗粒在空气中形成气溶胶,长久存留于空气中；Iμ~10μ的颗粒以尘雾形态可在流动的空气中漂浮很长时间；10μ~100μ的颗粒,虽然在空气中易于沉降,但在上升气流中也会较长时间悬浮和飘散；大于100μ的颗粒,被烟气吹出烟囱后,降落在冲天炉附近.

冲天炉烟尘来自焦炭、金属炉料、溶剂(如石灰石)及耐火材料.这些物料产生烟尘的原因是：①加料及物料在生产内下降运动时摩擦碰撞形成碎屑.②物料粘附、夹带的杂质.③焦炭燃烧的产物.④金属被氧化成氧化物.⑤石灰石分解.

1.2 炉渣

炉渣是在熔炼过程中造渣剂与非金属杂质反应形成的低液化点玻璃态化合物,主要成分为CASl0,常温下化学性质稳定.弃置堆积造成占地污染.

1.3 热量

冲天炉发散到环境中的热量包括烟气的物理热、炉壁散发的热量、打炉残料热量、铁液和炉渣散发的热量.

2 污染的预防

减少污染物的产生不但可以降低冲天炉污染的程度,也可以减轻防治污染的负担,同时,还能收到提高铁液质量和节能降耗的效果.冲天炉污染物的排放量,与炉型、工作制度、炉料、焦炭、耐火材料、熔炼操作等因素都有关系.根据产品要求正确选择、优化组合这些因素,才能最大限度地减少污染物的排放量.

2.1 炉型的选择

按照我国建设和谐社会的发展方向,对冲天炉提出了包括节能减排在内的优质低耗、安全环保要求.国家三部委推荐的外热风冲天炉代表了符合上述要求的炉型.外热风冲天炉是利用烟气中一氧化碳化学热加热空气,实现预热送风的冲天炉,具有较强的铁液过热能力和良好的冶金性能.现阶段,水冷无衬单排插入式风口是外热风冲天炉的最佳炉型配置,适用5t／h以上熔化率的炉由于炉壁散热面积占炉膛蓄热体积的比例随熔化率的减少而增大,越小的炉子散失热量占炉内热量的比例越大.因此,一般认为,无衬炉在小于7t／h的炉上应用时,将带来开炉初期炉温低,铁液升温慢,出铁温度低、质量差的缺陷,甚至无法正常熔炼.但在采取相应技术措施后,在5t／h冲天炉上采用无炉衬结构已得到满意效果.

外热风冲天炉渣量仅为常衬冲天炉的1／5~1／10,甚至更少；烟气中CO含量几乎为零；长炉龄熔炼大量减少了打炉次数,从而减少了残料损失的热量；冷却水带走了炉壁热量,降低了对环境的热污染；外热风系统可使烟气中的大部分灰尘沉降,减少了灰尘的排放量,降低了除尘系统的负荷.较高的规模效益为冲天炉的完善配套提供了经济基础,使烟气净化装置的应用具备了更充分的条件.

对于产量尚不足以采用外热风无炉衬的工厂,采用薄衬冲天炉是明智的选择.薄衬是指熔化带和过热带耐火材料炉衬厚度相当于无衬炉凝渣自生衬.理论上是在炉壁水冷条件下,不能被侵蚀减薄的处于平衡状态的炉衬.实际应用中,为了便于砌筑,通常使其稍厚于理论厚度.薄衬炉具有两个主要优点：熔炼过程中,炉膛截面积变化很小,可在稳定的工艺条件下实现炉况稳定,与无衬炉一致：开炉伊始即有炉衬保护,避免开炉初期的过度散热,炉内升温快,从开炉到进入正常熔炼的时间短.因此较小熔化率的冲天炉也可实现长炉龄操作,从而具备上述环保特点.水冷薄衬可用于常温送风或自热送风的两排风口炉型,也可用于单排风口外热风炉型.选用不同的炉衬配置和风口结构,可适应不同熔炼周期.

2.2 熔炼工作制度

延长熔炼周期,减少打炉次数,可减少打炉残料的热污染；减少因休风空料过程中炉气流速加大、空吹底焦造成的烟尘排量增加.

冲天炉采用连续工作制是合理的.目前,虽然我国大多数铸造厂还不具备产量条件,但已经具备产量条件的工厂,应积极应用长龄炉,推行连续工作制.这不仅仅是环保的要求,也是节能降耗的要求.

2.3 炉料

金属炉料和石灰石中参混和粘附的杂质,如泥沙、铁锈、石灰石碎屑粉末等,在炉内经摩擦、碰撞脱落后直接随烟气排出,摩擦碰撞使杂质颗粒细化,更易于悬浮扩散,加重对环境的污染.为减少灰尘排放,应对炉料进行净化处理,清除其中的杂质.为了减少配料加料过程中和入炉后产生灰尘,炉料的块度不应过小,更不应细碎.

2.4 焦炭

在冲天炉排出的灰尘中,大约有60％多是焦炭碎屑和粉末.这些焦炭碎末,一部分混合在焦炭中,一部分附着在焦炭块表面.气孔率高的焦炭易于附着更多的粉末；气孔率高的焦炭强度也低,在摩擦碰撞时更易于破碎,产生更多的粉末.可见焦炭的强度对烟尘的排放量影响很大.选用块度适当、强度高的标准铸造焦,并做筛分处理,可减少烟尘排放量.烟气中的S02主要来自焦炭,不同焦炭中硫份的差别很大.使用高硫份焦炭,不但增加烟气中S02排放量,加重环境污染,还会增加铁液中硫量,可能对铸件质量产生不良影响.

2.5 耐火材料

在预热带,耐火材料炉衬在炉料的碰撞、挤压、摩擦作用下,脱落产生粉尘,被烟气带出炉外,形成污染；炉衬的强度高低影响单位时间内产生粉尘的多少.尤其在预热带上部,受到的冲击更严重,产生的灰尘逸出阻力小,更容易被带出炉外.为了提高该处炉衬的强度,用铁砖砌筑炉衬或用钢制导料筒为宜.在熔化带以下,炉衬被数高温炉气和熔渣侵蚀而进入渣中,成为熔渣.耐火材料的耐火度及热化学稳定性决定了炉衬的侵蚀速度.根据熔炼周期适当选用高耐火度炉衬材料,降低炉衬侵蚀速度,使渣量减少.石灰石加入量即可减少,烟气中C02排放量也相应减少了.

2.6 熔炼操作

2.6.1砌衬

炉衬的耐侵蚀程度与炉衬材料和砌筑质量关系密切.炉衬材料选定后,砌筑质量就是最重要的因素.砌筑质量好的炉衬应达到如下要求：1炉膛尺寸正确,表面平整；2砌块间泥口小而饱满；两层泥缝交错排列；3捣打料、浇铸料西方准确,尤其是水分适当,避免过多捣打紧实、均匀；浇铸衬中无气孔；砌筑质量好的炉衬不但降低耐火材料的消耗量,也减少渣量,对减少炉渣及其带出的热量是有利的.

2.6.2 最惠风量操作

最惠风量是在：—定碳耗量下,铁液达到最高温度的风量.这时候焦炭达到最佳燃烧状态,炉内形成最好的铁液过热条件.可见,最惠风量操作是满足铁液一定质量要求条件下,碳耗量最低,风量最小的操作,是减少冲天炉烟气量、降低污染的主要预防方法.网形图揭示了最惠风量操作的规律,根据生产要求的熔化率和铁液温度,按此规律平稳地调整焦铁比和风量,使铁液达到的最高温度约为要求的铁液温度,即实现了最惠风量操作.最惠风量受诸多因素影响,实际生产中,常需要调整,以保持最佳炉况.

2.6.3 石灰石加入量

石灰石分解产生二氧化碳,增加了污染物排放量.因此,在满足造渣需要的前提下,应尽量减少石灰石的加入量.减少石灰石加入量不但减少二氧化碳排放,也减少炉衬侵蚀和渣量.

石灰石的适宜加入量应使渣呈正常的颜色和性状,能顺利的从炉内流出,其粘稠程度不致在粒化槽堆积,或从渣口能流到地面即可.渣流槽尽可能短,避免因流程长而需要提高渣的流动性.

2.6.4 满料操作

冲天炉内料柱的高低变化时,通风阻力随之变化,在使用离心风机或罗茨风机放风调风量供风时,入炉风量也变化.当料柱降低时,炉气量加大,炉气上升速度加快,将有更多的烟尘被带出炉外.保持满料操作,可避免炉气量及其含尘量的增加,并使炉况稳定.正常开炉环节中的料柱高度下降,如休风前、打炉前,故障造成的料柱下降,如棚料,应及时进行减风操作.

3 污染的治理

预防只能在一定程度上减轻污染,减轻的程度还达不到环保的要求,所以治理冲天炉污染是必要的.治理污染的内容包括：清除烟尘中的灰尘、二氧化硫、碳氢化合物、二氧化碳、氮氧化物等有害物质封闭隔离噪声源：吸收隔离热污染.

3.1 烟气净化

冲天炉污染排放物中,灰尘是最主要的,其它的污染与环保要求比差距相对较小.加之我国小容量冲天炉数量占有很大比例,资金投入有很大困难,环保效益也不多.因此,现阶段冲天炉环保任务是以除尘为主.而对于10t／h以上的冲天炉,尤其是长龄、外热风冲天炉已具备效益和规模条件,应该实现更全面的环境保护.

目前,烟尘净化是冲天炉环保的首要任务.应根据冲天炉的烟尘量、烟尘性质和尘粒分布、工作制度、生产规模、气候状况、当地环保要求等选择适宜的除尘方法和设备,并完善管理制度,以保障烟尘净化系统稳定、高效地运行.

环保要求不高的地区,应推广应用喷淋旅流除尘器.该除尘器结构简单、寿命长、能耗低、易管理、不占地面,除尘效率达90％以上,烟尘排放浓度200mG／Nm3左右.

环保要求较高的地区,选用综合湿法除尘较适宜,烟尘经水膜旋风除尘器做第—级除尘后,在第二级湿法除尘器内,经喷淋、水膜、水幕的交互作用,可除去95％以上烟尘,排放量150mg／NW3左右.寒冷地区使用湿法除尘需采取防冻措施.湿法除尘结构比较简单,造价相对较低.能除去烟气中70%左右S2和部分C02.为避免污水和污泥造成二次污染,应对其进行无害化处理,如加入石灰中和其中的亚硫酸、碳酸等.

环保要求高的地区,通常用布袋除尘器,分室脉冲除灰布袋除尘器是常被选用的较好类型.布袋除尘器除尘效率很高,达99％以上.可将烟气灰尘降至50mg／Nm3以下.不同材质的滤带要求不同的工作温度,冲天路烟气需要降温处理,并设置前置除尘器.结构复杂,造价高,维护管理要求高.

静电除尘器也有很高的除尘效率,可作为末级除尘用于冲天炉烟气净化系统中.但目前我国在冲天炉除尘中用的很少

3.2 噪声隔离

风机和振动机械是冲天炉工部的噪声源,噪声污染的全面治理还有—定困难,一般可采取封闭噪声源和现场人员佩戴耳塞的办法隔离噪声.目前,仅限于对风机室的封闭并对噪声大的罗茨式风机安装消声器.配加料设备的噪声治理也是应该解决的问题.

3.3 热污染隔离

冲天炉的热污染主要来自出炉铁液、熔渣和打炉残料的热辐射,设置残料车承接打炉残料并用水熄火：设置入渣器并进行粒化处理；使用个人防护等都可以收到较好的效果.

4 排放物的回收处理和利用

冲天炉污染排放物的回收利用已有些成功的经验,如将粉尘经风口回吹到炉内,将炉渣用于建筑材料等.

回吹粉尘是将粉尘按一定流量加入鼓风中,吹入炉内.其中焦碳粉末在炉内燃烧产生热量,并促进炉气中的C0的燃烧,增加冲天炉的热量来源,提高热效率,加强铁液过热,其中的不可燃灰尘进入熔渣.冲天炉渣的主要成分为硅酸盐,可以用作建筑材料,如水泥,预制构件等.

烟气的热量除预热送回用部分之外,余热可用于车间采暖、降温、生活用热水、型芯烘干等.铸件凝固冷却散热量、渣冷却散热量的利用尚待研究开发.

即使烟气中的SO2、C02等有害气体也存在回收利用的可能,如制取C02产品等.

冲天炉污染排放物的回收利用尚处于开始,由于受冲天炉容量的限制,还难以形成经济规模.随着冲天炉大型、长龄、外热风的不断发展,冲天炉污染物的回收利用必将得到广泛地重视和推行,冲天炉污染的防与治必将得到充分的结合.

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