高炉中频感应电炉双联熔炼生产机床铸铁件可行性研究报告.docx

高炉中频感应电炉双联熔炼生产机床铸铁件可行性研究报告.docx

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高炉中频感应电炉双联熔炼生产机床铸铁件可行性研究报告

高炉－中频感应电炉双联熔炼生产机床铸铁件

可行性研究报告

一、项目内容简要概述：

本项目研发的高炉－中频感应电炉双联短流程熔炼工艺生产机床类铸件相对国内外主要采用的冲天炉熔炼工艺、中频感应电炉熔炼工艺和冲天炉－中频感应电炉双联熔炼工艺，省去了高炉铁液冷却铸锭，生铁锭二次熔化的过程，减少了能源消耗和废气废渣排放，实现了节能减排。

二、项目提出的意义、必要性及国内外现状分析

1、项目提出的意义、必要性

工信部办［2010］173号文件，关于进一步加强中小企业节能减排工作的指导意见，充分认识到了中小企业节能减排的重要性和紧迫性，从中可看到项目提出的意义和必要性。

文件中指出：

中小企业是国民经济的重要组成部分，对促进经济平稳增长、保障就业、推进技术创新所发挥的作用越来越大，成为推动生产力发展、建设和谐社会的重要力量。

中小企业数量多、涉及行业广、社会影响大，提高中小企业节能减排和资源综合利用水平是贯彻落实科学发展观，走新型工业化道路，实现经济社会可持续发展的客观要求。

当前，中小企业节能减排存在的主要问题：

一是认识不到位，企业负责人关注生产经营多，对节能环保重视不够。

企业发展方式粗放、结构不合理、装备水平落后等情况依然较为严重；二是企业数量多，而且较为分散，资源消耗量及污染排放相对较少，实施节能降耗措施及环境监管较为困难。

各地中小企业管理部门对中小企业节能减排工作的重视程度也参差不齐，促进中小企业节能减排的政策措施还不完善；三是企业节能减排基础管理薄弱，普遍没有设置负责节能减排的专门机构和配备专业人员，节能减排基础数据缺失，情况不清；四是企业获取节能减排技术信息渠道不畅，节能减排的高投入与中小企业资金、技术实力弱的矛盾十分突出，中小企业节能环保普遍存在融资难、担保难等问题。

这些都成为制约中小企业节能减排的主要障碍。

党中央、国务院高度重视中小企业发展。

国发36号文件为改善中小企业经营环境，克服金融危机带来的不利影响，促进中小企业发展发挥了积极作用。

但中小企业节能减排形势依然严峻，企业能源利用效率偏低，重点耗能行业的中小企业能源利用效率比全国平均水平高出20％以上，节能减排潜力巨大。

各地工业和信息化主管部门、中小企业主管部门要充分认识中小企业发展新阶段所面临的机遇和挑战，引导企业依靠质量求生存，依靠节能和管理求效益，依靠机制体制创新求发展，把节能减排作为促进中小企业转变发展方式的一项重要措施抓紧抓好，实现中小企业又好又快发展。

目前，我国能源紧缺和环境污染态势不容乐观。

为了社会和经济的可持续发展，作为典型的高能耗、高污染铸造行业的改造首当其冲。

因此，我国铸造厂家迫切需要采用先进设备和节能降耗工艺，以提升铸造技术水平，实现铸造业可持续发展。

根据我县铸造企业规模大多偏小、技术力量薄弱的发展现状和国内外经济发展的要求，十二五期间，铸造产业要有一个跨越发展，必须要大力研发引进推广节能新工艺，新技术，新材料，新设备。

环保方面铸造企业水污染物，大气污染物，废渣废砂，噪声排放必须达到国家环保要求的标准，必须注重发展低碳循环经济，切实做到清洁发展，安全发展，科学发展。

2、本项目国内外现状分析

2.1高炉－中频感应电炉双联短流程熔炼工艺介绍

2.1.1常规流程（a.b.）和短流程（c）熔炼的比较

生产工艺链示意图

2.1.2经济效益

一般铸铁厂是经冲天炉（或感应电炉和冲天炉—感应炉双联）熔化生铁（或加废钢和回炉料）获得铁液的，现用高炉铁液直接进入感应电炉经调整成份和温度，直接浇注铸件，减少一次生铁的熔化。

其节能和减排效果是明显的，以冲天炉熔炼为例：

节能：

1）每吨铁液减少166.7kg焦炭消耗；

2）Si、Mn元素烧损降低10%~20%，Fe的损耗降低15%以上；

3）硫不会增加，生产球铁时可减少脱硫费用。

減排：

烟气：

800m3/t

粉尘：

2.8~12kg/t

CO:

8.0~96kg/t

SO2:

0.08~0.48kg/t

HF:

0.16~0.4kg/t

按离心铸造球铁管生产厂粗略统计，每吨球铁管约可降低成本400元。

由于它可以形成以生产优质铸造生铁的高炉企业为中心的铸造产业集聚区，又有较大的节能减排效果，受到大家重视。

2.1.3“短流程”工艺实践中碰到的主要问题

a、铁液的均衡分配及成分控制问题

目前的方式

1）高炉－中频炉－铸件

2）高炉－

球铁、蠕铁成分变化不大，灰铸铁则不同牌号对成分（主要为碳、硅量）要求不同，如何调配？

生产HT300、HT350的厂由于废钢加入量多（降碳）又有回炉料，生铁铁液用量少，高炉铁液是否合适？

b、铁液质量问题，主要表现在如何消除下列因素影响

1）粗大石墨，B型石墨；

2）非金属夹杂物；

3）气体含量；

4）微量元素。

C、一般认为有效措施

1）炉料搭配；

2）高温熔炼（＞1530~1550℃）；

3）高温静置；让细小夹杂物上浮去除。

4）预处理－

球化、蠕化处理

5）变质处理－

孕育处理

2.2目前“短流程”应用情况

已正式用短流程工艺生产的企业

铸件类别

工厂数（家）

2008年产量（万吨）

球铁铸管

~16

225

灰铸铁管

3~4

~15

配重、下水管、井盖等

7~8

~16

工程结构件

~20

~38

总计

~48

284

2008年全国铸铁件产量2510万吨，短流程工艺生产的铸件约占11.3%。

目前共有十多个铸造工业园区在建，均采用高炉－感应炉供应铁液，年产铸件达100多万吨，需要铁液约130万吨以上。

应用短流程工艺生产铸件的企业，大致可分为三类：

2.2.1工艺较成熟，已有一定生产规模，可以推广。

（1）球墨球铁离心铸管厂：

根据不同产量配置相应的高炉，目前国内离心铸管厂产量多为10~20万吨/年，配置100~200m3高炉。

（2）生产配重、下水管等不要求化学成分和力学性能的灰铸铁件。

2.2.2采用“短流程”工艺生产要求较高的铸件，开始碰到一些问题。

通过试验，初步解决了这些问题，现已正式用于生产。

（1）某铸铁型材制造有限公司

2003年开始试验，碰到石墨大小不匀，易产生B型石墨、碳化物等问题。

2005年开始批量生产，生产球铁和A型、D型石墨灰铁各种规格型材，另外还用氧化法、弱氧化法生产高纯生铁。

（2）某某铸铁股份有限公司

2005年开始试验，2006年用于生产，对高炉铁液质量，蠕铁质量等进行测定、控制，2007年生产蠕铁件约6万吨，2008年约8万吨，产品主要为焦炉上的铸件，尺寸、重量较大，省里曾进行鉴定。

今年预计达10万吨，产品增加机床铸件。

（3）某某铸造有限公司

2007年开始用于生产至今，通过实践不断改进工艺。

2008年底已用“短流程”工艺生产铸件4~5万多吨。

HT250以下高炉铁液用量75%，HT300高炉铁液用量为60%。

采取措施主要为：

a.高温（＞1530℃）熔炼、静置；

b.注意选用合格的原材料；

c.采用预处理；

d.做好孕育处理。

生产的HT300铸件，A型石墨＞85%、基体组织为珠光体；小件＞98%、大件90%~95%。

Rm：

330~340MPa硬度200~230HBw

已生产上万吨机床铸件，最大15吨，包括6.7米龙门铣、车床、立车、立式加工中心等。

（4）某某钢铁有限公司

提供铁水给三联集团、达康集团铸造厂，厂际合作完成“短流程”工艺，2006年起供应铁液给三联铸造厂，生产玉柴的二缸柴油机缸体，批量生产了几万件，四缸缸体也小批生产了几百件。

（5）某某铸业有限公司

已在亨特造型线上生产HT250和球铁等汽车铸件。

2.2.3用“短流程”工艺生产高档球铁件如发动机曲轴、风电铸件等多停留在试验、试生产阶段。

总的来看，“短流程”虽有很大优越性，但用来生产质量要求高的工程结构球铁件，高牌号灰铁件和缸体、缸盖等复杂件经验不多，对这种铁液质量的影响因素、判断方法、控制措施等都需要在实践中不断总结，因此目前还不宜推广。

三、项目承担单位实施该项目的基本条件、特色和优势

本项目由某铸造研发中心和某县润强铸造有限公司承担实施。

某铸造研发中心从2010年三月份开始筹建，经过一年多时间的努力工作，坚持内用外聘的指导思想，通过外出联络和挖掘整合本地人才资源，研发中心现已拥有中高级铸造专业技术人员11人。

具有高级职称6人，中心主任某某以及外聘请的晋城市太行印刷机械厂常天池，泽州县晨晖管业公司的袁东洲，太原矿山机械厂的杨明宏，山西冲压机床厂的侯深宽都是具有40余年铸造生产实践的高级铸造工程师兼企业厂长。

更有清华大学机械工程系铸造专业高级教授、博士生导师黄天佑也被研发中心特聘，他们都愿为XX、晋城地区铸造业的产业技术升级贡献自己的才华。

研究员薛留虎工程师曾担任某县应朝铁厂厂长，田新社曾担任应朝铁厂总工程师，他们对高炉冶炼和铸造工艺都非常熟悉。

研究员王又生工程师从事30多年铸造，对中频电炉融化的操作更是熟练。

这都为本项目的实施奠定了人才基础。

XX铸造研发中心座落在某县城南环路某县建材机械厂，下设一个研发办公室和两个理化检测室。

研发办公占用房屋5间，面积100平方米；理化检测室占用房屋5间，面积100平方米。

仪器总值280万元，主要仪器有50吨万能材料试验机、三元素化验分析仪、多元素光谱分析仪等仪器和设备。

理化检测室的建设完全可满足本项目的各项理化分析。

某县润强铸造有限公司，位于某县润城镇河头村，是某县最大的民营铸造企业，是晋城市“十大铸造企业”之一。

企业实力雄厚，铸造历史悠久，技术力量强大。

公司现有员工380人，其中管理人员10人，高级工程师5人，高级技工35人。

公司现拥有固定资产3600万元，厂区占地面积4万米2，其中有1500米2机加工生产线工房一座，2700米2和640米2铸造车间两座，机械设备齐全。

年产铸件3.5万吨。

主要产品有普通电机壳、防爆电机壳、水泵外壳，冲床机身、机架、齿轮、飞轮、台板、滑块等一系列灰口铸件；球墨铸件有气泵、曲轴、摇臂、缸体、缸盖等。

产品主要销往浙江、江苏、山西、山东等地。

公司雄厚的经济实力为本项目的研究奠定了物质基础。

四、项目研究的主要内容、创新点及关键技术

1、项目研究的主要内容

本项目针对高炉－中频感应电炉双联短流程熔炼工艺，研究了优化铸造生铁冶炼，高炉铁液短距离保温运输送到中频感应电炉，电炉内调质、升温，采用FeSi75（或0.25%BaSi）孕育剂、包内孕育＋随流瞬时孕育工艺，获得了高温优质铁液。

批量生产出了HT200牌号6T-125T冲床系列机床铸件。

2、创新点及关键技术

2.1创新点

本项目采用的高炉－中频感应电炉双联短流程熔炼工艺，省去了

高炉铁液冷却铸锭，生铁锭二次熔化的过程，减少了能源消耗和废物

排放。

2.2关键技术

根据HT200牌号灰铸铁化学成分调整高炉原料配比、操作；高炉铁液保温运输；中频电炉调质、升温及孕育操作。

五、项目实施方案、技术路线、组织方式

1、实施方案

1.1研究实施内容

为了获得符合HT200牌号化学成分相接近的高炉铁液（Z18和Z22铸造生铁），高炉建成后，对高炉入炉矿石进行化学分析配料（一般情况下，低硫、低磷矿石为50—60%，本地磷、硫偏高的矿石为40—50%）和高炉炉温控制；设计并现场制作铁液运输设施及铁液保温包，确保高炉铁液能在尽短时间内运送至中频电炉，减少温度损失；设计、购置、安装、调试一拖二3吨中频加热电炉和炉前铁液快速分析仪；进行高炉－中频感应电炉双联短流程熔炼工艺试操作至正常生产。

1.2研究实施时间

2010年9月至2011年10月。

2、技术路线

经过研究，在保证质量，稳定生产的前提下，制定出了详细的高炉－中频感应电炉双联短流程熔炼工艺技术路线如下：

炉前处理

感应电炉调整成分和温度

高炉铁液

铸件浇注

造型线粘土砂造型或树脂砂造型

砂处理

铸件冷却

毛坯检验

清理

入库

成品检验

机加工

毛坯入库

工艺流程图

工艺技术路线的关键是：

高炉配料操作—优质高炉铁液保温运输—中频电炉调质升温孕育—浇注铸件。

3、组织方式

某铸造研发中心在润强铸造有限公司生产技术科共同设立高炉－中频感应电炉双联短流程熔炼项目研究部，下设高炉熔炼、铁液保温运输、中频炉调质升温、铸件浇注及其它工序四个小组。

按照各自操作规程严格把关并作好生产过程有关记录，班后项目部组织四个小组进行生产分析，提出改进措施和调整操作方案，供下一班组织实施。

项目研究部组成人员见下表：

高炉－中频感应电炉双联短流程熔炼项目研究部组成人员

姓名

性别

年龄

职称

项目职务

承担任务

所在单位

男

58

工程师

项目技术研究负责人

项目技术研究

XX铸造研发中心

男

48

工程师

项目组织实施负责人

项目组织实施负责

润强铸造有限公司

男

58

高工

冲天炉熔炼技术负责人

冲天炉熔炼技术指导

XX铸造研发中心

男

50

工程师

高炉熔炼技术负责人

高炉熔炼技术指导

XX铸造研发中心

男

58

高工

铁液运送技术负责人

铁液运送技术指导

XX铸造研发中心

男

56

工程师

电炉熔炼技术负责人

电炉熔炼技术指导

XX铸造研发中心

男

50

技师

作业负责人

冲天炉、电炉操作负责

润强铸造有限公司

六、项目经费预算及资金筹措

1、项目经费预算

总计300万元，其中：

设备设施费272万元，研发人员费15万元，化验分析费1万元，差旅费2万元，试验费5万元（包括操作人员工资），其它费5万元。

2、资金筹措

单位自筹150万元，银行贷款100万元，申请市科技局拨款50万元。

七、项目预期的经济、社会效益及产业化前景分析

1、能源效益

采用高炉—中频感应电炉双联铸造，冲天炉熔化1吨生铁需要消耗焦炭0.125吨，折标煤0.12143吨，消耗电力14kWh，折标煤0.0056吨，冲天炉熔化1吨生铁综合能耗为0.12703吨标准。

考虑到冲天炉熔炼铁损一般为3%，则生产1吨铸造铁液需要熔化生铁1.03吨，需消耗焦炭0.12875吨，折标煤0.12507吨；消耗电力14.42度，折标煤0.00577吨。

即冲天炉熔炼1吨铁液综合能耗为0.13084吨标煤。

采用高炉—中频感应电炉双联短流程后，用中频炉将高温铁液和废钢、回炉料等（废钢、回炉料按25%计）升温达到1500℃进行调质铸造，每生产1吨铁液需要消耗电量225kWh，折标煤0.09吨。

因此，采用高炉—中频感应电炉双联短流程，铸造能耗将大量降低，每吨可节省标煤0.04084吨。

（见表1）

表1两种铁液熔炼工艺能耗比较

工艺

冲天炉（每吨消耗）

短流程（每吨消耗）

能源消耗

焦炭

电

焦炭

电

耗能工段

实物量

（t）

折标煤

实物量

（kWh）

折标煤

（t）

实物量

（t）

折标煤

实物量

（kWh）

折标煤

熔炼

0.12875

0.12507

14.42

0.00577

0.00000

0.00000

150.00

0.06

电炉调质

75.00

0.03

合计

0.12875

0.12507

14.42

0.00577

0.00000

0.00000

225.00

0.09

总计折标煤

0.13084

0.09

润强铸造有限公司铸造原全部使用冲天炉熔化。

每年铸件产量3万吨，年需要熔化铁液4万吨（平均工艺出品率80%，合格率95%）。

如果全部改为短流程生产灰口铸铁技术，年可节约标煤1633.6吨，能源节约明显。

2、经济效益

实施高炉—中频感应电炉双联短流程熔炼工艺能够节约多种成本，提高生产率，显著提高经济效益。

（1）节约能源成本

焦炭按目前单价2230元/吨，工业用电按每度0.52元计算，冲天炉工艺熔炼1吨铸造铁液需要消耗焦炭0.1287吨，电14.42度，则：

焦炭：

0.1287吨×2230元/吨=287元；

电力：

14.42度×0.52元/度=7.50元，

冲天炉工艺吨铁液综合成本为294.5元。

而采用高炉—中频感应电炉双联短流程工艺，高炉铁水通过升温、调质，每生产1吨铁液需要消耗电量225度，成本为：

225度×0.52元/度=117.00元。

则高炉—中频感应电炉双联短流程工艺与冲天炉工艺相比，每生产1吨铁液，可节约成本177.5元。

按年熔化4万吨铁液计算，每年可节约总成本710万元。

（2）冶金质量好，合格率高

高炉—中频电炉熔炼省去了冲天炉熔炼，无增碳增硫问题，成分稳定，能够保证稳定获得高质量的铁液，提高产品合格率。

据研究统计，铸件合格率每提高一个百分点，成本降低约30元/吨。

试验表明，高炉—中频电炉双联熔炼与冲天炉熔炼相比，铸件合格率能稳定提高3%（冲天炉熔炼合格率平均为95%，双联短流程熔炼合格率平均为98%），则由于合格率提高每年可节约成本：

3万吨×90元/吨=270万元。

（3）降低铁模的消耗

铁厂每生产生铁1万吨，需要消耗铁模约150-160只，每只重约97千克。

铁模目前市场价格6500元/吨，则生产生铁1万吨铁模费用约为10万元，按年生产3.15万吨生铁计，需消耗铁模费约31.5万元。

（4）生产链布局紧凑，节约生铁运输成本和人工费用

采用短流程熔炼工艺，用保温包直接将高炉铁液加入到中频炉中，生产链空间布局压缩，可节约生铁的运输和装卸费用，每年3.15万吨节约成本约22.05万元（如本厂到临汾等地外购生铁运输和装卸等费用都在100元/吨以上，3.15万吨需费用300多万元）。

（5）其他成本节约

①由于原铁液含硫量低，质量可控，可节约脱硫费用（年熔化4万吨铁液约需2000吨石灰石）。

②首批加入炉料为高炉铁液，对炉衬的冲击损坏小，可减少筑炉频次60%以上，最大限度地延长炉衬寿命（可使用500炉次以上），降低费用，同时减少停工时间，扩大熔炼能力。

③中频电炉可空炉冷料启动，依据任务需要可随时改变熔炼规范，方便生产组织，运行成本低；④铁液在炉中保持时间可塑性大，适应连续工作状况的能力强，不至于造成铁液的浪费。

⑤由于污染源排放减少，不需要特意购置污染处理设备等等。

各种成本节约预计至少60万元/年。

经上述粗略估算，按年产3万吨机床铸件计，每年可增加经济效益约1093.55万元（相等于每吨铸件降低成本约365元/吨；如与没有使用高炉铁液的铸造厂相比，加上外购生铁运杂费及流动资金利息等，成本降低将得到约500元/吨）。

3、环境效益

国内应用较多的冲天炉依靠焦炭提供能源，而且使用的焦炭含硫量高，生产中常排放出大量的烟气，粉尘和二氧化硫等有害气体。

采用高炉-中频电炉双联工艺后，利用清洁的电能做能源，污染物排放很少，不要任何处理也不会对环境造成大的影响。

因此，与冲天炉熔炼相比，该项工艺的环境负荷大大减小。

据统计，冲天炉熔炼每吨铁液排出的烟气量平均为800m3。

年产3万吨铸件采用冲天炉需熔炼铁液4万吨，将产生大量的污染物排放（见表2），相应地也是采用高炉-中频感应电炉双联熔炼工艺后污染物的减少量。

表24万吨铁液冲天炉熔炼污染物排放量计算表

有害物质种类

炉气组成

mg·m3

每吨铁液排放量

kgt-1

每年排放量

t

粉尘

3500-15000

2.8-12.0

11.2-48

CO

10000-120000

8.0-9.6

32-38.4

SO2

100-600

0.08-0.48

0.32-1.92

HF

200-500（1000-3500）

0.16-0.4（0.8-2.8）

0.64-1.6（84-294）

炉渣

30-80

1200-2400

（注：

不加括号的数值是炉料中不加萤石作熔剂时的烟气中的含量，括号中的数据为加萤石时的数据。

）

采用高炉—中频电炉双联熔炼工艺后，节能效益非常明显。

（1）每吨铁液减少128.75kg焦炭消耗；

（2）Si、Mn元素烧损降低10%~20%，Fe的损耗降低15%以上；

（3）硫不会增加，可减少脱硫费用。

按年产3万吨产量计，年可节约铸造焦5150吨；节约生铁约180吨；节约硅铁约5吨；节约石灰石约2000吨。

4、产业化前景分析

由于本项目的研究实施可以形成以生产优质铸造生铁的高炉企业为中心的铸造产业集聚区，又有较大的节能减排效果，受到大家重视。

本县现有的几座铸造高炉也在积极筹建新上高炉－中频感应电炉双联短流程熔炼工艺。

从全国铸造产业发展前景看，随着铸造集群化生产的推进，用短流程工艺生产的越来越多，预计2015年短流程铸造工艺生产的铸件将达20%，2020年达30%。

八、结论

本项目工艺成熟，技术先进，具有节能、减排、环保等优点；可以应用在各种灰铸铁机械零部件毛坯的生产领域。

本项目在高炉－中频感应电炉双联短流程熔炼工艺直接生产高质量机床铸件工艺技术方面居国内先进水平（目前已做查新报告，也可能为领先水平），对推动同行业技术进步有积极的作用。

我们已计划将此项目申请省市科技部门进行成果鉴定和推广。