纯氧天然气回转炉的生产应用

吕荣伏

（山东铁戈炉业有限公司，山东  济南  250002）

摘要：总结了山东铁戈炉业有限公司天然气纯氧回转化铁炉的一些技术进展，包括减少铁烧损、提高炉衬寿命等，并介绍了公司所研制的回转炉在灰铁和球铁生产中的应用。

关键词：天然气纯氧回转化铁炉 RF 铸铁熔化  铁烧损 炉衬寿命 灰口铸铁 球墨铸铁

Lv  Rong-fu

（Shandong Tiege Furnace Industry Co.,Ltd.，Jinan   250002，China）

纯氧天然气回转化铁炉（RF）以优异的环保性能，受到了我国铸造界 的高度关注^[1,2,3]。自2015年以来，国内有多个单位和个人开展过该炉的技术研究和商业推广，但该炉的铁烧损偏高问题一直困扰着大家。山东铁戈炉业有限公司前身为山东特福隆机械有限公司，属于国内最早开始研究 推广该炉的单位。自 2015 年以来，公司在引进国外先进技术的基础上， 围绕该炉铁烧损高的难题，在炉衬材料、熔剂、烧嘴加热功率及加热程序 等方面，作了长期的坚苦研究，创新了天然气纯氧回转炉技术。现将公司在回转化铁炉方面取得的一些技术进展、以及该炉在山东章丘某机床铸造厂、山东潍坊某球铁管件厂、重庆市垫江县忠荣机械制造厂等三个工厂的应用情况介绍如下，供回转炉研究或应用的单位参考。

1铁的烧损

天然气在氧气中燃烧产生的水蒸汽和二氧化碳，在高温下有很强的氧化性，很容易导致铁元素的大量烧损。如果回转炉的铁烧损接近或者超过10%，该炉便失去了应用和推广价值。制铁元素的烧损，是该炉必须首先解决的技术难题。国外发达国家回转炉的铁烧损在 1.5%以下。山东铁戈炉业公司所研制的回转炉，铁烧损达到了国外发达国家的水平，采取了两方面的技术措施：

第一，大幅度提高回转炉的加热功率，通过缩短回转炉的熔化时间， 有效降低回转炉的铁烧损。以炉容 3t 的回转炉为例，国外回转炉天然气烧嘴的功率为 1400KW，单位炉容的加热功率约为 467KW/t，每炉的熔炼时间约为 100min，其中炉料预热、熔化和过热的时间约为 70min^[4]。3t 感应熔化电炉可在 45min 左右将室温炉料加热熔化为 1500℃左右的铁液，其加热功率约为 2100KW，单位炉容的加热功率约为 700KW/t，即国外 3t 回转炉的加热功率约为感应电炉的三分之二。回转炉加热功率低、熔化时间长，是铁元素氧化烧损的重要原因之一。铁戈公司的回转炉目前按熔化电炉单位炉容的功率配置天然气烧嘴，加热时间短、铁的氧化烧损率低。但是在大幅度提高加热功率、解决铁的氧化烧损之后，炉衬寿命问题突显了出来。

第二，造稀渣、用稀渣保护固态炉料和液态铁液,减少金属氧化。国外回转炉熔化铸铁一般用硅砂造渣，炉渣特别粘稠、甚至呈干硬、结块状，很难对炉料和液态金属提供有效保护。铁戈公司研制了一种适合于回转炉熔化的低熔点造渣剂，对固态炉料有一定的“包裹效应”，对液态金属液有很好的“覆盖作用”，有效防止了铁元素的氧化烧损^[5]。需要注意的是，造渣剂与炉衬材料之间存在相互作用，造低熔点稀渣需要与之相适应的炉衬材料。

通过大幅度提高回转炉的加热功率和造稀渣，铁戈公司解决了回转炉铁烧损率高的难题，铁烧损在 1.3%左右。此经验对从事回转炉研究的有关单位和个人，有一定借鉴意义。

2炉衬寿命

国外天然气纯氧回转炉一般采用石英系酸性炉衬。按照国外天然气纯氧回转化铁炉的技术资料，影响炉衬寿命的因素包括炉料的块度、加料时的炉料落差、炉膛温度等三个方面。炉料块度大、加料时炉料落差大，炉料产生的冲击力容易导致炉衬局部损坏、炉衬寿命大幅度降低。炉膛温度过高，容易导致炉衬材料的熔融和化学侵蚀。铁戈公司在研究国外回转炉技术的基础上，为了减少铁元素烧损和造渣，创造性地使用了刚玉型中性炉衬。刚玉型中性炉衬材料造价高 。

回转炉使用刚玉型中性炉衬材料，涉及配方和烘炉工艺问题，公司因此交了不少“学费”、吃了不少苦头。在提高中性炉衬材料寿命的试验中，公司曾求助于国内、国际好几个著名的耐火材料公司，使用过他们提供的中性炉衬材料，并严格遵从其技术指导进行筑炉、烘炉和烧结，但仍未取得延长炉衬寿命的效果。公司因此曾一度计划放弃中性炉衬，改用全世界目前通用的酸性炉衬。公司在刚玉型中性炉衬寿命所进行的试验中发现，该炉衬损毁的主要原因为炉衬烧结层薄弱、强度低，不能抵御炉料对炉膛的冲击和磨损。在最后一次进行的中性炉衬寿命试验中，公司围绕提高炉衬烧结层厚度调整了材料配比，同时大幅度提高了炉衬的烧结温度，炉衬使用寿命已达1000余炉次。 回转炉使用中性炉衬具有技术创新意义，拓宽了回转炉熔化金属的范围，比如镍、铬、锰系列的合金钢也可以用回转炉熔化。

除了炉衬材料配比和烧结温度外，炉膛温度对炉衬寿命也有直接影响。前文说过，公司回转炉天然气烧嘴的功率是国外同容量化铁炉的 1.5 左右，大功率烧嘴有利于缩短熔化时间、提高生产率，但也容易导致炉衬过 烧，影响炉衬寿命。公司使用该炉的经验为，熔化前期烧嘴采用大功率 加热固态炉料、促使炉料快速成液；在炉料成液、铁液过热、炉温明显升 高时，逐步降低烧嘴的加热功率，防止炉衬过烧。国外回转炉在铁液过热 阶段，天然气烧嘴一般采用最大加热功率。公司采用的回转化铁炉加热 程序，不同于国外已有技术。

3 回转炉应用介绍

山东铁戈炉业有限公司 2016 年 6 月，在山东章丘某树脂砂手工造型的机床铸造厂，用新研制的一台3t回转炉进行了灰铁的首次熔炼试验，铁液浇注温度1400℃，每炉熔炼时间90分钟，铁的烧损率低于1.5%，成功浇注出了壁厚在 20～60mm 之间、单件质量在 500～2000kg 之间、牌号为 HT250 的机床床身铸件。2017 年因该厂场地狭窄、天然气和氧气供应系统不符合安全技术规范，导致该厂无法继续使用回转炉进行机床床身的生产。回转炉在该厂使用的累计炉次超过80炉次。

2018年3月铁戈公司在山东潍坊某垂直造型流水线生产球铁管件的铸造厂，进行了回转炉生产球铁的生产验证，铁液出炉温度1550℃，每炉熔炼时间在80至90分钟，铁的氧化率0.8%-1.3%之间，浇铸出壁厚在 2.5～5mm 之间、单件质量在 0.1～1.5kg 之间、牌号为QT450-18、QT450-19 等的球铁管件。后因该厂的天然气供应又不符合当地安全生产的规定，导致该厂无法继续使用回转炉进行球铁管件的生产。该厂累计用回转炉约60炉次。

2018年6月，重庆市垫江县忠荣机械制造厂考察了潍坊某球铁管件厂的生产，并用回转炉的铁液浇注了三角试片，检测了铁液的白口倾向，随即订购了一台铁戈公司生产的3t回转炉。2019年初，该厂又订购了第二台3吨回转炉。现在该厂已经熟练使用回转炉熔炼铁水，铁液温度控制在1450℃左右，每炉熔炼时间在60-70分钟之间，天然气消耗量在70立方米/吨左右，铁的烧损率在1%以下。截止到2019年8月，该厂应用的第一台回转炉的炉衬寿命已超过1000炉次。该厂订购的铁戈公司的3吨天然气纯氧回转炉见图1。

图1 3吨天然气纯氧回转炉

重庆市垫江县忠荣机械制造厂地处垫江县澄溪镇，距离重庆市区约 100 千米，是一个生产经营铸铁锅的小型铸造企业，以挤压铸造工艺生产的铸铁锅在当地享有盛誉。该厂电力变压器只有 250kW 同时不具备电力增容条件，以回收的废旧铁锅和废机铁为原料生产铸铁锅，铁锅的壁厚在 1mm 左右，很容易出现白口，其铁液的化学成分呈现高碳、高硅特点（见表 1）。该厂用回转炉熔化铁液的能源费用至少低于感应电炉150 元，吨铁液的能源费用见表 2。

表 1 铸铁锅铁液的化学成分

Table 1 Chemical Composition of Iron liquid on the Cast Iron Pot

表 2 铸铁锅铁液的能源费用

Table 2 Energy costs of Iron liquid on the Cast Iron Pot

垫江县忠荣机械制造厂以回收的废旧铁锅和废机铁为原料生产铸铁锅取得成功后，为了进一步降低生产成本，开始用铁渣、钢渣生产铁锅，也取得了成功。

从铁戈公司的上述实践经验看，天然气纯氧回转炉可以生产灰铁铸件、也可以生产球铁铸件，可以生产厚壁铸件、也可以生产薄壁铸件，该炉有很强的铸件生产适用性。

纯氧天然气回转炉相比于传统的燃焦冲天炉，无疑更具有优异的环保性，相比中频感应电炉具有节能、环保、高效、烧损低的优点，因此呼吁天然气供应充裕、气价较低地区的铸造厂，优先考虑使用天然气回转炉。

参考文献

[1]钱立,张明.我国天然气化铁技术的发展与建议[J].铸造,2017,66(08):826-830.

[2]张明,钱立.纯氧天然气回转化铁炉及其优越性[J].现代铸铁,2017,37(03):19-26.

[3]殷黎丽,张明,杨彬.纯氧天然气回转化铁炉高功率密度烧嘴及其燃烧控制系统[J].铸造,2018,67(12):1085-1089.

[4]殷黎丽,杨彬,李春澍.纯氧燃气回转化铁炉及熔炼特性[J].铸造,2015,64(10):989-993.

[5]殷黎丽,张明,杨彬,吕荣伏.纯氧天然气回转化铁炉应用的几个问题[J].铸造,2018,67(07):588-592.

※作者简介:吕荣伏（1975—），男，福建泉州人，工商管理硕士，山东铁戈炉业有限公司董事长，电话：13954154666，Email:tgly6666@126.com.目前主要从事纯氧天然气回转炉的研究和推广。