我国铸造行业与焦炭消费研究

     2008年我国铸件主产省：山东350万吨、江苏320万吨。

　我国已经连续八年铸件产量居世界第一、2009年产量居全球1/3以上，2008年占全球总产35%，名列2008年铸件产量第二至第六的国家依次为美国1182万吨、俄罗斯780万吨、印度777万吨、日本696万吨、德国584万吨。

  我国铸件主要消费领域：汽车、内燃机、农机、重型机械、矿冶机械等，请参阅表二。

　　表二 2008年我国各主要行业铸件消费量

    铸件进出口2009年我国出口铸件162.95万吨、离岸价1227.88美元/吨，同比分别下降27%和1.13%。

　2009年我国进口铸件2.19万吨、到岸价4485.97美元/吨、同比进口量减少31.25%、价格则上涨9.52%。（请参阅表三）。

　表三 我国铸件2000年—2009年进出口统计（万吨）

　 2009年我国出口铸件中24.6%为非工业用灰铸铁、20.8%为铸铁管和空心异型材。而进口铸件多为精密铸钢件或合金铸件，单价高，进口铸件价格是出口铸件价格的3.65倍。

　　根据中国铸造协会不完全统计：2009年末我国铸造企业约3万家、从业人员150万人，其中铸铁厂 2.1万家、铸钢厂4700家、有色合金铸件厂4300家。我国平均每家企业年产铸件1057吨、每家企业平均年消耗焦炭337吨，产量规模只相当于德国1/10和美国的1/5。2008年德国铸造企业596家、美国2130家。

　　我国铸造企业能源消耗偏大，2008年达到830公斤标煤/吨铸件，是日本、美国、德国2.2倍～2.3倍。

   　第二部分、我国铸造工艺路线和装置

　　分为长流程和短流程两类工艺路线

　　长流程分两种

　　（一）传统意义长流程即铁矿石烧结、冶炼铁水—浇注铸铁件即连铸，主要使用冶金焦起还原剂、骨架和热能作用。

　　（二）半长流程即冲天炉/冲天炉－电炉双联熔炼铸铁或合金铸铁形成铁水—调制浇注的铸件。用铸造焦、冶金焦、无烟煤型焦做热源，国外部分冲天炉使用天然气做热源。

　　短流程是指将高炉铁水或铸铁倒入电炉内，经铁水调制处理后直接浇铸成铸件的一种工艺。

　　第三部分、 铸件材质与工艺流程

　　分三大类铸件

　　一．铸铁铸件（灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁）

　　二．铸钢铸件

　　三．合金铸件（铜合金、铝镁合金、锌合金）

　　铸铁铸件可用长流程和短流程生产，生产灰铸铁采用长流程工艺基本使用冶金焦甚至化工焦发挥还原剂、骨架和热能作用。占据我国球墨铸铁件80%以上的球墨铸管生产基本采用高炉、感应电炉长流程工艺，如我国主流企业如新兴铸管、圣戈班徐州管道、徐州光大铸管、辽宁北台钢铁铸管均采用长流程，其基本附设焦化厂产冶金焦自用。而可锻铸铁即玛钢基本采用短流程。

　　铸钢铸件和合金铸件，基本采用短流程工艺、焦炭基本不使用。我国铸钢铸件主流工艺路线是电弧炉炼钢--钢水浇注铸钢件。而合金铸件主流工艺是用感应电炉熔炼铸造生铁铜、铝、镁、锌等合金—合金铁水浇注合金铸件。

　　第四部分、我国铸铁件生产中的熔炼设备

　　从上文我们看到，铸铁铸件的生产有长短流程都可以，其中长流程除从矿石烧结-铁水-浇注铸铁件传统工艺以外，我国铸铁件企业采用熔炼铸铁生铁—铁水—浇注铸铁件工艺路线，其中熔炼设备分以下三类（一）冲天炉（二）感应电炉（三）冲天炉、感应电炉双联，以上三类装置优缺点对比请参阅表四：

  表四 铸铁件熔炼设备比较

   熔炼设备 冲天炉 感应电炉 冲天炉-感应电炉双联

　铸件种类 灰铸铁；球墨铸铁；可锻铸铁；蠕墨铸铁、白口铸铁， 某些合金铸铁及铁合金 合金铸铁；灰铸铁；球墨铸铁；可锻铸铁 合金铸铁；灰铸铁；球墨铸铁；可锻铸铁

　对炉料要求 块度适当；可使用不同比例的废钢、切屑、原生铁、回炉料；配料中碳、硅含量可与铁水有较大差别；可使用渣铁及部分球团；可不作净化处理

　块度适当；原生铁及回炉料≤10%；配料的成分应与铁液成分一致；应作净化处理；不宜使用低质炉料

同冲天炉熔炼

　　基本功能 溶炼 坩埚炉、溶化和过热 溶炼和过热

　　冶金性能 高 低 中

　　焦炭（铸造焦、冶金焦、无烟煤型焦）

　　焦炭/电力

　　天然气、煤气、电力、燃油

　　产品批量 批量、大批量生产 中小批量 各种批量

　　生产规模 大规模 中小规模 大规模

　　生产方式 连续熔炼---平行工作制 间断熔炼—阶段工作制 平行工作制、连续工作制、阶段工作制

　　造型机械化程度 高 中低 高

　　电力供应量 较小 大 中等

　　操作技术要求 较高 不高 较高

　　设备容量 宜大 不宜大 宜大

　　铁水质量 不同类型冲天炉，铁液质量及其稳定性差别较大 铁液质量不高，但稳定性易于控制 铁液质量高，稳定性易于控制

　　设备投资 30万元起 250万元起 100万元起

　　热效率 40%--60% 60%以上 60%以上

　　过热效率 5%--7% 55%--65%保温好 50%以上

　　余热回收 高 低 中

　　最高炉温 1700℃ 1600℃ 1600℃

　　熔炼一吨铸件 313公斤焦炭 940-1220度电 　

　　污染物 焦炭烟尘粒和有害气体 氧化物颗粒、电磁、热辐射 　

　　出炉铁水温度 1550℃ 1460℃ 1500℃

　　由于铸件熔炼能耗占铸件生产总能耗50%，由于铸件熔炼原因导致铸件废品占总废品的50%， 所以采用先进的熔炼设备和工艺是节能和提高质量的主要方法，下面将铸铁熔炼相关技术做一介绍：

　　1、采用大排距双层送风冲天炉技术、可节约焦炭20%～30%，降低铸件废品率5%。

　　2、推广应用铸造焦冲天炉熔炼，因为采用铸造焦燃料是提高铁液温度和铸件质量的有效途径，国外大多数冲天炉熔炼采用铸造焦，而国内大多数冲天炉熔炼采用冶金焦，原因是铸造焦价格高和生产习惯，但实践证明，用冶金焦熔炼影响铸件质量，而且消耗焦炭量大。而采用铸造焦可降低铸件废品率2%。所以说，发展铸造焦生产并推广应用铸造焦冲天炉熔炼是提高铸件质量和降低能耗的有效途径。

　　3、我国铸铁熔炼设备90%为冲天炉，绝大部分为≤5t/h 冷风冲天炉，多用冶金焦，能量效率低仅为38.8%，连续工作时间短，难以熔炼出优质铁液（铁液温度高、成分合格、波动小、元素烧损少、增碳率高）。为此，应推广先进炉型和使用铸造焦。

4、国内冲天炉熔炼采用冶金焦时，为提高铁液温度，一般采用除湿送风，但铁液温度仍不能达到1500℃，如果采用3%的富氧送风就能使铁液温度达到1500℃，同时能净降低能耗10公斤标准煤/吨铁液，同时减少硅、锰烧损，提高铁液质量和溶化率，并降低焦炭消耗13%～17%。

　　简单说，冲天炉以投资少、可熔炼铸造生铁、钢铁屑、铁合金等各种金属、铁水温度高、质量稳定，可铸造几公斤到几十吨铸件、可生产薄壁铸件、可连续生产，燃料范围宽泛、 余热回收利用率高，等优势基本占我国铸铁件生产的熔炼设备90%, 感应电炉单用8%、冲天炉、感应电炉双联2%，而冲天炉缺点是热效率低、过热率低和废气、废渣、废砂污染排放大，可以通过外补热风、利用电炉提高过热率、敷设除废气、废液、废尘装置等办法弥补。

　　冲天炉中70%即1500台是小型炉其熔炼铸铁≤5吨/小时冷风冲天炉，他们基本使用冶金焦做燃料，这种炉子热能利用效率不高(约38.8%),连续工作时间短,难以熔炼出优质铁水，而铁水是提高铸件综合质量的关键，为增产优质铁水，需要采取两种途径：（一）推动冲天炉和感应电炉双联工艺装置生产优质铁水。（二）推动将小冲天炉改造为10吨/小时以上水冷、长炉龄、富氧热风(＞500℃)冲天炉，提高优质铁水产量。以上两种途径优势明显：一则扩大使用焦炭范围。二则降低吨铸件消耗焦炭量。

　　从目前装备实际和成本分析，小冲天炉仍是我国铸铁件企业的主流熔炼设备，燃料基本采用冶金焦，而未来新厂建设多采用单一感应电炉或冲天炉/感应电炉双联（一汽铸造）。2008/7/16我国最大的柴油机发动机集团---年产50万台柴油机的广西玉林柴油机集团开工建设29万吨铸件基地、分三期建设与2012年12月全部投产。

　　玉柴集团新铸件基地采用单一电炉生产工艺，确保铸造生铁材质稳定、提高铸件内在品质，降低炉料成本、减少工序和用工，消灭冲天炉尘粒、外排污染。

　　第五部分、铸造业与焦炭消费

　　依照中国铸造协会公布313公斤焦炭/吨铸件测算，是德国的三倍。2008年我国铸造业消耗焦炭833万吨、其中90%即750万吨为冶金焦、10%即83万吨为铸造焦。

　　我国铸造行业能源消耗50%为焦炭, 集中于金属熔炼（占50%-70%）、热处理、热法制芯等工序和冲天炉、型壳焙烧炉等装置。

　　从我国铸件生产工艺实际分析：铸钢铸件、合金铸件基本采用短流程，能源为电力，基本不使用焦炭，即使采用长流程即传统意义的矿石烧结—高炉炼铁—转炉炼钢之需要冶金焦，而合金铁水生产需要冶金焦粒（粒度10-25mm） 也足够了。所以简单说，铸钢铸件和合金铸件基本不用铸造焦作为热源。

　　铸铁铸件是长短流程均可生产，采用传统长流程采用冶金焦或化工焦，而半长流程而工艺装置90%为冲天炉，但其中70%为小冲天炉，其大部分使用冶金焦，短流程使用电力基本不使用焦炭。

　　所以从工艺上看，冶金焦占据铸造业焦炭消费90%，铸造焦保持10%的份额凭借是独特的品质优势。

　　铸造焦优于冶金焦的优势在于：落下强度≥90%、显气孔率≤45%、块度大、均匀即碎焦率（≤40mm）≤4%、适合熔炼出炉铁水温度1500℃以上高端合金，以上品质导致铸造焦在冲天炉熔炼时焦炭投炉利用率高于冶金焦。

　　冲天炉炉型1吨、3吨、5吨、7吨、10吨、13吨、15吨和17吨，即每小时熔炼铁水量。

  冲天炉底焦基本使用铸造焦、铁焦比（一吨焦炭熔炼几吨铁水）、分总铁焦比和层铁焦比。铸造焦固定碳≥85%以上，热值高、反应性小、块度、均匀性、机械强度、透气性优于冶金焦。块度大燃烧速度慢、炉气最高温度低、不利于铁液过热；块度小则送风阻力大、空气难于深入炉中心、不利于铁液过热；块度适中、均匀的焦炭燃烧速度适中、炉气温度高、高温区长、利于铁液过热。中小型冲天炉直径与焦炭块度基本符合10:1关系。（请参阅表五）

　　另外，底焦和层焦硫分最好≤0.6%，因为焦炭硫直接进入铁水无法排除，直接影响铁水质量。

　　表五 冲天炉炉径与焦炭块度（单位：mm）

 劣势：铸造焦价格高出冶金焦至少13%、铸件企业考虑成本因素多选择冶金焦。由于我国专业铸件焦企业多半混产铸造焦、冶金焦，导致铸造焦质量浮动较大。而我国铸造企业平均每家企业每年使用焦炭350吨左右，每月30吨左右，而铸造焦每家企业至少每年产铸造焦30万吨、月产３万吨，这种几何级数的产需差导致铸造焦销售困难，无奈之下，他们改产冶金焦。另外，铸造焦企业集中于山西、而铸造企业集中于华东，运输保障难度大，采购受限。

　　铸造焦企业概况我国主要铸造焦企业集中于山西临汾和吕梁地区，基本炉型为清洁热回收捣固焦炉，不能回收煤焦油、粗苯等焦化副产品，其富余焦炉煤气基本用途――发电、冶炼铁合金。

　　山西沁新、山西迎宪偏重于国内市场，而山西森润自有焦炭出口配额8万吨、山西文峰科技向其他出口企业配货，而中化集团则利用其控股的我国最早的铸造焦专业厂—镇江焦化的技术、人才和市场优势，全面开拓出口和内销市场，但2008年四季度以来，由于我国铸造企业减产20%以上，导致铸造焦国内需求锐减20%以上，同时，出口铸造焦几乎停止，导致山西沁新、山西森润、山西迎宪、中化寰达均不同程度减产铸造焦、提产冶金焦。（请参阅表六）

表六 我国主要铸造焦企业概况