1.2 项目背景与必要性

1.2.1 项目建设背景

铸造行业作为装备制造业的基础行业之一，改革开放以来取得了长足的发展，从2000年开始，我国铸件产量就一直位居世界首位。冲天炉作为铸铁熔炼的首要设备延续到今天，在全国范围内仍然担负着60%左右铸铁件的熔炼任务（主要原因是2008年之前所上项目冲天炉比重较大），因此，冲天炉熔炼技术直接关系着铸件的内在质量和表面质量；冲天炉除尘系统的排放浓度以及可靠程度又直接关系到铸造企业能否允许存在的头等大事。

随着“节能环保”概念的深入人心，国家及各地市针对冲天炉等产品所在的铸造业出台了相关政策。

1、提高行业门槛，严格铸造行业准入制度。

逐步关闭生产规模3000吨/年以下的铸铁件砂型铸造生产企业，新建铸铁件砂型铸造生产企业生产规模必须达到5000吨/年；逐步关闭生产规模2000吨/年以下的铸钢件砂型铸造生产企业，新建铸钢件砂型铸造生产企业生产规模必须达到3000吨/年。

2、淘汰高耗能设备，推广使用技术先进的熔化炉。

逐步淘汰小冲天炉，发展5吨/小时以上大型、长炉龄冲天炉，根据需要采用外热送风、水冷无炉衬连续作业冲天炉；推行冲天炉、炉双联工艺；推广冲天炉除湿送风技术、冲天炉变频控制技术，增加除尘装置，减少电力耗费。铸钢件生产中推广使用热效率高、作业好、熔化量在1吨/小时以上的节能环保电炉，、淘汰燃油坩埚炉和焦炭坩埚炉等落后炉型。逐步取消用炉前试块观测白口深度的原始粗测法，淘汰落后检测方法，采用先进的铁水性能速测仪、热分析仪或直读光谱仪，提高监测设备的迅捷性、精密性及自动化程度。

3、加强环保治理，严格排放制度。

加大环保设备投入，对熔化冲天炉或电炉产生的烟气，采取烟气净化和降噪措施，采用旋风除尘器（含多管旋风除尘器）以及袋式、静电或湿式除尘器和两级组合除尘（如旋风加布袋）等除尘方式，对产生的烟气集中收集、净化处理，主要污染物烟尘、粉尘和噪声达到国家的排放标准。加强资源、能源二次利用，使烟气中的CO二次燃烧，燃烧余热再预热冷空气并使热风鼓入冲天炉，达到提高铁水温度和烟气净化的双重作用，实现节能减排目标。生产车间要安装除尘、去除有害气体、通风和降低噪声的设备，改善铸造车间的工作。

项目属于能量优化项目，项目建设符合国家《节能中长期专项规划》中确定的能量优化发展规划，符合“建设资源节约型、环境友好型社会”基本国策，是企业生产发展客观需要。项目建成后，将有降低企业消耗，提高产品质量，提高企业核心竞争力，促进区域经济的发展。　

1.2.2 项目建设必要性

技术改造是企业采用新技术、新工艺、新设备、新材料对现有设施、工艺条件及生产服务等进行改造提升，淘汰落后产能，实现内涵式发展的投资活动，是实现技术进步、提高生产效率、推进节能减排、促进安全生产的重要途径。促进企业技术改造，对优化投资结构、培育消费需求、推动自主创新、加快结构调整、促进产业升级具有重要意义，是推进工业转变发展方式，实现科学发展的重要举措。

1、《国务院关于促进企业技术改造的指导意见》提出：

（1）推进技术创新和科技成果产业化。针对关键领域和薄弱环节，突破一批共性关键技术，加快先进技术的产业化应用，提高基础原材料和基础零部件、重大装备和核心技术的国内保障能力，提高技术标准研究制定水平，促进技术创新能力提升。鼓励和支持企业技术中心、工程实验室、科技重大基础设施等创新载体的改造提升，培育一批研发基础好、知识产权多、行业带动性强的技术创新示范企业，加强开放合作，增强企业创新能力。推动建立以企业为主体，产学研用相结合的协同创新体系，积极探索以技术标准引领产业发展、围绕创新成果进行创业等模式，促进科研与生产紧密结合，充分发挥市场主体的创造性和积极性，加快科技成果产业化。

（2）提高装备水平。加快淘汰落后工艺技术和设备，推广应用自动化、数字化、网络化、智能化等先进制造系统、智能制造设备及大型成套技术装备。支持重点企业瞄准世界前沿技术，加快装备升级改造，推动关键领域的技术装备达到国际先进水平。实施装备创新工程，不断提高装备制造业技术水平。

（3）促进绿色发展。实施提升工业能效、清洁生产、资源综合利用等技术改造。加快推广国内外先进节能、节水、节材技术和工艺，推广工业产品绿色设计研发系统，提高能源资源利用效率。提高成熟适用清洁生产技术普及率。加强重金属和危险化学品污染防治。支持工业废物、废旧产品和材料回收利用以及低品位、共伴生矿产资源综合利用，积极发展循环经济和再制造产业。培育一批资源节约型、环境友好型示范企业。

（4）促进安全生产。实施高风险工业产品、生产工艺和装备的技术改造，加强工业控制系统安全保障。加快安全生产管理与监测预警系统、应急处理系统、危险品生产储运设备设施等技术装备的升级换代，提高工业企业本质安全水平。

2、省人民政府关于印发《国家创新驱动发展战略行动计划（2014-2020年）的通知》提出：

围绕传统产业改造升级和新兴产业培育壮大的发展需求，加强战略性、前瞻性研究。按照围绕产业链配置创新链、围绕创新链完善资金链的总体思路，通过招标、委托和自发等方式，组织引导以企业为主体的产学研合作共同体联合攻关，开发具有重大影响的关键共性技术和产品，搭建创新平台，培育创新团队，建设产业化示范工程和基地，全面提升产业创新能力和竞争力。

随着人类对节能和环保意识的不断增强，国家对高能耗、环境保护和污染治理的力度越来越大，大批高能耗、高污染的企业被关停或勒令改造，所以铸铁散热器行业的节能降耗、生产环境及周边区域环境污染的综合治理势在必行。

3、本项目建设，是清洁化生产的需要

国家政策提倡企业清洁化生产，清洁生产是指不断采取改进设计、使用清洁能源和原材料，采用先进工艺技术和设备、改善管理综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或避免生产、服务和产品使用过程中污染物的生产和排放，以减轻或者消除人类健康和环境危害。

4、本项目建设，是企业自身发展需要

随着铸造电力金具市场日趋激烈的竞争，电力金具行业要“加快劣质企业退出行业”的进程，在政府宏观调控和市场竞争下，电力金具企业将不可避免面临兼并重组，市场的洗礼将使面制品出现新都特点。降低成本、降低耗能，减少污染将在长时间内成为企业发展的主题，成为企业生存关键点。本项目建成后，产品成本将进一步降低，产品档次将进一步提高，能耗将进一步下降，污染将进一步减少，规模效益将更加显著，市场竞争力进一步加强。

第三章  市场分析

3.1 自动造型线概况

垂直分型无箱射压造型生产线（以下简称“垂直线”）具有设备结构简单紧凑、占地小、生产率高、投资少、噪音低、维修量小的特点。我国自20世纪60年代末由国外引进第一条垂直分型无箱射压造型生产线以来，垂直分型无箱射压造型技术已经广泛应用到铸件生产中，所涉及的行业包括汽车、建筑、压缩机、矿山、水泥、锅炉、高铁、厨具和市政工程等等。

3.1.1 国产垂直线的历史及现状

20世纪70年代初，当时归属于机械部的造型机专业制造厂——保定铸造机械厂。设计和制造了国内第一条垂直分型无箱射压造型生产线 (XZZ415)并成功应用于国内某汽车制造厂。但是，由于机器的结构基本源于进13设备，所使用的液压元件和气动元件多为厂内的自制件。应用的国产电气元件质量不可靠。加之一般人员很难掌握的机械控制箱。结果造型机不仅在使用中漏油、漏气，故障率高。而且生产线的维修也很困难，所以整个70年代和80年代，保定铸造机械厂仅生产了10台左右垂直分型无箱射压线造型生产线。在时间上，上海某机械厂比保定稍晚生产垂直分型无箱射压造型生产线上海产的造型机采用了国内标准的液压元件和气动元件，取消了机械控制箱，虽然设备的自动化程度低一些，运动的平稳性差一些。但设备简单、操作和维修方便，对于一般用户而言更容易接受。20世纪90年代初。在国家专向资金的支持下，保定铸造机械厂、清华大学和北京玛钢厂联合开发了新型的垂直分型无箱射压造型生产线 (XZZ416 )。在随后的20多年里，垂直分型无箱射压线造型生产线随着国内制造业水平的提高以及电气、液压和控制技术的不断发展，造型线的性能不断提高，规格不断扩大。

目前，国产垂直分型无箱射压线造型生产线由造型机、同步输送机、同步皮带机、下芯机、浇注机、加砂机和专用落砂设备组成。生产线由PLC+触摸屏控制和调整，各类执行元件按程序自动工作。压力传感器、位置检测元件、电液比例元件等组成自动化系统使设备的动作、速度和压力满足设定要求。设备运行稳定可靠。生产线的各类参数可以在触摸屏上调整，操作和调整设备都很方便。由于使用了数控设备生产液压零件和采用高档的液压元件，国产设备中常见的漏油现象在垂直分型无箱射压线造型生产线也得到了根本的控制。垂直线还可以根据用户的要求配置。

3.1.2 国内垂直线应用的现状和问题

21世纪后。在国内经济的迅速发展和国际铸件生产基地转移到我国的形势下，垂直线的需求出现了较快增长，特别是2004年以后垂直线的市场迅速扩大。2008年以后，由于国家政策的刺激和社会部分资金转移到铸造业以及铸造劳动力缺乏等综合原因，2009年和2010年垂直线的订货达到了高潮。2010年保定维尔铸造机械股份有限公司垂直线订货80多条。达到历史最高水平。目前，全国约有300多条国产和进1：3垂直线在运行，年产量铸件在300万吨以上国内绝大部分地区都有使用垂直线的企业，比较集中的地区有四个：安徽宁国地区使用垂直线制造磨球，其磨球产量占全国的1/2以上；地区使用垂直线制造玛钢管件，其玛钢管件产量占全国的1/2以上；广东地区使用垂直线制造压缩机零件。其压缩机零件产量 占全国的1/3以上；山东地区使用垂直线制造汽车零件和建筑管件，其产量也很大。从垂直线生产的情况看。产品的类型基本是小规格、大批量、形状较简单的铸件，材质主要是灰铁、可锻铸铁铁和小件球铁。对于国内比较重视的汽车行业来说，垂直线主要生产变速箱端盖、离合器压盘、进排气管、制动盘、制动钳、刹车毂、凸轮轴、曲轴等等，最近山东烟台某企业利用砂型尺寸为850mmx650mmx (150mm～500ram)垂直线制造轿车缸体472FC。由垂直线生产的铸件价格差别较大，以2011年。

目前。国内应用垂直线还存在许多问题。从用户方面来讲，许多用户对垂直线的认识仍停留在傻、大、黑、粗上，对垂直线所需的原材料和环境不能提供必要的保障比较明显的问题是型砂质量不好、电源质量不高、操作人员经常变换，结果造成铸件的质量和机器的运行都不理想。其次，由于近几年垂直线的迅速推广。合格的操作人员和维修人员的数量跟不上市场的需要，往往出现新购置垂直线的企业没有合格的操作人员和维修人员，结果也造成设备不能正常运行。从制造商方面来讲。垂直线液压故障较多。技术资料不全面，服务人员数量和质量满足不了市场的需要以上这些问题都亟待解决。

3.1.3 垂直线未来发展及应用方向

从垂直线市场看，2011年生产线订货已经比2010年明显下降，2012年第一季度又比2011年同期下降。预计未来国内市场不会再有2010年的形势，大规模投资垂直线的时代已经过去，市场慢慢转入常态。调查发现，部分垂直线的用户铸件订单不足，垂直线处于半停产状态。甚至有个别用户没有订单，预计未来的几年里消化已存在的垂直线的产能也会影响到市场销售。

因为提高铸件质量，降低铸件生产成本肯定是用户的选择，所以提高设备的生产率和扩大垂直线的应用范围会成为未来几年的方向，国产垂直线会向高可靠性、高生产率、增加规格和提高辅助功能上发展。

3.2 冲天炉行业概况

铸造行业作为装备制造业的基础行业之一，改革开放以来取得了长足的发展，从2000年开始，我国铸件产量就一直位居世界首位。冲天炉作为铸铁熔炼的首要设备延续到今天，在全国范围内仍然担负着60%左右铸铁件的熔炼任务（主要原因是2008年之前所上项目冲天炉比重较大），因此，冲天炉熔炼技术直接关系着铸件的内在质量和表面质量；冲天炉除尘系统的排放浓度以及可靠程度又直接关系到铸造企业能否允许存在的头等大事。冲天炉按燃料可分为焦炭炉、煤粉炉、燃油（气）炉，国内由于受各种条件限制，其绝大多数为焦炭冲天炉，本文试图就国内焦炭冲天炉及除尘技术的发展历史和使用现况，探讨未来其技术发展方向。

3.2.1 冲天炉熔炼技术的发展及现况

1、炉型的研究

对冲天炉炉形的研究国内始于上世纪60～70年代。早在50年代，国内使用的冲天炉一般均采用原苏联的技术，大多数为三排风口直线炉膛冲天炉。随着技术的发展，国外提出了冲天炉焦炭燃烧由于炉子断面阻力和压力的不同，大量气体将沿着炉壁急速上排，以至造成熔化带四周上升，中间下降，呈现凹形断面，直接影响铁水温度和质量，这一理论被称为“炉壁效应”理论。经过大量试验证实其理论是正确的，炉壁效应对冲天炉燃烧气氛、出铁温度影响很大，特别对于使用劣质焦炭的冲天炉，经常造成炉壁烧穿，中间冷料直接进入炉缸的现象，甚至出现出炉铁水不能浇注等严重事故。在此情况下，中小型冲天炉采用曲线炉膛的技术得到了普及。

20世纪60～70年代，国内工业虽然受到了文革的冲击，但也已开始出现了发展迹象，而所有机械工业的发展基本都离不开铸造，与国民生活息息相关的汽车、拖拉机、机床、石油机械等最基础、最重要的的零部件均是铸铁件。恰在当时，铸造所需原材料，特别是焦炭严重供应不足，为此许多铸造厂为了满足生产要求，只能用当地土焦化铁维持冲天炉的正常生产，铁水温度无法保证，甚至出现冻炉现象。为了解决铁水温度问题，当时许多高校、研究所以及工厂进行了大量的试验和研究，推出了多排小风口曲线炉膛冲天炉，风口比大约在1～2%左右。虽然此炉型存在着明显不足，但对于冷热强度均较低、固定碳含量＜75%的焦炭来说也是一种不得已而为之的方法。需要说明的是，此技术为了追求铁水温度和所谓的焦铁比指标，以不惜加大送风量造成冲天炉严重的氧化气氛而导致大量的元素烧损换取的。

进入20世纪80年代初期，国内改革开放政策带来工业大发展的机遇。此时，为了克服当时冲天炉出现的熔炼问题，沈阳铸造所联合东南大学和机械部六院三家单位开展了冲天炉炉型的重新研究。针对国内供应的焦炭其固定碳已＞80%的情况，在原来多排和三排风口冲天炉的基础上，经过多次试验，取得了大量数据，提出了“冲天炉内双层燃烧，不但可提高铁水温度，也可降低元素烧损”的理论，并先后推出了两排大间距风口曲线炉膛3～10t/h冲天炉系列。此项技术在当时获得了机械部科技二等奖，并在国内外的铸造界引起较大的轰动。至90年代末期，我国冲天炉设备已成功实现了规格化、系列化、商品化的专业生产，并开始应用预热送风、富氧送风与脱湿送风技术。与此同时，冲天炉加料系统机械化、监控检测技术自动化水平有了突飞猛进的发展。

进入21世纪，焦炭价格不断升高，冲天炉熔炼铁液的成本也越来越高。而国家对环保的要求越来越严格，冲天炉面临的主要问题就是环保问题，即噪声和含有有害气体及大量粉尘的高温烟气的治理，特别是粉尘，排放量大，危害大，治理困难，在很多地方因粉尘、废气排放难以达标而受到限制。随着我国电力工业的大发展，中频感应电炉得到了广泛应用，对冲天炉的应用造成了很大冲击，但对某些特殊的行业冲天炉作为铸铁熔炼设备依然为首选，特别是水冷薄炉衬连续熔炼冲天炉在国内有了一定的发展。

2、目前国内冲天炉炉型现况

随着工业技术的不断发展，我国铸铁熔炼技术水平也在不断提高，我国已拥有先进工业国家铸铁熔炼炉的各种主要类型，某些经济技术指标已跨入世界先进行列。目前，我国大多数工厂应用的冲天炉类型主要是两排大间距冲天炉（或“新三化”系列）、热风冲天炉和热风水冷无炉衬冲天炉。尚有一些工厂还在应用的多排小风口冲天炉、卡腰式三节炉和中央送风冲天炉，随着我国焦炭质量的提高及节能减排和行业准入的要求，后三种的应用正逐步减少或被替代。

3、冲天炉炉型的发展前景及展望

近年来，由于铸造生产向专业化、大流水化生产发展，机械化自动程度不断提高，使冲天炉向“大型化、热风水冷无炉衬、连续出铁液”的方向发展。与节约能源、减少环境污染和提高铁液质量紧密联系在一起，形成炉体、热风、除尘为一体的综合熔炼系统，体现了现代冲天炉的模式。

随着国内大规模的专业化生产的推进，山东潍柴集团新引进美国EC&S公司的35t/h热风冲天炉于2007年6月18日开始正式投产，生产实际达到的熔化能力为38～45t，日化铁量达到300t以上。有理由相信，将来国内所使用的冲天炉一定是大型的、可长期连续生产的水冷薄炉衬冲天炉。而水冷冲天炉由于其风口较多的深入炉内，因此，将不存在炉壁效应、曲线炉膛、风口排数等问题，水冷单排风口、直线炉膛也将是长期连续生产的水冷冲天炉主要炉型特点。

3.2.2 冲天炉除尘技术的发展

1、冲天炉除尘问题的提出

国内冲天炉除尘系统的发展始于20世纪70年代中期，起因是城市环境保护已经开始提到议事日程，而铸造厂（车间）是机械类工厂中对环境影响最大的生产点，冲天炉又是铸造车间环境污染的最为严重的设备。因此，国内机械工业的环境治理把冲天炉的除尘作为了工作重点。

20世纪70年代以前，国内冲天炉只是在烟囱上安装火花捕集器以收集生产产生的烟尘，以达到到净化烟气的作用。火花捕集器仅仅能沉降较大颗粒的粉尘，而对人体危害最大的小颗粒粉尘几乎不起任何作用。因此，从开始重视环境保护，火花捕集器就没有被列为冲天炉除尘系统的专用设备。70年代，国内开始着手对冲天炉进行机械强制通风除尘技术的研究和应用，80年代初，几种冲天炉除尘技术首先在上海地区进行了大力推广和应用。

2、冲天炉机械通风除尘系统方式及特点

通过调查发现，冲天炉机械通风除尘系统在国内大致有以下５种形式：

1）颗粒层除尘器。

2）高效旋风除尘器。

3）高压静电除尘器。

4）湿法除尘器。

5）多管水冷除尘器加布袋除尘器。

6）脉冲式除尘器

7）脉冲式滤筒除尘器

表:3-1：冲天炉各类除尘系统特点

3、国内冲天炉除尘技术使用现状

在20世纪90年代后期，笔者曾经对国内几个大城市中的冲天炉除尘系统使用情况做了调查研究，最近几年也密切注意到了国内冲天炉除尘设备的应用。但总体看来，形势不容乐观。国内虽然在环保方面制定了严厉的法规，但冲天炉机械除尘设备的安装率不荣乐观，而安装设备的工厂其使用率不足70％，正是目前的现状。一方面是受利益的驱使，必然产生尽可能不投资，不使用的心理；另一方面，上有政策下有对策的恶习，更加恶化了这方面的工作；另一方面是除尘设备的配套问题和设备本身的技术存在的问题，也使得用户有力投资，无力管理。

但是，随着综合国力的增强，党和国家各级政府已加大了环境治理力度。还我蓝天白云，已成了广大市民的强烈要求和渴望。进入21世纪后，北京、上海、沈阳、武汉等大中城市市区的铸造厂已陆续关闭搬迁。这方面的情况应引起铸造工厂（车间）密切注意，否则，将会给生产安排带来不必要的麻烦，并且可能给企业带来重大的经济损失。

4、冲天炉除尘排放标准

国家于1996年发布了最新的冲天炉烟尘排放标准，详见GB9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》的规定。值得注意的是：标准要求1997年7月1日以前的冲天炉烟尘排放浓度，一类地区<150mg/m3，二类地区<200mg/m3，三类地区<300mg/m3；而1997年7月1日以后安装的冲天炉，一类地区禁排，二类地区<150mg/m3，三类地区<200mg/m3。从上面的数据可以看出，除特殊工业区（三类地区，例如钢铁公司所在地）外，其余最大的排放浓度要求均小于150mg/m3，这与以前套用的锅炉标准相比要严厉得多。最近几年国家有关部门对环境保护和治理提出了更高的标准，要求新建冲天炉的粉尘排放浓度低于50mg/m3，改建冲天炉的粉尘排放浓度低于100mgm3，炉气黑度小于林格曼黑度 1 级。目前，年产低于2000t 铸件的小型铸造厂如果不能解决冲天炉的粉尘污染问题，将面临被环保部门强行关闭的危险。

5、冲天炉除尘设备选择注意事项

要满足GB9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》要求，在没有新技术出现之前，采用多管水冷除尘器或强制风冷器加布袋除尘器系统是比较可靠的冲天炉除尘系统形式。但这一除尘系统所需设备目前尚未有标准化产品供应，因此在冲天炉除尘系统设计和设备选择时应重点从以下方面考虑：

（1）除尘器布袋的品质

滤料的品质选择决定了除尘器的运行阻力和运行费用、投资费用，直接影响烟尘的排放浓度。

滤料的选用应按生产工艺的要求、含尘气体及粉尘的理化特性、所配除尘器的清灰型式来分析选用。主要考虑因素为：达到用户要求的排放浓度、使用寿命，技术经济合理。

（2）减少烟气外溢

收烟口位置及抽风量要使火花捕集器内形成负压，确保在冲天炉加料口和火花捕集器顶部既不会冒烟，又节约风机的动力消耗；改进除尘器提升刚性气阀为柔性气阀，增加其气密性，减少清灰用的压缩空气的耗量。

（3）高温烟气的冷却

烟气温度控制直接影响密闭罩及除尘系统的吸烟效果、炉内微负压形成和布袋的寿命。

保证冷却器出口烟气温度低于120 ℃。

（4）余热利用技术

充分利用冷却器热能，通过水－水换热器供给有用的生活用水，既节约加热用的燃料，又减少了大气污染物的排放和热污染。

（5）冲天炉除尘系统工艺流程

图3-1：典型冲天炉除尘系统工艺流程示意图

近年来，我国的冲天炉技术紧跟机械制造业的发展，以节能降耗、优质高效、安全环保为目标取得了很大的进步，冲天炉也已走上大容量、长炉龄、外热风的发展之路。目前小容量、短炉龄、常温送风的两排大间距冲天炉正处于向外热风、长炉龄、大容量的水冷薄炉衬的冲天炉转型。而冲天炉除尘系统设备目前尚未有标准话的设备供应，各地、各厂对冲天炉除尘系统的改造还趋于各种各样、五花八门的状态，加上设备质量鱼龙混杂，因此，出现了工厂既是上了冲天炉除尘系统也难以使用，造成大量的资金浪费和继续严重污染的情况。

略……

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