沖天爐是鑄造生產(chǎn)中耗能較大的設(shè)備,也是對環(huán)境污染較嚴(yán)重的設(shè)備.能耗大是造成污染物排放量大的主要原因之.如果對排放物不予治理,則會(huì)對環(huán)境造成較嚴(yán)重的污染.因此,應(yīng)從防與治兩方面著手減少?zèng)_天爐排放到環(huán)境中的有害物質(zhì).防是減少有害物質(zhì)的排放量;治是控制污染物的排放、收集污染物并做無害化處理.在現(xiàn)有沖天爐熔煉條件下,預(yù)防和治理都是必要的.

1 沖天爐污染物的來源沖天爐的污染排放物包括煙塵、爐渣和熱量.煙塵污染空氣,爐渣污染土地,熱量除了惡化現(xiàn)場工作環(huán)境外,熱氣流上升還是煙塵在空氣中懸浮擴(kuò)散的動(dòng)力來源. 1.1 煙塵煙塵是沖天爐最重要的污染物排放物,其中的S0、C0、C02及氮氧化物等成為空氣成分而永久性存在;未燃燒的碳粒及Sio2、mgo、cao、Fexoy等固態(tài)污染物中,粒徑為0.1μ~Iμ的顆粒在空氣中形成氣溶膠,長久存留于空氣中;Iμ~10μ的顆粒以塵霧形態(tài)可在流動(dòng)的空氣中漂浮很長時(shí)間;10μ~100μ的顆粒,雖然在空氣中易于沉降,但在上升氣流中也會(huì)較長時(shí)間懸浮和飄散;大于100μ的顆粒,被煙氣吹出煙囪后,降落在沖天爐附近. 沖天爐煙塵來自焦炭、金屬爐料、溶劑(如石灰石)及耐火材料.這些物料產(chǎn)生煙塵的原因是：①加料及物料在生產(chǎn)內(nèi)下降運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦碰撞形成碎屑.②物料粘附、夾帶的雜質(zhì).③焦炭燃燒的產(chǎn)物.④金屬被氧化成氧化物.⑤石灰石分解. 1.2 爐渣爐渣是在熔煉過程中造渣劑與非金屬雜質(zhì)反應(yīng)形成的低液化點(diǎn)玻璃態(tài)化合物,主要成分為CASl0,常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定.棄置堆積造成占地污染. 1.3 熱量沖天爐發(fā)散到環(huán)境中的熱量包括煙氣的物理熱、爐壁散發(fā)的熱量、打爐殘料熱量、鐵液和爐渣散發(fā)的熱量.

2 污染的預(yù)防減少污染物的產(chǎn)生不但可以降低沖天爐污染的程度,也可以減輕防治污染的負(fù)擔(dān),同時(shí),還能收到提高鐵液質(zhì)量和節(jié)能降耗的效果.沖天爐污染物的排放量,與爐型、工作制度、爐料、焦炭、耐火材料、熔煉操作等因素都有關(guān)系.根據(jù)產(chǎn)品要求正確選擇、優(yōu)化組合這些因素,才能最大限度地減少污染物的排放量.

2.1 爐型的選擇按照我國建設(shè)和諧社會(huì)的發(fā)展方向,對沖天爐提出了包括節(jié)能減排在內(nèi)的優(yōu)質(zhì)低耗、安全環(huán)保要求.國家三部委推薦的外熱風(fēng)沖天爐代表了符合上述要求的爐型.外熱風(fēng)沖天爐是利用煙氣中一氧化碳化學(xué)熱加熱空氣,實(shí)現(xiàn)預(yù)熱送風(fēng)的沖天爐,具有較強(qiáng)的鐵液過熱能力和良好的冶金性能.現(xiàn)階段,水冷無襯單排插入式風(fēng)口是外熱風(fēng)沖天爐的最佳爐型配置,適用5t/h以上熔化率的爐由于爐壁散熱面積占爐膛蓄熱體積的比例隨熔化率的減少而增大,越小的爐子散失熱量占爐內(nèi)熱量的比例越大.因此,一般認(rèn)為,無襯爐在小于7t/h的爐上應(yīng)用時(shí),將帶來開爐初期爐溫低,鐵液升溫慢,出鐵溫度低、質(zhì)量差的缺陷,甚至無法正常熔煉.但在采取相應(yīng)技術(shù)措施后,在5t/h沖天爐上采用無爐襯結(jié)構(gòu)已得到滿意效果. 外熱風(fēng)沖天爐渣量僅為常襯沖天爐的1/5~1/10,甚至更少;煙氣中CO含量幾乎為零;長爐齡熔煉大量減少了打爐次數(shù),從而減少了殘料損失的熱量;冷卻水帶走了爐壁熱量,降低了對環(huán)境的熱污染;外熱風(fēng)系統(tǒng)可使煙氣中的大部分灰塵沉降,減少了灰塵的排放量,降低了除塵系統(tǒng)的負(fù)荷.較高的規(guī)模效益為沖天爐的完善配套提供了經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ),使煙氣凈化裝置的應(yīng)用具備了更充分的條件. 對于產(chǎn)量尚不足以采用外熱風(fēng)無爐襯的工廠,采用薄襯沖天爐是明智的選擇.薄襯是指熔化帶和過熱帶耐火材料爐襯厚度相當(dāng)于無襯爐凝渣自生襯.理論上是在爐壁水冷條件下,不能被侵蝕減薄的處于平衡狀態(tài)的爐襯.實(shí)際應(yīng)用中,為了便于砌筑,通常使其稍厚于理論厚度.薄襯爐具有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：熔煉過程中,爐膛截面積變化很小,可在穩(wěn)定的工藝條件下實(shí)現(xiàn)爐況穩(wěn)定,與無襯爐一致：開爐伊始即有爐襯保護(hù),避免開爐初期的過度散熱,爐內(nèi)升溫快,從開爐到進(jìn)入正常熔煉的時(shí)間短.因此較小熔化率的沖天爐也可實(shí)現(xiàn)長爐齡操作,從而具備上述環(huán)保特點(diǎn).水冷薄襯可用于常溫送風(fēng)或自熱送風(fēng)的兩排風(fēng)口爐型,也可用于單排風(fēng)口外熱風(fēng)爐型.選用不同的爐襯配置和風(fēng)口結(jié)構(gòu),可適應(yīng)不同熔煉周期.

2.2 熔煉工作制度延長熔煉周期,減少打爐次數(shù),可減少打爐殘料的熱污染;減少因休風(fēng)空料過程中爐氣流速加大、空吹底焦造成的煙塵排量增加. 沖天爐采用連續(xù)工作制是合理的.目前,雖然我國大多數(shù)鑄造廠還不具備產(chǎn)量條件,但已經(jīng)具備產(chǎn)量條件的工廠,應(yīng)積極應(yīng)用長齡爐,推行連續(xù)工作制.這不僅僅是環(huán)保的要求,也是節(jié)能降耗的要求.

2.3 爐料金屬爐料和石灰石中參混和粘附的雜質(zhì),如泥沙、鐵銹、石灰石碎屑粉末等,在爐內(nèi)經(jīng)摩擦、碰撞脫落后直接隨煙氣排出,摩擦碰撞使雜質(zhì)顆粒細(xì)化,更易于懸浮擴(kuò)散,加重對環(huán)境的污染.為減少灰塵排放,應(yīng)對爐料進(jìn)行凈化處理,清除其中的雜質(zhì).為了減少配料加料過程中和入爐后產(chǎn)生灰塵,爐料的塊度不應(yīng)過小,更不應(yīng)細(xì)碎.

2.4 焦炭在沖天爐排出的灰塵中,大約有60%多是焦炭碎屑和粉末.這些焦炭碎末,一部分混合在焦炭中,一部分附著在焦炭塊表面.氣孔率高的焦炭易于附著更多的粉末;氣孔率高的焦炭強(qiáng)度也低,在摩擦碰撞時(shí)更易于破碎,產(chǎn)生更多的粉末.可見焦炭的強(qiáng)度對煙塵的排放量影響很大.選用塊度適當(dāng)、強(qiáng)度高的標(biāo)準(zhǔn)鑄造焦,并做篩分處理,可減少煙塵排放量.煙氣中的S02主要來自焦炭,不同焦炭中硫份的差別很大.使用高硫份焦炭,不但增加煙氣中S02排放量,加重環(huán)境污染,還會(huì)增加鐵液中硫量,可能對鑄件質(zhì)量產(chǎn)生不良影響.

2.5 耐火材料在預(yù)熱帶,耐火材料爐襯在爐料的碰撞、擠壓、摩擦作用下,脫落產(chǎn)生粉塵,被煙氣帶出爐外,形成污染;爐襯的強(qiáng)度高低影響單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生粉塵的多少.尤其在預(yù)熱帶上部,受到的沖擊更嚴(yán)重,產(chǎn)生的灰塵逸出阻力小,更容易被帶出爐外.為了提高該處爐襯的強(qiáng)度,用鐵磚砌筑爐襯或用鋼制導(dǎo)料筒為宜.在熔化帶以下,爐襯被數(shù)高溫爐氣和熔渣侵蝕而進(jìn)入渣中,成為熔渣.耐火材料的耐火度及熱化學(xué)穩(wěn)定性決定了爐襯的侵蝕速度.根據(jù)熔煉周期適當(dāng)選用高耐火度爐襯材料,降低爐襯侵蝕速度,使渣量減少.石灰石加入量即可減少,煙氣中C02排放量也相應(yīng)減少了.

2.6 熔煉操作

2.6.1砌襯爐襯的耐侵蝕程度與爐襯材料和砌筑質(zhì)量關(guān)系密切.爐襯材料選定后,砌筑質(zhì)量就是最重要的因素.砌筑質(zhì)量好的爐襯應(yīng)達(dá)到如下要求：1爐膛尺寸正確,表面平整;2砌塊間泥口小而飽滿;兩層泥縫交錯(cuò)排列;3搗打料、澆鑄料西方準(zhǔn)確,尤其是水分適當(dāng),避免過多搗打緊實(shí)、均勻;澆鑄襯中無氣孔;砌筑質(zhì)量好的爐襯不但降低耐火材料的消耗量,也減少渣量,對減少爐渣及其帶出的熱量是有利的.

2.6.2 最惠風(fēng)量操作最惠風(fēng)量是在：—定碳耗量下,鐵液達(dá)到最高溫度的風(fēng)量.這時(shí)候焦炭達(dá)到最佳燃燒狀態(tài),爐內(nèi)形成最好的鐵液過熱條件.可見,最惠風(fēng)量操作是滿足鐵液一定質(zhì)量要求條件下,碳耗量最低,風(fēng)量最小的操作,是減少?zèng)_天爐煙氣量、降低污染的主要預(yù)防方法.網(wǎng)形圖揭示了最惠風(fēng)量操作的規(guī)律,根據(jù)生產(chǎn)要求的熔化率和鐵液溫度,按此規(guī)律平穩(wěn)地調(diào)整焦鐵比和風(fēng)量,使鐵液達(dá)到的最高溫度約為要求的鐵液溫度,即實(shí)現(xiàn)了最惠風(fēng)量操作.最惠風(fēng)量受諸多因素影響,實(shí)際生產(chǎn)中,常需要調(diào)整,以保持最佳爐況.

2.6.3 石灰石加入量石灰石分解產(chǎn)生二氧化碳,增加了污染物排放量.因此,在滿足造渣需要的前提下,應(yīng)盡量減少石灰石的加入量.減少石灰石加入量不但減少二氧化碳排放,也減少爐襯侵蝕和渣量. 石灰石的適宜加入量應(yīng)使渣呈正常的顏色和性狀,能順利的從爐內(nèi)流出,其粘稠程度不致在?；鄱逊e,或從渣口能流到地面即可.渣流槽盡可能短,避免因流程長而需要提高渣的流動(dòng)性.

2.6.4 滿料操作沖天爐內(nèi)料柱的高低變化時(shí),通風(fēng)阻力隨之變化,在使用離心風(fēng)機(jī)或羅茨風(fēng)機(jī)放風(fēng)調(diào)風(fēng)量供風(fēng)時(shí),入爐風(fēng)量也變化.當(dāng)料柱降低時(shí),爐氣量加大,爐氣上升速度加快,將有更多的煙塵被帶出爐外.保持滿料操作,可避免爐氣量及其含塵量的增加,并使?fàn)t況穩(wěn)定.正常開爐環(huán)節(jié)中的料柱高度下降,如休風(fēng)前、打爐前,故障造成的料柱下降,如棚料,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行減風(fēng)操作.

3 污染的治理預(yù)防只能在一定程度上減輕污染,減輕的程度還達(dá)不到環(huán)保的要求,所以治理沖天爐污染是必要的.治理污染的內(nèi)容包括：清除煙塵中的灰塵、二氧化硫、碳?xì)浠衔?、二氧化碳、氮氧化物等有害物質(zhì)封閉隔離噪聲源：吸收隔離熱污染.

3.1 煙氣凈化沖天爐污染排放物中,灰塵是最主要的,其它的污染與環(huán)保要求比差距相對較小.加之我國小容量沖天爐數(shù)量占有很大比例,資金投入有很大困難,環(huán)保效益也不多.因此,現(xiàn)階段沖天爐環(huán)保任務(wù)是以除塵為主.而對于10t/h以上的沖天爐,尤其是長齡、外熱風(fēng)沖天爐已具備效益和規(guī)模條件,應(yīng)該實(shí)現(xiàn)更全面的環(huán)境保護(hù). 目前,煙塵凈化是沖天爐環(huán)保的首要任務(wù).應(yīng)根據(jù)沖天爐的煙塵量、煙塵性質(zhì)和塵粒分布、工作制度、生產(chǎn)規(guī)模、氣候狀況、當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求等選擇適宜的除塵方法和設(shè)備,并完善管理制度,以保障煙塵凈化系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行. 環(huán)保要求不高的地區(qū),應(yīng)推廣應(yīng)用噴淋旅流除塵器.該除塵器結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、能耗低、易管理、不占地面,除塵效率達(dá)90%以上,煙塵排放濃度200mG/Nm3左右. 環(huán)保要求較高的地區(qū),選用綜合濕法除塵較適宜,煙塵經(jīng)水膜旋風(fēng)除塵器做第—級(jí)除塵后,在第二級(jí)濕法除塵器內(nèi),經(jīng)噴淋、水膜、水幕的交互作用,可除去95%以上煙塵,排放量150mg/NW3左右.寒冷地區(qū)使用濕法除塵需采取防凍措施.濕法除塵結(jié)構(gòu)比較簡單,造價(jià)相對較低.能除去煙氣中70%左右S2和部分C02.為避免污水和污泥造成二次污染,應(yīng)對其進(jìn)行無害化處理,如加入石灰中和其中的亞硫酸、碳酸等. 環(huán)保要求高的地區(qū),通常用布袋除塵器,分室脈沖除灰布袋除塵器是常被選用的較好類型.布袋除塵器除塵效率很高,達(dá)99%以上.可將煙氣灰塵降至50mg/Nm3以下.不同材質(zhì)的濾帶要求不同的工作溫度,沖天路煙氣需要降溫處理,并設(shè)置前置除塵器.結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高,維護(hù)管理要求高. 靜電除塵器也有很高的除塵效率,可作為末級(jí)除塵用于沖天爐煙氣凈化系統(tǒng)中.但目前我國在沖天爐除塵中用的很少

3.2 噪聲隔離風(fēng)機(jī)和振動(dòng)機(jī)械是沖天爐工部的噪聲源,噪聲污染的全面治理還有—定困難,一般可采取封閉噪聲源和現(xiàn)場人員佩戴耳塞的辦法隔離噪聲.目前,僅限于對風(fēng)機(jī)室的封閉并對噪聲大的羅茨式風(fēng)機(jī)安裝消聲器.配加料設(shè)備的噪聲治理也是應(yīng)該解決的問題.

3.3 熱污染隔離沖天爐的熱污染主要來自出爐鐵液、熔渣和打爐殘料的熱輻射,設(shè)置殘料車承接打爐殘料并用水熄火：設(shè)置入渣器并進(jìn)行?；幚?使用個(gè)人防護(hù)等都可以收到較好的效果.

4 排放物的回收處理和利用沖天爐污染排放物的回收利用已有些成功的經(jīng)驗(yàn),如將粉塵經(jīng)風(fēng)口回吹到爐內(nèi),將爐渣用于建筑材料等. 回吹粉塵是將粉塵按一定流量加入鼓風(fēng)中,吹入爐內(nèi).其中焦碳粉末在爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量,并促進(jìn)爐氣中的C0的燃燒,增加沖天爐的熱量來源,提高熱效率,加強(qiáng)鐵液過熱,其中的不可燃灰塵進(jìn)入熔渣.沖天爐渣的主要成分為硅酸鹽,可以用作建筑材料,如水泥,預(yù)制構(gòu)件等. 煙氣的熱量除預(yù)熱送回用部分之外,余熱可用于車間采暖、降溫、生活用熱水、型芯烘干等.鑄件凝固冷卻散熱量、渣冷卻散熱量的利用尚待研究開發(fā). 即使煙氣中的SO2、C02等有害氣體也存在回收利用的可能,如制取C02產(chǎn)品等. 沖天爐污染排放物的回收利用尚處于開始,由于受沖天爐容量的限制,還難以形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模.隨著沖天爐大型、長齡、外熱風(fēng)的不斷發(fā)展,沖天爐污染物的回收利用必將得到廣泛地重視和推行,沖天爐污染的防與治必將得到充分的結(jié)合.