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1、生物碳?jí)K的應(yīng)用正在研究開發(fā)中

廢木屑、樹皮、秫秸、樹葉等廢料，都是含碳材料，如果加以利用，不僅是可再生資源，而且還是消納廢棄垃圾。不少國(guó)家都已經(jīng)著手研究將這類廢棄材料制成生物碳?jí)K，用作沖天爐燃料，以替代焦炭。生物碳?jí)K的制造工藝大致是：先將上述廢料粉碎，加入少量粘結(jié)劑，混勻，然后在高壓下制成團(tuán)塊，再將其置高溫下使之碳化。據(jù)報(bào)道，按照初步試驗(yàn)的結(jié)果，目前已可在沖天爐中替代15%的焦炭。

幾年前，法國(guó)就已生產(chǎn)這種生物碳?jí)K，日本、美國(guó)和巴西也正在進(jìn)行研制和試驗(yàn)。

2、采用高灰分焦炭，降低生產(chǎn)成本

沖天爐采用冷風(fēng)作業(yè)的條件下，采用低灰分、高固定碳的鑄造焦炭，對(duì)于提高爐溫、保證沖天爐熔煉的冶金質(zhì)量。是非常必要的。70年代末，我本人就曾受鑄造學(xué)會(huì)的委托，起草“正確認(rèn)識(shí)鑄造焦炭的重要性和關(guān)于組織生產(chǎn)的建議”，提交國(guó)家有關(guān)部門考慮、審議。

現(xiàn)在，生產(chǎn)條件有了重大的變革以后，原先的一些觀念和認(rèn)識(shí)也不得不隨之修正。

熱風(fēng)作業(yè)的沖天爐，如果再?gòu)娘L(fēng)口吹入氧氣和輔助燃料，爐內(nèi)溫度可大幅度提高。在這樣的條件下，可以將鑄造廠收集的粉塵乃至粒狀廢棄物自風(fēng)口吹入沖天爐，予以消納。上世紀(jì)90年代以來，Georg Fischer 公司，Kuttner-GHW公司， Air Product公司等都在這方面進(jìn)行了研究工作，效果都是肯定的。

既然當(dāng)前的沖天爐連灰塵和粒狀廢棄物都可以消納，采用高灰分焦炭又何不可呢？有必要提請(qǐng)大家注意的是：2009年，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省為支持戰(zhàn)略性基礎(chǔ)技術(shù)的研究開發(fā)，在各基礎(chǔ)性行業(yè)中，都核定了一些由政府提供資金的研究課題。與鑄造相關(guān)的課題共有22項(xiàng)，其中有一項(xiàng)就是“開發(fā)沖天爐使用高灰分焦炭的高效作業(yè)技術(shù)”。這一項(xiàng)目由政府投資2億日元，由日本鑄造協(xié)會(huì)管理，伊藤鐵工所等兩家企業(yè)承擔(dān)。目標(biāo)是：在確保沖天爐冶金質(zhì)量和生產(chǎn)效率的前提下，使用高灰分焦炭，以降低生產(chǎn)成本。

我國(guó)焦煤資源豐富，目前是世界上焦炭產(chǎn)量最高的國(guó)家，但是我國(guó)焦煤的“內(nèi)灰”含量高，“可洗性”不佳，煉制低灰分焦炭的工藝繁瑣，代價(jià)很高。如果我們能在強(qiáng)化沖天爐熔煉的基礎(chǔ)上，解決這個(gè)問題，意義將是深遠(yuǎn)的，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)沖天爐的競(jìng)爭(zhēng)能力。

3、采用鑄造型焦

型焦用于高爐煉鐵早已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注，鑄造行業(yè)在沖天爐作業(yè)中用型焦代替焦炭，目前除波蘭和韓國(guó)比較成功外，大都仍在試驗(yàn)、探索中。

型焦的主要特點(diǎn)是焦塊的尺寸一致、密度高、反應(yīng)能力低，耐磨性優(yōu)于焦炭，但高溫（1600℃下）強(qiáng)度低于焦炭。

型焦的基本原材料是焦炭末、無煙煤粉和石油焦末，用瀝青、焦油、焦煤作粘結(jié)劑，混合后用模具壓成團(tuán)塊，再經(jīng)高溫煅燒焦化而成。由于焦炭末、無煙煤粉都是再循環(huán)使用的物料，因而生產(chǎn)成本低于焦炭。必要時(shí)，其中還可加入石灰粉，使其在熔煉過程中有脫硫作用。

波蘭在1950年代后期即已開始生產(chǎn)型焦，供高爐和沖天爐用，1960年代生產(chǎn)能力約60萬(wàn)噸/年。鑄造用型焦的尺寸，有125×90×55 mm和140×112×75 mm兩種，主要用于其國(guó)內(nèi)和當(dāng)時(shí)的民主德國(guó)，目前的情況不詳。

目前，韓國(guó)年產(chǎn)鑄造型焦9萬(wàn)噸左右，占其全國(guó)沖天爐燃料中的2/3左右。型焦所用的原材料中，焦炭末、無煙煤粉和石油焦末約占80%，粘結(jié)劑焦油和焦煤約占20%。韓國(guó)的鑄造型焦為圓柱體，尺寸有兩種：φ135×135mm和φ115×115mm。壓制型焦的壓力為29.4MPa，成形后在1000℃下碳化40 min左右。

美國(guó)的鑄造型焦，目前仍在試生產(chǎn)階段。型焦的塊度為140×112×76 mm，壓制成形后在980～1080℃、惰性氣氛中焦化。

我國(guó)最早生產(chǎn)型焦的是寧夏石嘴山焦化廠。后來，河南永城市的神火公司開始生產(chǎn)。最近，河南平頂山也生產(chǎn)型焦。看來，推廣應(yīng)用型焦的關(guān)鍵，在于制造廠加強(qiáng)與鑄造企業(yè)和科研院所的合作，優(yōu)化型焦的生產(chǎn)工藝。鑄造廠則應(yīng)在使用方面充分掌握型焦的特點(diǎn)。

4、無煙煤的應(yīng)用

含揮發(fā)性物質(zhì)較少的無煙煤，有很多與焦炭類似的性質(zhì)，熱值在32～35 MJ/kg之間，略高于鑄造焦炭的30～31 MJ/kg。無煙煤的密度高于焦炭，如以相同的重量代替部分焦炭，燃料在爐內(nèi)所占的體積較小，更有利于熱量向金屬爐料傳遞。

如果無煙煤處于沖天爐的熔化帶，其化學(xué)、物理性質(zhì)應(yīng)該與焦炭大致相同。

無煙煤的問題是：不同地區(qū)產(chǎn)出的無煙煤，其揮發(fā)分的含量可能有相當(dāng)大的差別。如果揮發(fā)分含量較高，在沖天爐內(nèi)隨料層下降時(shí)，揮發(fā)分的釋放就可能導(dǎo)致煤塊的破裂，使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生很高的背壓，還可能導(dǎo)致碎煤隨爐氣排出。這是用無煙煤代替焦炭的最大障礙。

據(jù)法國(guó)鑄造工業(yè)技術(shù)中心的調(diào)查，用無煙煤代替部分焦炭的工藝方法目前頗受重視，美國(guó)已有鑄造廠進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)。

在沖天爐中用無煙煤代替焦炭，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

選用揮發(fā)分低的無煙煤。如煤中揮發(fā)分高，則應(yīng)先予以煅燒處理；

不能代替底焦，只能用于層焦，用量一般為10%～20%。