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张正国教授谈再生金属熔炼设备的升级换代杨建潇3872字中国再生金属产业发展到今天，旧有的生产模式和技术设备已经不能适应新时代的发展要求，节能减排任务严峻，环保问题凸显。尤其在经过了去年全球范围的金融危机之后，很多固守过去粗放生产模式的再生金属企业都不得不将目光投向了节能、环保的生产模式上来，因为在如今的时代只有集约化生产，真正向生产要效益才是出路，全行业的产业升级和技术革新迫在眉睫。日前，记者就再生金属产业中技术设备的升级换代问题，特别是污染存在的重点环节——熔炼炉的技术革新问题，采访了国内再生金属设备研发与制造的权威专家张正国教授，他从熔炼设备的炉型选用、燃烧器配置、工艺控制和节能与减排四个要素介绍了再生金属熔炼设备未来的发展方向。记者：时至今日，国家对环境保护已相当重视日益重视，节能减排任务严峻，而再生金属产业并无一个规范的行业标准，特别是在熔炼设备上，技术、设备水平参差不齐，既有最为简单、污染严重的坩锅、地炉，又不乏投资动辄几千万的国外引进的成套设备。张正国教授，我想请您介绍一下，哪种熔炼设备才是国内再生金属行业应该选用的、可以推广的。张正国：关于炉型的选择，首先要明确的就是没有一种炉型是通用的，根据不同企业不同情况，在技术设备更新换代时选用的设备和生产工艺也不尽相同。原料类型、燃料类型、地方政策、甚至是地理位置都是技术设备选择的制约因素。但是，万变不离其宗，好的熔炼炉，一定要遵循以下三点原则——快速熔炼（低烧损），低能耗和低建设成本。快速熔炼顾名思义就是在可操作的范围内，尽量缩短熔炼时间以减少不必要的烧损。现在在日本铝压铸行业就有许多快速熔炼炉，其原理类似竖平炉，只不过是相对来说小一号而已，规模大约在1—2吨左右。大型快速熔炼炉据我所知在亚洲只有台湾有一台，主要用于再生铜工业，我们去年在浙江一家企业建设了一台40吨的竖平炉是国内投入生产的第一台。快速熔炼炉中的竖炉主要承担熔化任务，平炉主要起保温作用。所谓快速是指熔化速度快，我们在竖炉底部设置燃烧器，此部位温度相对整个炉体最高，金属在此熔化。根据竖炉热工原理，竖炉的上半部分主要利用底部传上来的热量预热需要被熔化的金属，做到热量的合理、充分利用。金属从竖炉顶口投入，在经过竖炉上半部分时被充分预热，在竖炉底部被熔化，之后流入温度相对较低的平炉中保温、精炼，这样的熔化形式使得金属暴露在高温中的时间大大缩短（只在竖炉底部一段金属被熔化期间暴露在高温下），从而大大减少烧损。第二点原则低能耗，单耗是衡量热工效率的具体指标。有数据可知，竖平炉用于炼铜，单耗可达到80万大卡，这与一般反射炉120万大卡的单耗相比，单单更换炉型就会节省1/3的能耗，还不用说再加上其他方面的工艺改进，保守估计，选用竖平炉冶炼，炉子热效率可达40%--50%。我个人早在1989年就为当时的某国企设计过一台实验性质的熔铝竖平炉，当时单耗达到了55万大卡/吨铝方块，这个数字据我所知，至今未被改写。第三点原则就是熔炉的建设与维修成本问题。我想说的是这是一个需要综合考虑的指标，不能单单说我这个炉子建设费用是你这个炉子的三倍，我的成本就是你的三倍。成本计算应该是对整个炉子在完整的服役时间内他的建设、维修费用、误工费用加权求和。现在有的炉窑生产厂家过分追求低价以吸引用户。便宜的炉子为什么便宜啊？该用Cr25Ni20为原料制作的阀门他给改用铸铁的，能不便宜么！你要问炉窑生产厂为什么改用铸铁的，他会说着呢，用铸铁的足矣，用好的没用，烧坏了直接换一个就成了，成本很低。但是他的回答恰恰忽略了虽然维修费用不高，耽误的生产工时也是其中的隐形损失啊！看着别人利用好行情挣钱，自己却因为炉窑维修错过生产周期，那是只能是亡羊补牢，为之晚矣。另外还有一个我一直以来倡导的概念就是熔与炼的分开进行。所谓熔炼其实就是一个氧化还原的过程，氧化掉不需要的杂质，还原出需要的金属。而目前国内的熔炼车间中，熔炼过程都在同一炉体内进行仍是主流工艺模式。这种工艺模式造成了一个问题，在氧化还原两个过程中，生成的炉渣酸碱性经常发生变化，一会是酸性的一会是碱性的，对炉体耐火材料造成的伤害非常大，我知道国内有些炉子的耐火材料半年就要更换一次，这无形中也增大了生产成本，要知道单是更换耐火材料其成本占到了一台炉子总造价的25%--30%。我倡导的概念是熔炼分开，比如竖平炉，竖炉熔化，平炉精炼，人为的将氧化和还原两个过程分开到两个不同的炉体中进行，单一炉体内的酸碱性波动较小，对耐火砖的损坏也就相对较小，从而节省了维修成本。记者：张正国教授，我知道现在的蓄热式燃烧技术在我们再生金属冶炼领域逐渐流行起来，我想听听您对他的看法。张正国：说到蓄热式燃烧技术我们就引出了熔炼设备发展方向第二个要素——燃烧器的选择。我早在1974年，就参与了当时冶金部蓄热式烧嘴的研制课题，可以说我是中国最早搞蓄热式烧嘴的一批人中的一个。很多人都知道我不赞成蓄热式烧嘴运用到再生金属熔炼领域，这是有原因的。当时我们搞蓄热式烧嘴主要的应用领域是在冶金轧钢连续加热炉上，其加热过程是一个连续加热的过程，炉子预热段、加热段、均热段都是个固定的温度场分布，加热的方式是以辐射加热为主。对于火焰刚性没有过高要求，如火焰刚性过高反而会造成热钢锭局部过热过烧；而再生金属的熔化过程中，我们希望得到低烧损的快速熔化效果，这就对火焰刚性的要求较高，蓄热式烧嘴最大的弱点在于其火焰刚性不足，因为排烟和进气都要经过陶瓷蓄热体，其流速受到了限制，这就制约了它在再生金属熔炼过程中应用效果。有人说这没关系，附加大功率鼓风机人为增加气压就可以了。可以是可以，但是蓄热效果很可能因此就打了折扣。不光如此，排气不顺畅会导致炉内炉压过高，产生四面冒火的现象，节能效果随之降低。而且，如果排烟温度达不到要求的200℃以下，对于烟气之后的布袋除尘系统也是个非常大的威胁。另外一点，蓄热式烧嘴火焰刚性不足的后果是增加了金属停留在相对高温中的时间长度，这对于燃料的节省和烧损来讲都是不利的。打个比方，大家都知道氧气切割枪，枪头部分温度达到极高温才能使被切割金属迅速融化，而竖平炉正是利用了这个原理，只在竖炉底部形成可以熔化金属的极高温，在此段熔化了的金属会快速流入相对低温的平炉中，一方面减小了金属暴露在高温下烧损的可能性，另一方面由火焰直接熔化金属而不是靠整个炉的炉温熔化金属，有效的节省了燃料开支，这也是竖平炉单耗低的重要原因。记者：那么除了您刚才提到的炉型选择和燃烧器配置两个方面，我们的再生金属熔炼过程中还有那些要素是值得我们去关注的呢？张正国：第三个要素就是控制，控制说起来比较抽象，也是非常容易被人忽略。我们要控制什么呢？控制炉温，控制火焰，控制金属在熔炼炉中发生的所有变化。有人说这是技术问题，实则不然，没有好的设备作为保障，技术控制无从谈起。比如，竖平炉炼铜，竖炉底部温度需要控制在1400℃，平炉则为1100℃。平炉温度高于了1250℃，烧损就会随之增大；竖炉底部温度低于1400℃了，铜熔化不好，会造成竖炉中的结块现象；熔化不好还有可能是烟气流通问题，利用热工原理，竖炉底部的热量需要传导的竖炉的上半部分对原料进行预热，如果烟气流向反置，热量传导不上去，原料在经过竖炉上半部分时未经充分加热就落到底部，自然熔化效果不好，这时候如果一味的加大燃烧强度，很可能造成穿炉的严重后果。这个例子告诉我们，控制不光是技术问题，好的炉型设计和装备安装施工是必要的，技术是为设备服务的，不能本末倒置。记者：现在我们国家的政策中心已经从单一形式的注重经济发展转移到可持续发展上来，节能减排问题受到了社会各界的广泛关注，虽然再生金属的总排放量和单位排放量较之原生金属冶炼少得多，但是再生金属产业相对于工业全局看仍是一个高污染、高排放的产业，并且由于行业规模和从业人员素质的限制，环保问题一再凸显，请问张正国教授，您能否从再生金属生产设备这个层面，谈一谈我们这个行业的环保问题。张正国：这也是我要说的最后一个要素——节能与减排。众所周知，在我们这个行业中空气污染是最大的问题，冶炼产生的大量烟气排入大气，对周边环境造成了巨大影响。烟气温度高，也造成了热能的浪费，如何控制热量无效散失和烟气中有害物质的排放是我们重点需要考虑的。热能的回收利用，有很多不同的方法，刚才蓄热式燃烧技术，传统的空气预热器，都是可行的热能回收利用方式，至于哪种好，哪种是未来的方向，这要根据不同企业的具体需求，不能一概而论。要发挥企业的自身能动性，选择甚至设计合适自己的热能回收方式，正所谓各村有各村的高招。至于烟气排放，布袋除尘到目前为止还是最好的除尘方式，但是其制约也非常的大，例如，烟气温度必须控制在200℃以下，投资成本相对较高等等。近几年在再生铝行业非常流行喷淋除尘方式，主要原因是其投资只为布袋除尘的五分之一，甚至更少。但是，我提醒大家注意的是，其除尘效果暂且不论，喷淋除尘还需要企业增加污水处理净化一个环节，这个成本并非一次投资成本，而是一个始终存在的成本，而且使用时间越长，问题会出得越多越严重，选择什么样的环保装置，需要用户根据自己情况仔细考量，切莫只瞄准眼前利益。记者：谢谢张正国教授今天为我们广大读者简述了再生金属熔炼设备的主要问题和发展方向，《资源再生》杂志也会在今后持续关注张正国教授和他的研发团队在再生金属熔炼设备方面的科技成果。同时，我们也需要广大读者能够通过《资源再生》杂志这个平台以信件、电子邮件、网站留言及电话等形式，向张正国教授提出自己的问题。我们将会在收到您的问题后第一时间向张正国教授以及其他《资源再生》杂志的客座教授、行业专家进行问询解答，并会在杂志上共同分享，从而推动整个行业的进步与发展。再次谢谢张正国教授接受今天的采访。