沖天爐是鑄造生產中耗能較大的設備,也是對環境污染較嚴重的設備.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,則會對環境造成較嚴重的污染.因此,應從防與治兩方面著手減少沖天爐排放到環境中的有害物質.防是減少有害物質的排放量;治是控制污染物的排放、收集污染物并做無害化處理.在現有沖天爐熔煉條件下,預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,熱量除了惡化現場工作環境外,熱氣流上升還是煙塵在空氣中懸浮擴散的動力來源. 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的顆粒以塵霧形態可在流動的空氣中漂浮很長時間;10μ~100μ的顆粒,雖然在空氣中易于沉降,但在上升氣流中也會較長時間懸浮和飄散;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.這些物料產生煙塵的原因是：①加料及物料在生產內下降運動時摩擦碰撞形成碎屑.②物料粘附、夾帶的雜質.③焦炭燃燒的產物.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反應形成的低液化點玻璃態化合物,主要成分為CASl0,常溫下化學性質穩定.棄置堆積造成占地污染. 1.3 熱量沖天爐發散到環境中的熱量包括煙氣的物理熱、爐壁散發的熱量、打爐殘料熱量、鐵液和爐渣散發的熱量.

2 污染的預防減少污染物的產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擔,同時,還能收到提高鐵液質量和節能降耗的效果.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系.根據產品要求正確選擇、優化組合這些因素,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和諧社會的發展方向,對沖天爐提出了包括節能減排在內的優質低耗、安全環保要求.國家三部委推薦的外熱風沖天爐代表了符合上述要求的爐型.外熱風沖天爐是利用煙氣中一氧化碳化學熱加熱空氣,實現預熱送風的沖天爐,具有較強的鐵液過熱能力和良好的冶金性能.現階段,水冷無襯單排插入式風口是外熱風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熱量的比例越大.因此,一般認為,無襯爐在小于7t/h的爐上應用時,將帶來開爐初期爐溫低,鐵液升溫慢,出鐵溫度低、質量差的缺陷,甚至無法正常熔煉.但在采取相應技術措施后,在5t/h沖天爐上采用無爐襯結構已得到滿意效果. 外熱風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,從而減少了殘料損失的熱量;冷卻水帶走了爐壁熱量,降低了對環境的熱污染;外熱風系統可使煙氣中的大部分灰塵沉降,減少了灰塵的排放量,降低了除塵系統的負荷.較高的規模效益為沖天爐的完善配套提供了經濟基礎,使煙氣凈化裝置的應用具備了更充分的條件. 對于產量尚不足以采用外熱風無爐襯的工廠,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的爐襯.實際應用中,為了便于砌筑,通常使其稍厚于理論厚度.薄襯爐具有兩個主要優點：熔煉過程中,爐膛截面積變化很小,可在穩定的工藝條件下實現爐況穩定,與無襯爐一致：開爐伊始即有爐襯保護,避免開爐初期的過度散熱,爐內升溫快,從開爐到進入正常熔煉的時間短.因此較小熔化率的沖天爐也可實現長爐齡操作,從而具備上述環保特點.水冷薄襯可用于常溫送風或自熱送風的兩排風口爐型,也可用于單排風口外熱風爐型.選用不同的爐襯配置和風口結構,可適應不同熔煉周期.

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

2.3 爐料金屬爐料和石灰石中參混和粘附的雜質,如泥沙、鐵銹、石灰石碎屑粉末等,在爐內經摩擦、碰撞脫落后直接隨煙氣排出,摩擦碰撞使雜質顆粒細化,更易于懸浮擴散,加重對環境的污染.為減少灰塵排放,應對爐料進行凈化處理,清除其中的雜質.為了減少配料加料過程中和入爐后產生灰塵,爐料的塊度不應過小,更不應細碎.

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;氣孔率高的焦炭強度也低,在摩擦碰撞時更易于破碎,產生更多的粉末.可見焦炭的強度對煙塵的排放量影響很大.選用塊度適當、強度高的標準鑄造焦,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,加重環境污染,還會增加鐵液中硫量,可能對鑄件質量產生不良影響.

2.5 耐火材料在預熱帶,耐火材料爐襯在爐料的碰撞、擠壓、摩擦作用下,脫落產生粉塵,被煙氣帶出爐外,形成污染;爐襯的強度高低影響單位時間內產生粉塵的多少.尤其在預熱帶上部,受到的沖擊更嚴重,產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度,用鐵磚砌筑爐襯或用鋼制導料筒為宜.在熔化帶以下,爐襯被數高溫爐氣和熔渣侵蝕而進入渣中,成為熔渣.耐火材料的耐火度及熱化學穩定性決定了爐襯的侵蝕速度.根據熔煉周期適當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量關系密切.爐襯材料選定后,砌筑質量就是最重要的因素.砌筑質量好的爐襯應達到如下要求：1爐膛尺寸正確,表面平整;2砌塊間泥口小而飽滿;兩層泥縫交錯排列;3搗打料、澆鑄料西方準確,尤其是水分適當,避免過多搗打緊實、均勻;澆鑄襯中無氣孔;砌筑質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 最惠風量操作最惠風量是在：—定碳耗量下,鐵液達到最高溫度的風量.這時候焦炭達到最佳燃燒狀態,爐內形成最好的鐵液過熱條件.可見,最惠風量操作是滿足鐵液一定質量要求條件下,碳耗量最低,風量最小的操作,是減少沖天爐煙氣量、降低污染的主要預防方法.網形圖揭示了最惠風量操作的規律,根據生產要求的熔化率和鐵液溫度,按此規律平穩地調整焦鐵比和風量,使鐵液達到的最高溫度約為要求的鐵液溫度,即實現了最惠風量操作.最惠風量受諸多因素影響,實際生產中,常需要調整,以保持最佳爐況.

2.6.3 石灰石加入量石灰石分解產生二氧化碳,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使渣呈正常的顏色和性狀,能順利的從爐內流出,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性.

2.6.4 滿料操作沖天爐內料柱的高低變化時,通風阻力隨之變化,在使用離心風機或羅茨風機放風調風量供風時,入爐風量也變化.當料柱降低時,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,并使爐況穩定.正常開爐環節中的料柱高度下降,如休風前、打爐前,故障造成的料柱下降,如棚料,應及時進行減風操作.

3 污染的治理預防只能在一定程度上減輕污染,減輕的程度還達不到環保的要求,所以治理沖天爐污染是必要的.治理污染的內容包括：清除煙塵中的灰塵、二氧化硫、碳氫化合物、二氧化碳、氮氧化物等有害物質封閉隔離噪聲源：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,其它的污染與環保要求比差距相對較小.加之我國小容量沖天爐數量占有很大比例,資金投入有很大困難,環保效益也不多.因此,現階段沖天爐環保任務是以除塵為主.而對于10t/h以上的沖天爐,尤其是長齡、外熱風沖天爐已具備效益和規模條件,應該實現更全面的環境保護. 目前,煙塵凈化是沖天爐環保的首要任務.應根據沖天爐的煙塵量、煙塵性質和塵粒分布、工作制度、生產規模、氣候狀況、當地環保要求等選擇適宜的除塵方法和設備,并完善管理制度,以保障煙塵凈化系統穩定、高效地運行. 環保要求不高的地區,應推廣應用噴淋旅流除塵器.該除塵器結構簡單、壽命長、能耗低、易管理、不占地面,除塵效率達90%以上,煙塵排放濃度200mG/Nm3左右. 環保要求較高的地區,選用綜合濕法除塵較適宜,煙塵經水膜旋風除塵器做第—級除塵后,在第二級濕法除塵器內,經噴淋、水膜、水幕的交互作用,可除去95%以上煙塵,排放量150mg/NW3左右.寒冷地區使用濕法除塵需采取防凍措施.濕法除塵結構比較簡單,造價相對較低.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,應對其進行無害化處理,如加入石灰中和其中的亞硫酸、碳酸等. 環保要求高的地區,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99%以上.可將煙氣灰塵降至50mg/Nm3以下.不同材質的濾帶要求不同的工作溫度,沖天路煙氣需要降溫處理,并設置前置除塵器.結構復雜,造價高,維護管理要求高. 靜電除塵器也有很高的除塵效率,可作為末級除塵用于沖天爐煙氣凈化系統中.但目前我國在沖天爐除塵中用的很少

3.2 噪聲隔離風機和振動機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場人員佩戴耳塞的辦法隔離噪聲.目前,僅限于對風機室的封閉并對噪聲大的羅茨式風機安裝消聲器.配加料設備的噪聲治理也是應該解決的問題.

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,設置殘料車承接打爐殘料并用水熄火：設置入渣器并進行?；幚?使用個人防護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驗,如將粉塵經風口回吹到爐內,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中,吹入爐內.其中焦碳粉末在爐內燃燒產生熱量,并促進爐氣中的C0的燃燒,增加沖天爐的熱量來源,提高熱效率,加強鐵液過熱,其中的不可燃灰塵進入熔渣.沖天爐渣的主要成分為硅酸鹽,可以用作建筑材料,如水泥,預制構件等. 煙氣的熱量除預熱送回用部分之外,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. 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,還難以形成經濟規模.隨著沖天爐大型、長齡、外熱風的不斷發展,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合.