張耀文，王錄才，張 明

（1.中國(guó)刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110000；2.太原科技大學(xué)，山西 太原 030024；3.威海科興鑄造機(jī)械有限公司，山東 威海 264200）

沖天爐是一種優(yōu)秀的鑄鐵熔化設(shè)備，自我國(guó)清代末年從發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)，在我國(guó)至少已有150 年的應(yīng)用歷史，為發(fā)展我國(guó)的民族工業(yè)曾立下過(guò)不朽的功勛。沖天爐比感應(yīng)電爐節(jié)省能源、二氧化碳排放量少、余熱回收利用的潛力大，同時(shí)爐料的適應(yīng)性強(qiáng)、所生產(chǎn)出的鑄鐵的品質(zhì)更為優(yōu)良。但自2008 年至今，我國(guó)大范圍淘汰和拆除了技術(shù)落后、對(duì)環(huán)境造成很大污染的沖天爐，堪稱中國(guó)鑄造行業(yè)的一個(gè)重大事件，值得研究和探討。本文回顧了我國(guó)淘汰和拆除沖天爐的過(guò)程，扼要分析了淘汰和拆除原因，探討了我國(guó)沖天爐技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向。

1 我國(guó)沖天爐的現(xiàn)狀

在“中國(guó)知網(wǎng)[1]”的搜索框輸入“沖天爐”，可以搜索到該主題的所有論文。按年度分析，1981 年到1991 年11 年間，每年有關(guān)沖天爐的論文均超過(guò)了100 篇，2013 年以后，該主題的論文數(shù)量銳減，2020年的論文數(shù)量?jī)H有32 篇，其中包含了14 篇外文期刊刊載的論文。年度論文數(shù)量反映了大家的研究興趣，1981 年到1991 年11 年間堪稱中國(guó)沖天爐繁花似錦的春天，當(dāng)前則屬其嚴(yán)寒的冬季。

中國(guó)沖天爐遭遇的窘態(tài)與兩份國(guó)際協(xié)議有關(guān)。1997 年12 月11 日《京都議定書》在日本京都通過(guò)，這是人類歷史上第一個(gè)限制溫室氣體排放的國(guó)際公約，中國(guó)政府于1998 年5 月29 日簽署了該公約，沖天爐此后進(jìn)入了蕭瑟的秋季?！栋屠鑵f(xié)定》是2015 年12 月12 日在巴黎氣候變化大會(huì)上通過(guò)的一個(gè)國(guó)際協(xié)議，中國(guó)政府于2016 年4 月22 日在紐約簽署了該協(xié)議，中國(guó)沖天爐此后步入了嚴(yán)寒的冬季。

中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)及其專家委員會(huì)于2017 年曾對(duì)全國(guó)沖天爐的數(shù)量進(jìn)行過(guò)一次調(diào)查和測(cè)算，2015 年全國(guó)大小沖天爐的數(shù)量在14 000 臺(tái)左右（見(jiàn)表1）[2].2016 年，我國(guó)熔化率10 t/h 以上的沖天爐為120 臺(tái)套左右[3]。2021 年初所進(jìn)行的一次準(zhǔn)確調(diào)查和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，止2020 年12 月底，中國(guó)大陸境內(nèi)熔化率10 t/h 以上的沖天爐為308 臺(tái)，一些鑄造工作者為此扼腕嘆息。

表1 中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)對(duì)2015 年我國(guó)沖天爐數(shù)量的測(cè)算

為了客觀記錄我國(guó)大范圍淘汰拆除沖天爐這一重要?dú)v史事件，通過(guò)最大可能搜尋全國(guó)各地自2008 年以后的所有公開報(bào)道，并整理如下。

中國(guó)大陸淘汰沖天爐的首份文字記錄，見(jiàn)之于2008 年初《表面工程資訊》的一篇報(bào)道，即中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司表示，該集團(tuán)從2008 年起，將用3 年時(shí)間淘汰“沖天爐、含氰電鍍等1 530 臺(tái)套落后工藝設(shè)備[4]”。在該報(bào)道中，沖天爐被首次定義為“落后工藝設(shè)備”。應(yīng)該在此說(shuō)明，沖天爐是一種有悠久歷史的鑄鐵熔煉設(shè)備，該集團(tuán)將其籠統(tǒng)地歸入“落后工藝設(shè)備”，作者認(rèn)為不符合科學(xué)精神。

2014 年底，針對(duì)當(dāng)時(shí)開始拆除熔化率小于3 t/h和大于10 t/h 的沖天爐、沖天爐全面退出鑄造行業(yè)的現(xiàn)狀，杜蕓代表中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)在《鑄造縱橫》發(fā)表了“沖天爐到底惹了誰(shuí)？”一文；文中引用李傳栻、張伯明、房貴如、溫平等人提供的數(shù)據(jù)和觀點(diǎn)，批評(píng)了當(dāng)時(shí)各地不加分析拆除沖天爐的現(xiàn)象[5]。值得一提的是，我國(guó)著名鑄造專家馬敬仲在2016 年和2019年連續(xù)發(fā)表了一系列為沖天爐鼓與呼的文章[6-8]。2018 年9 月26 日～29 日中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)在煙臺(tái)召開了全國(guó)“節(jié)能環(huán)保型沖天爐鑄鐵熔煉經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)”，希望為沖天爐正名，“保衛(wèi)沖天爐”。但遺憾的是，這一系列呼吁和行動(dòng)，未能阻擋住沖天爐在我國(guó)急劇減少的頹敗局面。

2012 年12 月28 日，浙江省淘汰辦、省經(jīng)信委、省質(zhì)量技監(jiān)局、省環(huán)保廳等四部門發(fā)布了“浙江省淘汰落后生產(chǎn)能力指導(dǎo)目錄（2012 年本）[9]”，沖天爐赫然在該目錄中，這是我國(guó)第一個(gè)給沖天爐冠以“淘汰落后”名義的省級(jí)機(jī)關(guān)出臺(tái)的文件。浙江省從此開始了有計(jì)劃拆除境內(nèi)沖天爐的行動(dòng)，至今前后延續(xù)了七年。此后的2013 年12 月，浙江溫嶺報(bào)道了城南鎮(zhèn)拆除沖天爐的消息[10]；2015 年4 月，永康市共關(guān)停鑄造企業(yè)276 家，淘汰沖天爐等落后生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線1 100 多臺(tái)（套）[11]；2015 年6 月底，縉云縣所有沖天爐已全部強(qiáng)制停運(yùn)并陸續(xù)拆除[12]；2017 年7 月，武義縣布置淘汰拆除沖天爐工作[13]；《寧波日?qǐng)?bào)》2019 年1 月18 日透露：北侖區(qū)仍有8家鑄造企業(yè)違規(guī)使用沖天爐等落后設(shè)備[14]。按浙江省經(jīng)濟(jì)和信息化廳“關(guān)于2019 年浙江省鑄造產(chǎn)能清單（第三批）的通告”，浙江省1 165 個(gè)鑄造企業(yè)中，當(dāng)時(shí)僅有8 臺(tái)沖天爐[15]。按目前搜尋到的公開文件，浙江省自2012 年底到2020 年用七年時(shí)間有計(jì)劃、有步驟地拆除了境內(nèi)的絕大多數(shù)沖天爐、特別是其中污染嚴(yán)重的小型沖天爐。該省淘汰拆除沖天爐時(shí)間較早、計(jì)劃性較強(qiáng)、對(duì)被拆企業(yè)有一定經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，相關(guān)行動(dòng)有相對(duì)完整的文字報(bào)道。

江蘇省淘汰并拆除沖天爐始于2017 年年初，行動(dòng)的計(jì)劃性也比較強(qiáng)、比較規(guī)范，納入了該省的“263 專項(xiàng)行動(dòng)”，即“兩減六治三提升專項(xiàng)行動(dòng)”，該行動(dòng)是江蘇省委和省政府于2016 年年底，為了解決江蘇省環(huán)境問(wèn)題制定的行動(dòng)代號(hào)[16]。2017 年4 月，徐州市銅山區(qū)柳泉鎮(zhèn)“雷霆行動(dòng)”，強(qiáng)拆生產(chǎn)車間、鐵皮大棚、沖天爐、干選水泥操作臺(tái)等設(shè)備基礎(chǔ)40多處[17]；2019 年8 月，江蘇省環(huán)境保護(hù)廳公示了華西泰克西公司拆除兩臺(tái)15 t/h 外熱風(fēng)水冷爐、建造電爐的建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告表[18]；2018 年9 月11日，泰州市海陵區(qū)出重拳在全鎮(zhèn)開展鑄造業(yè)沖天爐取締工作[19]；2020 年10 月21 日，溧陽(yáng)市工信局稱[20]：“截止到2018 年10 月，我市已完成7 家企業(yè)3 t及3 t 以下沖天爐的淘汰工作，淘汰率100%”；2018年11 月，常州中關(guān)村拆除了震宇機(jī)械、遠(yuǎn)達(dá)鑄造等廠的3 臺(tái)沖天爐及其相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備[21]；2018 年12月19 日，姜堰市婁莊鎮(zhèn)拆除了全鎮(zhèn)27 個(gè)鑄造廠的沖天爐[22]；2020 年12 月15 日，海安市工信局公告了海安奧禹公司拆除兩臺(tái)5 t/h 沖天爐、2 臺(tái)0.5 t 中頻電爐[23]。

《湖南日?qǐng)?bào)》2017 年8 月17 日?qǐng)?bào)道[24]，湖南省經(jīng)信委以“省淘汰落后產(chǎn)能和企業(yè)兼并重組工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室”名義下發(fā)緊急通知，要求各市、州政府對(duì)2013 年以來(lái)淘汰落后產(chǎn)能公告企業(yè)開展“回頭看”，對(duì)轄區(qū)內(nèi)存在的不符合產(chǎn)業(yè)政策的小高爐、礦熱爐、沖天爐等落后工藝設(shè)備開展摸底排查和整改。該報(bào)道透露，湖南省在2013 年即已將沖天爐列為“淘汰落后產(chǎn)能”。2018 年8 月31 日，湖南鑄造之鄉(xiāng)、“江南鑄都”郴州嘉禾縣已拆除了其境內(nèi)261 座5 t/h 以下的沖天爐[25]。

浙江、江蘇和湖南以外其他省份淘汰和拆除沖天爐的省級(jí)行動(dòng)，未見(jiàn)之于公開報(bào)道。

河北省淘汰或拆除沖天爐的行動(dòng)開始于2014年或2015 年。定州東宇鑄造有限公司于2014 年9月，公開了該公司“電爐替代沖天爐改造項(xiàng)目建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告表”，稱：“對(duì)照《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011 年本）》（2013 年修正版）現(xiàn)有工程使用的沖天爐屬于第二類限制類中‘十一機(jī)械，第35條5 t/h 及以下短爐齡沖天爐’，不符合產(chǎn)業(yè)政策要求，需要技術(shù)改造[26]；2015 年3 月，安陽(yáng)縣人民政府辦公室發(fā)布了“關(guān)于2015 年鑄造行業(yè)淘汰落后工藝裝備的通知[27]”，其中的“落后產(chǎn)能”指熔化率≤5 t/h的沖天爐，要求在2015 年3 月20 日前，拆除15 個(gè)鑄造廠的19 臺(tái)5 t/h 沖天爐，并要求“拆除落后裝備主體和配套電機(jī)、基座、上料機(jī)等附屬設(shè)施，落后裝備拆除后做銷毀處理”；2015 年4 月，泊頭市淘汰3 t/h及以下所有沖天爐[28]；2015 年5 月18 日，滄州市富鎮(zhèn)提出：“淘汰3 t/h 及以下所有沖天爐，鼓勵(lì)企業(yè)自行關(guān)?；蜣D(zhuǎn)電爐生產(chǎn)”，“對(duì)淘汰、關(guān)停、取締鑄造企業(yè)的沖天爐一律強(qiáng)制拆除”；寧晉縣在2017 年5 月2日前，共拆除境內(nèi)沖天爐51 臺(tái)[29]；河北省雞澤縣生態(tài)環(huán)境分局辦公室2017 年6 月13 日透露，該縣拆除沖天爐的數(shù)量為132 臺(tái)[30]。

安徽省淘汰和拆除沖天爐的行動(dòng)只能見(jiàn)到一些零星報(bào)道。比如，2015 年4 月，合肥江淮鑄造有限責(zé)任公司以濃郁的感情色彩“永遠(yuǎn)的沖天爐”為題，報(bào)道該廠拆除2005 年7 月所建的兩臺(tái)套7 t/h 水冷長(zhǎng)爐齡沖天爐[31]；2020 年7 月，合肥市經(jīng)濟(jì)和信息化局公示了“2020 年二季度合肥市鋼鐵冶煉、軋鋼及鑄造企業(yè)名單”，該公示涉及合肥市83 個(gè)大小鑄造企業(yè)，其中只有三個(gè)停產(chǎn)企業(yè)共有4 臺(tái)沖天爐[32]。2019 年6 月18 日，安徽省宣城市經(jīng)濟(jì)和信息化局公示了“宣城市中晟鑄造有限公司技改項(xiàng)目產(chǎn)能置換方案”，該方案涉及中晟鑄造有限公司2019 年6月拆除1 臺(tái)8 t/h 沖天爐、建造2 臺(tái)2 t 中頻感應(yīng)電爐[33]。以此可以大致推測(cè)，安徽拆除沖天爐或者開始于2017 年略前一些時(shí)間。

河南省淘汰和拆除沖天爐行動(dòng)的記錄也不多，該省的有關(guān)行動(dòng)很可能開始于2016 年。安陽(yáng)市于2016 年“投入約1.4 億元，拆除3 t/h 及以下沖天爐230 座，3 t/h至7 t/h沖天爐77 座[34]”；河南省工信廳2020 年12 月17 日公布了“2019 年河南省第二批鑄造行業(yè)產(chǎn)能清單公示[35]”。該公示顯示，截止2019年底，河南省第二批公示的312 個(gè)鑄造企業(yè)中，共有沖天爐7 臺(tái)，容量最大的為20 t/h，最小的為5 t/h，其中平頂山市有10 t/h 沖天爐4 臺(tái)。

山東省拆除沖天爐的行動(dòng)應(yīng)始于2016 年。2016 年6 月，博山鎮(zhèn)對(duì)轄區(qū)相關(guān)鑄造企業(yè)下達(dá)了《鑄造企業(yè)整改通知書》，要求按照市、區(qū)要求于5日內(nèi)自行拆除沖天爐[36]。臨沂于2016 年6 月開始拆除其境內(nèi)的沖天爐。臨清于2017 年3 月開始拆除其境內(nèi)的沖天爐。2017 年3 月2 日，山東省濰坊市坊子區(qū)政府發(fā)布了“淘汰落后工藝設(shè)備（沖天爐）的通知[37]”。高密高鍛機(jī)械有限公司在2020 年12 月30 日前拆除8 t/h 沖天爐、12 t/h 沖天爐各1 套[38]。山東臨清拆除沖天爐的行動(dòng)在2017 年3 月～4 月之間。圖1 所示為在此期間拍攝的某小型鑄造廠被拆除的沖天爐。

圖1 山東臨清某鑄造廠（攝于2017 年3 月17 日）

2018 年12 月18 日，吉林省四平市工業(yè)和信息化局在其網(wǎng)站上公布了“關(guān)于2018 年淘汰落后產(chǎn)能工作情況的報(bào)告”[39]，其中透露：“梨樹縣沖天爐較多，目前已完成兩批落后產(chǎn)能退出公示，已拆除2戶企業(yè)的沖天爐設(shè)備，剩余10 戶沖天爐設(shè)備不符合淘汰落后產(chǎn)能綜合標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)已交由梨樹縣人民政府，預(yù)計(jì)年底前完成退出工作?！?/p>

重慶拓仕達(dá)電氣有限公司2020 年2 月15 日在其網(wǎng)站“行業(yè)新聞”欄目稱[40]：重慶市“截至目前，全市303 家、共324 座7 t/h 以下鑄造沖天爐已全部拆除到位?！?/p>

2020 年12 月17 日，廣東省肇慶市生態(tài)環(huán)境局高要分局公示了該區(qū)“力達(dá)機(jī)械有限公司技改、擴(kuò)建項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件”的審批結(jié)果。該審批涉及力達(dá)機(jī)械有限公司拆除原有的燃焦炭沖天爐、新增1 套1 t 的變頻感應(yīng)電爐[41]。

山西省原有沖天爐數(shù)量較多，但其淘汰和拆除沖天爐的行動(dòng)未見(jiàn)之于省級(jí)的公開報(bào)道，但可以查到地市級(jí)的報(bào)道。例如：高平市關(guān)于“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)2020 年決戰(zhàn)計(jì)劃”中稱：“2020 年6 月底前，全市2 家鑄造3 臺(tái)（10 t/h 以及以下）沖天爐全部淘汰”。另外，晉中市太谷區(qū)和山西華翔股份有限公司淘汰和拆除沖天爐的時(shí)間和結(jié)果，或者可以說(shuō)明山西省的情況。晉中市太谷區(qū)曾在2010 年前后強(qiáng)制關(guān)停過(guò)大概300 個(gè)左右年產(chǎn)量小于1 萬(wàn)噸的小型鑄造廠，淘汰和拆除過(guò)不少小型沖天爐，將區(qū)內(nèi)400 多個(gè)鑄造廠整頓為100 多個(gè)。據(jù)2020 年底對(duì)晉中市太谷區(qū)閻峰兵的電話采訪，該區(qū)2020 年8 月開始拆除區(qū)內(nèi)所有沖天爐，拆除前區(qū)內(nèi)有大小沖天爐134 臺(tái)套，其中有10 臺(tái)套容量10 t/h 及其以上的沖天爐。至該年的年底，已拆除大小沖天爐108 臺(tái)套，計(jì)劃在2021 年3 月份以前、除計(jì)劃保留2 臺(tái)套天然氣試驗(yàn)爐外，拆除境內(nèi)所有沖天爐。另外，至該年的年底，該區(qū)共有感應(yīng)電爐486 臺(tái)套，為了滿足感應(yīng)電爐的用電需求，新建成和在建變電站4 座，包括1 座220 MVA、3 座110 MVA 變電站。另?yè)?jù)2020年底對(duì)山西華翔集團(tuán)股份公司宋建輝的電話采訪，該集團(tuán)原有的3 組6 臺(tái)熔化率15 t/h 沖天爐、1 組2臺(tái)熔化率10 t/h 沖天爐，停用于2019 年3 月，破壞性拆除于2020 年8 月。

遺憾的是，北京、上海、天津、遼寧、黑龍江、內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅、西寧、西藏、新疆、陜西、四川、貴州、云南、福建等省淘汰和拆除沖天爐的有關(guān)行動(dòng)未見(jiàn)之公開報(bào)道。

客觀地說(shuō)，近幾年被有關(guān)部門強(qiáng)制淘汰和拆除的沖天爐，絕大多屬于污染物排放不達(dá)標(biāo)、甚至未配置污染治理設(shè)備、確實(shí)對(duì)環(huán)境造成了很大污染的沖天爐。但作者認(rèn)為2008 年至2020 年期間，有些部門不加分析地將沖天爐列入“落后工藝設(shè)備”和“落后產(chǎn)能”，沒(méi)有科學(xué)依據(jù)；淘汰沖天爐的行為給我國(guó)鑄鐵業(yè)的發(fā)展造成了不可彌補(bǔ)的損失。

生態(tài)環(huán)境部、發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、財(cái)政部等四部委于2019 年7 月1 日聯(lián)合發(fā)布了《工業(yè)爐窯大氣污染綜合治理方案》（環(huán)大氣〔2019〕56號(hào)文件）[42]，其中規(guī)定：“加快推動(dòng)鑄造（10 t/h 及以下）、巖棉等行業(yè)沖天爐改為電爐?！蓖瑫r(shí)規(guī)定：“沖天爐應(yīng)配備袋式除塵、濾筒除塵等高效除塵設(shè)施；配備脫硫設(shè)施，重點(diǎn)區(qū)域配備石灰石石膏法等脫硫設(shè)施?！毙枰⒁獾氖?，上述四部委并未把沖天爐視為“落后工藝設(shè)備”、“落后產(chǎn)能”。

在此順便說(shuō)明各地淘汰沖天爐的另外一個(gè)重要原因，即電爐熔化鑄鐵的成本目前低于沖天爐。由于2008 年以來(lái)，焦炭市場(chǎng)價(jià)格持續(xù)走高，沖天爐熔化的成本在多數(shù)地區(qū)已失去了原有的成本優(yōu)勢(shì)，因此一些鑄造廠主動(dòng)淘汰和拆除配置有污染治理設(shè)備、可以達(dá)標(biāo)排放的沖天爐。環(huán)境保護(hù)和熔化的成本問(wèn)題，是我國(guó)沖天爐近些年步入寒冬的兩個(gè)主要原因。但還是應(yīng)該客觀地說(shuō)，在嚴(yán)冬中凋零的絕大多數(shù)沖天爐確實(shí)屬于技術(shù)落后、對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的落后設(shè)備。濰坊柴油機(jī)廠、玫德集團(tuán)和長(zhǎng)春一汽等鑄鐵企業(yè)未雨綢繆，建的數(shù)臺(tái)外熱風(fēng)水冷沖天爐，猶如萬(wàn)里冰雪中的幾枝傲雪紅梅，指引迷茫在風(fēng)雪中的人們前進(jìn)的方向。

2 我國(guó)沖天爐展望

中國(guó)沖天爐經(jīng)歷嚴(yán)冬之后靠什么迎來(lái)風(fēng)和日麗的春天？筆者以為，我國(guó)沖天爐遭遇的環(huán)境保護(hù)和成本危機(jī)，應(yīng)該歸因于技術(shù)的止步不前，只有研究、學(xué)習(xí)和開發(fā)先進(jìn)的沖天爐技術(shù)，才能改變沖天爐當(dāng)前的窘態(tài)。我國(guó)沖天爐技術(shù)的未來(lái)發(fā)展，應(yīng)該著眼于以下“五化”方向。

2.1 污染物零排放或稱超低化

我國(guó)沖天爐自2008 年至今之所以遭遇凜冽的嚴(yán)冬，首先應(yīng)該歸因于絕大多數(shù)沖天爐對(duì)環(huán)境造成的嚴(yán)重污染，先找沖天爐本身的問(wèn)題。污染物、特別是氣相污染物的排放能否達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是我國(guó)沖天爐能否生存的先決條件。氣相污染物達(dá)標(biāo)排放屬于最起碼要求，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)該研發(fā)氣相污染物的零排放或稱超低排放有關(guān)新技術(shù)。

除了繼續(xù)氣相污染物的研究外，應(yīng)擴(kuò)大污染物排放控制的研究范圍，例如，加強(qiáng)沖天爐粉塵、爐渣和風(fēng)機(jī)噪聲污染的研究。玫德集團(tuán)和煙臺(tái)冰輪等鑄造廠，在沖天爐爐渣資源化利用方面已經(jīng)取得的經(jīng)驗(yàn)，值得大家研究、總結(jié)和學(xué)習(xí)。

毋庸諱言，沖天爐到底對(duì)環(huán)境造成了什么污染，造成多大污染，至今仍是一本糊涂賬。沖天爐污染物檢測(cè)技術(shù)的落后，很大程度上限制了沖天爐的發(fā)展空間。因此建議今后逐步擴(kuò)大沖天爐所排放污染物的檢測(cè)范圍，每臺(tái)沖天爐均應(yīng)建立污染物檢測(cè)排放檔案。對(duì)于新建沖天爐，除了檢測(cè)煙塵、二氧化硫、氮氧化物等以外，應(yīng)該按機(jī)械產(chǎn)品“型式檢驗(yàn)”的規(guī)范，檢測(cè)氣相污染物中的重金屬（鉛、汞、鈹?shù)龋┖俊⒍喹h(huán)芳烴類有機(jī)物的含量，特別注意檢測(cè)其中的苯并（a）芘和二惡英含量，沖天爐煙塵和爐渣中重金屬的含量也應(yīng)該進(jìn)行全面檢測(cè)。檢測(cè)沖天爐的污染物，需要引進(jìn)先進(jìn)的儀器儀表，規(guī)定相應(yīng)的檢測(cè)方法。

2.2 容量大型化

國(guó)家四部委于2019 年7 月1 日聯(lián)合發(fā)布的56號(hào)文件，之所以對(duì)10 t/h 及其以下的沖天爐提出限制性要求，是因?yàn)樾⌒蜎_天爐的能耗、單位污染物的處理費(fèi)用均大大高于大型沖天爐，因此有關(guān)限制存在一定的合理性。值得注意的是，即便是外熱風(fēng)沖天爐，其能源利用效率仍不到50%，可以進(jìn)一步利用余熱鍋爐回收蒸汽和熱水，甚至利用余熱發(fā)電機(jī)組回收電能，等等。但有關(guān)余熱回收技術(shù)只有用于大型沖天爐才有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，大型化是發(fā)展我國(guó)沖天爐先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)條件。

沖天爐大型化的首要問(wèn)題不在于技術(shù)，而在于市場(chǎng)對(duì)鐵液需求的大量化。曾有人提出過(guò)在鑄造產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)大型沖天爐熔化中心的構(gòu)想，但據(jù)筆者了解，多地鑄造產(chǎn)業(yè)園已經(jīng)擱置或放棄了該構(gòu)想。例如，山西晉城南村綠色智能鑄造創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園，原計(jì)劃建設(shè)大型天然氣沖天爐熔化中心，河北隆堯汽車產(chǎn)業(yè)園也曾計(jì)劃建設(shè)大型燃焦沖天爐熔化中心，但這兩項(xiàng)計(jì)劃目前均止步未前。目前大家看到了通過(guò)鑄造園區(qū)實(shí)現(xiàn)我國(guó)沖天爐大型化的途徑，但所涉及的一系列技術(shù)和商業(yè)問(wèn)題尚未有人做過(guò)深入研究。比如，沖天爐熔化中心生產(chǎn)的鐵液用什么方式經(jīng)濟(jì)、安全地輸送到園區(qū)內(nèi)的各個(gè)鑄造廠，熔化中心與園區(qū)內(nèi)各鑄造廠的鐵液如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的平衡，用什么經(jīng)濟(jì)方式才能建立起熔化中心與各鑄造廠之間的牢固關(guān)系，等等。另外，鑄造園的沖天爐熔化中心存在著沖天爐與高爐的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。在鑄造園區(qū)建設(shè)以高爐為核心的鐵液熔化中心，顯然比沖天爐更為經(jīng)濟(jì)。我國(guó)沖天爐容量的大型化，首先在于尋求市場(chǎng)對(duì)其大型化的需求。但不管怎么說(shuō)，大型化是我國(guó)沖天爐技術(shù)發(fā)展的重要方向，需要聯(lián)合包括鑄造、能源、法律、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境保護(hù)等學(xué)科在內(nèi)的專家，對(duì)其做深入細(xì)致的研究。

值得特別注意的是，大型化的目的在于提高沖天爐的能源利用效率及經(jīng)濟(jì)性，但我國(guó)在大型沖天爐及其配套技術(shù)方面，目前尚未完成有關(guān)無(wú)技術(shù)的準(zhǔn)備。比如加料機(jī)屬?zèng)_天爐最簡(jiǎn)單的配套設(shè)備，但國(guó)產(chǎn)的較大型沖天爐的加料機(jī)，其加料循環(huán)數(shù)低、批料量過(guò)大，導(dǎo)致熱風(fēng)系統(tǒng)中的燃燒室不能穩(wěn)定工作。另外，大型沖天爐復(fù)雜一些的配套技術(shù)，可能仍然需要引進(jìn)，比如，大型沖天爐的余熱發(fā)電機(jī)組、大型沖天爐所需的大流量低噪聲離心引風(fēng)機(jī)等。

2.3 燃料多樣化

按目前的能源價(jià)格測(cè)算，天然氣沖天爐和電爐雙聯(lián)已屬目前最經(jīng)濟(jì)的鑄鐵熔化方式，因此需關(guān)注沖天爐的燃料多樣化。筆者對(duì)我國(guó)鑄鐵熔化設(shè)備的建議為：3 t/h 以下的沖天爐用感應(yīng)電爐替代，3 t/h～15 t/h 的沖天爐應(yīng)該提倡天然氣燃料，10 t/h～20 t/h以上的沖天爐提倡焦炭燃料。

提出上述建議是基于能源的利用效率及其投資回報(bào)率。天然氣沖天爐尾氣在加料口處的溫度只有200 ℃～300 ℃，其中不存在一氧化碳類的化學(xué)潛熱，沒(méi)有太大的回收利用價(jià)值，不需復(fù)雜的余熱回收設(shè)備，系統(tǒng)投資額度小，適合于中小型鑄鐵廠使用。燃焦沖天爐的尾氣中包含大量的熱能，配套復(fù)雜的余熱回收設(shè)備、提高其能源利用效率，可以得到較高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

另外，除了焦炭、天然氣和丙烷氣外，沖天爐也可以選擇柴油、煤油等液體燃料。沖天爐到底使用哪一種燃料，應(yīng)該在符合有關(guān)法律的前提下，綜合分析其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，尊重有關(guān)鑄造廠的決策。而且以行政命令干預(yù)沖天爐燃料選擇的現(xiàn)狀，應(yīng)該盡快結(jié)束。

2.4 能源利用梯級(jí)化

“中國(guó)知網(wǎng)”的查詢結(jié)果表示，我國(guó)工業(yè)爐窯余熱梯級(jí)回收的概念，本世紀(jì)初首先出現(xiàn)于鋼鐵行業(yè)。筆者記得，在2006 年夏季在天津召開的一次鑄造會(huì)議上，有會(huì)議代表曾在大會(huì)發(fā)言中提出過(guò)以鉀-鈉熱管回收熱風(fēng)、以水銀熱管回收蒸汽、以水熱管回收熱水，三梯級(jí)回收沖天爐余熱的概念和構(gòu)想。但筆者尚未找到該會(huì)議的論文集、沒(méi)有發(fā)現(xiàn)該代表發(fā)言的文字記錄。燃焦沖天爐的尾氣中所包含的物理顯熱和化學(xué)潛熱，占焦炭理論熱值的50%以上，僅回收其中的熱能獲得熱風(fēng)顯然還不夠。我國(guó)沖天爐應(yīng)該引入梯級(jí)回收尾氣余熱的概念，梯級(jí)回收尾氣中和其他部分的熱能。

濰柴和長(zhǎng)春一汽在2014 年前后引進(jìn)的外熱風(fēng)沖天爐，實(shí)際上已經(jīng)包含著梯級(jí)回收尾氣余熱的要素，這兩臺(tái)沖天爐回收尾氣余熱獲得熱風(fēng)后，配置的余熱鍋爐可以進(jìn)一步回收熱水用于職工洗浴。玫德集團(tuán)的外熱風(fēng)沖天爐配置的余熱鍋爐，目前并入了當(dāng)?shù)責(zé)犭姀S的供熱管網(wǎng)，可以常年向社會(huì)供熱，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)沖天爐梯級(jí)利用沖天爐余熱的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

在熱風(fēng)后繼續(xù)回收尾氣中的余熱獲得蒸汽或熱水，可以用于冬季供熱，但這種余熱利用的途徑有季節(jié)性，夏季生產(chǎn)的蒸汽或者熱水無(wú)法得到合理使用。因此，沖天爐梯級(jí)回收尾氣余熱最有希望的途徑是余熱發(fā)電。

美國(guó)《沖天爐手冊(cè)》介紹了意大利某鑄造廠沖天爐的余熱發(fā)電系統(tǒng)[43]，供參考：“在袋式除塵器上游安裝一臺(tái)以導(dǎo)熱油為介質(zhì)的余熱鍋爐產(chǎn)生熱水，然后通過(guò)有機(jī)蘭金循環(huán)、英文簡(jiǎn)稱ORC（Organic Rankine Cycle），利用沖天爐尾氣的余熱發(fā)電。圖2所示為有機(jī)蘭金循環(huán)渦輪發(fā)電的技術(shù)示意圖，其中渦輪機(jī)的運(yùn)行溫度在100 ℃～250 ℃之間，運(yùn)行中采用了一種蒸發(fā)溫度比較合適的有機(jī)液體介質(zhì)。首先提前壓縮并預(yù)熱有機(jī)液體，然后利用爐氣的熱量蒸發(fā)該有機(jī)液體，有機(jī)液體蒸發(fā)、體積膨脹驅(qū)動(dòng)渦輪并產(chǎn)生電力。三班連續(xù)生產(chǎn)的30 t/h 沖天爐能夠生成2 MW 的電力”。

圖2 有機(jī)蘭金循環(huán)（ORC）余熱發(fā)電原理

30 t/h 外熱風(fēng)水冷爐包括鼓風(fēng)機(jī)、加料機(jī)、冷卻水循環(huán)和消煙除塵部分等在內(nèi)的電力裝機(jī)總?cè)萘考s為1.2 MW，也就是說(shuō)，有機(jī)金蘭循環(huán)余熱發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的電力，不僅可以滿足沖天爐的全部電力需求，還可以向鑄造廠的其他設(shè)備供電。

梯級(jí)回收沖天爐尾氣中的余熱，是沖天爐的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于感應(yīng)電爐的潛在優(yōu)勢(shì)，也是我國(guó)沖天爐技術(shù)進(jìn)步的重要方向。

2.5 控制系統(tǒng)的數(shù)字和智能化

沖天爐控制系統(tǒng)的數(shù)字化和智能化，即基于數(shù)字信息處理技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等進(jìn)行沖天爐的自主或自動(dòng)控制。其中，數(shù)字化是智能化的基礎(chǔ)和去前提條件。圖3 所示為濰柴進(jìn)口的35 t/h 外熱風(fēng)水冷爐中央控制室中的一個(gè)監(jiān)控界面，從其中可以看出，該爐的爐體部分、尾氣燃燒室、熱風(fēng)換熱器、爐氣冷卻和余熱鍋爐、袋式除塵器等密布儀器、儀表，其中任何一項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均數(shù)字化地及時(shí)反映到了中央控室，所有的運(yùn)行參數(shù)均有記錄、可追溯。該控制系統(tǒng)是我國(guó)沖天爐數(shù)字化控制系統(tǒng)的重要參考。依靠上世紀(jì)90年代飛速發(fā)展起來(lái)的數(shù)字化和智能化儀表，利用國(guó)內(nèi)技術(shù)構(gòu)建類似于甚至優(yōu)于圖3 所示的控制系統(tǒng)，目前不存在任何難以逾越的技術(shù)障礙。沖天爐控制數(shù)字化可能涉及設(shè)計(jì)者對(duì)控制系統(tǒng)的理解和認(rèn)識(shí)，同時(shí)涉及用戶對(duì)控制系統(tǒng)的投資意愿。對(duì)于復(fù)雜重要的外熱風(fēng)水冷沖天爐控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者和用戶均只要轉(zhuǎn)變觀念，便可以實(shí)現(xiàn)沖天爐控制的全面數(shù)字化，為智能化控制創(chuàng)造條件。

圖3 濰柴35 t/h 爐的一個(gè)監(jiān)控界面

需要注意的是，沖天爐控制系統(tǒng)檢測(cè)的數(shù)字化儀器儀表和其他電器元器件的選擇，需要特別注意其工作條件和環(huán)境，其中的流量?jī)x表需要注意空氣、爐氣和冷卻水中存在或可能存在的粉塵和其他異物。重要的壓力、溫度和流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要配置雙儀表，互為備份，防止單一儀表?yè)p壞導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

在沖天爐控制數(shù)字化的基礎(chǔ)上智能化從何處起步？筆者建議：在現(xiàn)有的集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，簡(jiǎn)稱DCS）或現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System 簡(jiǎn)稱FCS）中，首先搭載“風(fēng)焦控制模塊”，從風(fēng)量和焦炭的加入量的自動(dòng)控制開啟沖天爐智能化的進(jìn)程。風(fēng)焦控制模塊從初級(jí)版起步，逐步提升為中級(jí)和高級(jí)版。初級(jí)版僅對(duì)風(fēng)焦的操作提供趨勢(shì)性的建議，由爐工確定具體的操作參數(shù)；中級(jí)版本提供風(fēng)焦的具體操作參數(shù)，由爐工決定是否執(zhí)行；高級(jí)版本則脫離爐工，對(duì)沖天爐的風(fēng)焦參數(shù)進(jìn)行自主控制。

沖天爐風(fēng)焦控制模塊的工作原理是什么？沖天爐的爐氣成分靈敏地反映了焦炭的燃燒狀態(tài)，檢測(cè)尾氣的成分，結(jié)合沖天爐的熔化率（即單位時(shí)間內(nèi)的加料量）和鐵液溫度，便可以判斷沖天爐的當(dāng)前風(fēng)量和底焦高度是否適當(dāng)。在送風(fēng)量和焦炭加入量?jī)蓚€(gè)參數(shù)中，批焦一般為固定值，需要系統(tǒng)判斷和控制的不過(guò)是爐況特別異常時(shí)，要不要加接力焦和接力焦加多少？需要控制系統(tǒng)經(jīng)常性調(diào)節(jié)的參數(shù)只有風(fēng)量一項(xiàng)，比如通過(guò)變頻器增大或者減小風(fēng)量。由此可以看出，對(duì)沖天爐的風(fēng)焦實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或者準(zhǔn)自動(dòng)控制，系統(tǒng)必須配置爐氣成分在線檢測(cè)儀。

濰柴股份和長(zhǎng)春一汽近些年進(jìn)口的三臺(tái)外熱風(fēng)水冷沖天爐，來(lái)自美國(guó)的沖天爐采用FCS 和西門子S7-300 系列PLC；來(lái)自歐盟的沖天爐為DCS，采用西門子S7-400 系列PLC，這三套控制系統(tǒng)無(wú)一例外地均配置了爐氣成分在線數(shù)字化檢測(cè)儀，但尚無(wú)沖天爐風(fēng)焦控制功能。圖4 所示為爐氣成分在線數(shù)字化檢測(cè)儀的工作原理圖，僅供參考。

圖4 爐氣在線數(shù)字化檢測(cè)儀工作原理示意圖

表2 為不同燃燒比下爐氣中主要?dú)怏w（CO、CO2、N2）成分，供選用爐氣成分?jǐn)?shù)字化檢測(cè)儀測(cè)量范圍參考。

表2 沖天爐焦炭燃燒所產(chǎn)主要爐氣成分（體積分?jǐn)?shù)，%）

沖天爐風(fēng)焦的智能化控制，減少了沖天爐對(duì)爐工的依賴性，降低了沖天爐的能源消耗、提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性。另外，沖天爐鐵液成分的智能化控制，也是需要進(jìn)一步深入研究的課題。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)偉大的民主主義先行者孫中山先生，1916年9 月15 日去浙江海寧觀看錢江大潮，心情澎湃，有感于袁世凱復(fù)辟失敗、抑郁亡故，回上海后為海寧縣立乙種商科學(xué)校題寫了“世界潮流，浩浩蕩蕩，順之者昌，逆之者亡”的千古名言。孫先生104 年前題寫的這十六個(gè)字，也適合于我國(guó)沖天爐的現(xiàn)狀，如果想當(dāng)固步自封的“洪憲皇帝”則難逃被淘汰的命運(yùn)。遵照國(guó)家的戰(zhàn)略部署，積極發(fā)展我國(guó)的外熱風(fēng)沖天爐并不斷發(fā)掘其潛在優(yōu)勢(shì)、研制較高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的沖天爐及其附屬設(shè)備、子系統(tǒng)，我國(guó)沖天爐必定迎來(lái)繁花似錦的春天！