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2 6 0 倚 适 F OU NDR Y Ma r ． 2 0 1 3 Vo I ． 6 2 No ． 3 研制天然气冲天炉的重大战略意义 吉守勤 ，梁润波 ，岳创业 ，张明 ，武战军 1 ． 山西矿大干燥设备有限公司，山西太原 0 3 0 0 2 1 ；2 ． 威海科兴铸造机械有限公司，山东威海 2 6 4 2 0 5 摘要 从降低二氧化碳排放量、国家能源、 经济安全、铸造和其他工业的战略需求、 可持续发展、培育新兴产业等 八个方面，论述了研发具有我国自主知识产权的天然气冲天炉的重大战略意义。 关键词 天然气冲天炉；无焦冲天炉；燃气冲天炉 中图分类号 T G 2 3 2 ． 1 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 4 9 7 7 2 0 1 3 0 3 0 2 6 0 0 4 2 0 1 2 年1 2 月3 日国家发改委发布的 饫 然气发展 “ 十二五”规划指 出 “ 天然气是一种优质 、高效 、 清洁的低碳能源。加快天然气产业发展 ，提高天然气 在一次能源消费中的比重 ，对我 国调整能源结构 、提 高人 民生活水平 、促进节能减排 、应对气候变化具有 重要的战略意义。 ”学习和赶超工业发达国家节能环保 的铸铁熔炼新技术 ，在我 国推广应用天然气 冲天炉 ， 特别是研制具有 自主知识产权 的大型天然气 冲天炉 ， 对于我 国铸铁业和其他工业的健康可持续发展具有重 大战略意 义。 1 有利于降低我国的二氧化碳排放量 1 9 9 7 年召开的联合国气候大会通过的 惊 都议定 书 中控制的温室气体为二氧化碳 、甲烷 、氧化亚 氮等六种 。在总的温室效应 中二氧化碳 的作用约占一 半 ，因此二氧化碳的排放量成为世界各国关注的焦点。 我国目前二氧化碳的年排放量及其增长率居世界第一 ， 承受着巨大的国际压力。 不同燃料的燃烧热和生成物不 同，其单位燃烧热 所对应的二氧化碳生成量 、燃烧产生的二氧化碳与燃 料的质量比不同。表1 通过常见的几种烃类燃料的单位 燃烧热所对应的二氧化碳生成量 、以及二氧化碳与燃 料的质量 比，说明了高碳燃料一般会产生较多的二氧 化碳 ，低碳燃料的二氧化碳生成量较低 。由表1 可知 ， 甲烷是含碳燃料中碳含量最低的物质 ，单位燃烧热对 应 的 二 氧 化 碳 排 放 量 最 低 ， 仅 为 碳 的 4 4 ． 2 ％ 4 9 ． 4 2 ／ 1 1 1 ． 8 ，其二氧化碳与燃料的质量比为2 ． 7 5 ，为 碳燃烧的7 5 ％ 2 ． 7 5 ／ 3 ． 6 7 。在 目前我 国工业高速发展 、 能源消耗量不断攀升的形势下 ，只有大幅度提高天然 气的消费比例 ，才有可能降低我国二氧化碳的排放量。 减缓世界气候变化的速度。 我 国2 0 1 1 年铸铁件的产量 为3 0 4 8 万t 其 中灰铁 1 9 6 8 万t 、球铁1 0 3 7 ． 5 万t 、可锻铸铁4 1 ． 5 万t 『 lJ ，据此 可推算 目前我国铁液的年熔化量应不少于4 0 0 0 万t ，熔 化这些铁液所使用的能源包括焦炭和电力两部分 ，所 消耗的一次能源主要为煤炭。表2 分析了燃焦炉和燃气 炉熔化4 0 0 0 万t 铁液的二氧化碳排放量 ，两者相差约 9 7 0 万t 。研发和推广天然气冲天炉 ，有利于大幅度减 少我国铸铁业 的二氧化碳排放量。 表1 几种涉及烃类物质的碳含量及其燃烧生成的二氧化碳量 收稿日期2 0 1 2 1 2 1 7 收到初稿，2 0 1 3 - 0 2 - 0 4 收到修订稿。 作者简介吉守勤 1 9 5 7 一 ，男，工学学士，高级工程师，长期从事铸造、特殊耐火材料和工业气体领域的技术研究和工程项目管理工作。 E ma i l j i _ s h o u q i n 1 6 3 ． c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 铸造 吉守勤等 研制天然气冲天炉的重大战略意义 2 6 1 2 有利于我国的能源安全 2 0 1 1 年 1 1 月 国土资源部首次 向公众发布了 全国 油气资源动态评价2 0 1 0 报告。该报告指出，天然气 地质资源量与2 0 0 7 年相 比增长了4 9 ％，而石油的地质 资源量仅增长了1 5 ％t 2 J 。另外 ，我国 目前存在3 6 万亿立 方米的页岩气资源尚待开发[3 ] ，如果今后能在页岩气资 源开采技术上取得突破 ，仅页岩气资源就可供我国使 用数百年。 { 2 0 1 2 中国矿产资源报止 公布的我国主要能源矿 产的探明储量 、B P 公司的统计数据等见表3 。 通过以上数据可以看出，由于天然气的新探 明储 表3 我国主要能源矿产2 0 1 1 年底探明储量与储产比 注 1 ． 包括无烟煤 和烟煤 6 2 2 ． 0 x l 0 s t 、亚烟煤 和褐煤5 2 3 ． O x l O t 两部分 ；2 ．储产 比为该 年底 的剩余储量除 以该年度 的产 量 ，表示在该 年产 量条 件下剩 余储量 可供 开采的年限。 藏量及其增长率 、潜在 的资源量 ，相信支持我 国今后 工业发展的能源增长 ，将越来越多地依赖于天然气的 广泛使用 ，因此有人说天然气是2 1 世纪的燃料 。研发 和推广天然气 冲天炉 ，符合我国能源矿产储存现状和 潜力 ，有利于我国的能源安全 。 量 。通过对 比可以看 出，在我 国能源消费结构中，煤 炭消费比例过高，天然气 的比例很低。 研发和推广天然气冲天炉 ，有利于我国逐步降低 煤炭的消费比例 ，提高天然气 的比例 ，改善能源消费 结构。 3 有利于改善我国的能源消费结构 4 有利于我国铸铁业解脱困局 表4 为我国2 0 0 9 年的能源消费量及其构成 ，表5 为 近些年世界几个国家能源消耗结构及其二氧化碳排放 目前我国铸铁业面临着前所未有的由环保 、节能 、 产品质量 、炉料供应等因素相互矛盾 、错综复杂形成 表4 我 国2 0 1 1 年能源消费总量及其构成固 2 0 0 9 年能源消 费量 国别 ／ x l 0 t 标准石油 消费总量煤炭 原油 石油 天然气 电力 二氧化碳排放量m 然气 所 占的比例／ ％ ⋯ 一 ⋯ 一 量 与能源消 _ 西 i 戛 面 ； 费 总 量的 比 值 的困局 。由于燃焦冲天炉的二氧化碳排放量大 ，同时 粉尘排放量大 、对环境造成了严重污染 ，因此使很大 一 部分人将铸铁熔炼的希望寄托于感应 电炉 。但是 ， 用电炉熔炼铸铁存在以下问题。 首先，目前电炉熔炼铸铁的一次能源消耗大大高 于 冲天炉 。我 国2 0 1 1 年 火 力 发 电量 占发 电总量 的 8 2 ． 5 4 ％ 见表6 ，即 2 ． 5 4 ％的电力来源于煤炭。表7 分 析了熔炼4 O 0 0 x 1 0 t 铁液 ，分别用燃焦冲天炉和电炉熔 炼所消耗煤炭的量 前者消耗煤炭5 1 3 x 1 0 t ，后者消 耗7 0 8 x 1 0 t ，两者相差达1 9 5 x 1 0 t 。也就是说 ，用 电炉 熔炼铸铁造成了一次能源的更大消耗。 用电炉替代冲天炉只是将铸铁业的二氧化碳排放 和粉尘污染治理转嫁给了电力行业 ，不能从根本上减 少我国二氧化碳的总排放量和粉尘污染治理总量。同 时 ，用电炉替代冲天炉因一次能源消耗量的大幅度增 加 ，大幅度增加了二氧化碳的排放量。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m Ma r ． 2 0 1 3 2 6 2 F OUNDR Y Vo I ． 6 2 No ． 3 燃焦炉4 0 0 0 1 0 a t 铁焦 比8 5 0 0 1 0 t 焦炭 焦煤转化率0 ． 9 7 3 8 [ ” 一 5 1 3 x l O t 电炉4 O 0 0 x l O 4 t 6 5 0 ／ k Wh t 2 6 0 x 1 0 8 k W． h 电能 3 3 0 g ／ k W h 见表6 8 2 ． 5 4 ％ 见表6 7 0 8 x 1 0 t 陆 注1 ． 焦煤转化率数据取 自 中国统计年鉴2 0 1 2 中 “ 能源加工转化效率” ；2 ． 此数值计算方法为2 6 0 x l O 3 3 0 x l O ～ O x 0 ． 8 2 5 4 7 0 8 万吨 。 其次 ，用电炉熔炼铸铁 、特别是高牌号优质铸铁 件 ，需要将铁液过热到很高温度 ，才能达到消除炉料 的遗传性 、细化晶粒的 目的 ，浇 注前需 “ 晾火”或 “ 倒包”使铁液温度降低5 0 ～1 0 0℃，这样会导致电能 的严重浪费。电炉熔炼铸铁需要大量废钢 ，同时对废 钢的质量有较高的要求 ，我国目前的废钢市场 尚不能 为电炉提供大量的、合格的废钢。 大力研发和推广天然气冲天炉 ，通过天然气冲天 炉与感应电炉双联熔炼铸铁 ，有利于我国铸铁业摆脱 环保 、节能、铸件质量和炉料供应的困局 ，保证我国 铸铁业的健康和可持续发展。 5 有利于我国化学工业的可持续发展 煤炭是化学工业的重要原料 ，是制造 目前几乎所 有化学合成材料 的基础原料 ，将煤炭作为燃料使用是 一 种 资源浪费 。B P 公司最新 的统计 见表3 表明 ， 我国2 0 1 1 年煤炭的储产 比只有3 3 年 ，即在无新增储量 的条件下 ，按2 0 1 1 年的煤炭采掘量 ，3 3 年后我国将无 煤可采 ，大部分化学工业将失去赖 以生存的煤炭而无 以为继 。 天然气的主要成分为 甲烷 ，也是一种重要的化工 原料 ，是制造氢气 、炭黑 、一氧化碳 、乙炔 、氢氰酸 及甲醛等物质的原料。但相对于煤炭在化工中的原料 地位 ，天然气更适合于作为燃料使用。研发和推广天 然气冲天炉可以减少我国煤炭的消费量 ，对于我国化 学工业的可持续发展具有特别紧迫的战略意义。 6 自主研发天然气冲天炉是我国铸铁 业发展的战略需求 据调查得知，2 0 0 8 年至今我国有关企业 潍柴2 台 3 5 t ／ h 、太钢3 台4 0讹 、一汽二铸 1 台2 5讹 、重庆 1 台 已经进口和正在商谈进 口共7 台套欧美国家的2 5 ～4 0 t ／ l 1 大型燃焦 冲天炉。 目前我国约有燃焦冲天炉3 万台 套 ，按中国铸造协会的有关战略规划 ，未来全 国冲天 炉的数量将减少到l 万台套左右。冲天炉数量的锐减 ， 必然导致大型冲天炉数量的增加。 据大连理工大学周继扬教授的研究 ，截止本轮世 界经济危机前的2 0 0 8 年，欧盟制造的熔化率最大的天 然气冲天炉为1 0 ～1 2 [ 9 1 。欧盟有关国家天然气冲天 炉的现有技术 ，并不符合我 国对大型天然气冲天炉的 战略需求 。自主研发大型天然气冲天炉 ，是我国铸造 业发展的战略需求。 2 0 0 8 年以来 ，我国已经进口和正在商谈进口的7 台 套大型燃焦冲天炉，单 台套冲天炉价格最低者为1 ． 4 亿 元人民币，最高者高达4 亿元人民币，数倍甚至十倍于 我 国自行设计制造的成本 。大型燃焦 冲天炉的技术研 究落后的现状 ，已造成了我国财富的大量流失。 如果我国未来的大型冲天炉中的2 0 ％ 2 0 0 0 台套 通过进 口获得 ，我们需要向国外公司支付4 0 0 0 8 0 0 0 亿元人 民币的高额采购费用。研发具有中国自主知识 产权的天然气冲天炉 ，特别是大型天然气冲天炉 ，可 以满足我国铸铁业对天然气冲天炉的战略需求 ，守卫 国家经济安全 。 7 培 育我国的新兴产业同时带动相关 产业 据初步估算 ，天然气冲天炉成套熔化设备研制项 目，大约可以形成5 0 项专利技术 、1 5 项技术标准或规 范，使我国的天然气冲天炉的技术水平进入世界前列。 具有我国自主知识产权的天然气冲天炉 ，在满足我国 铸造工业的节能、环保和可持续发展的同时 ，可以在 国内培育3 ～ 5 个天然气冲天炉产业集群 ，带动我国大型 设备制造产业 、工业气体和空气分离产业 、天然气燃 烧技术产业 、仪器仪表产业 天然气管网建设等产业 的发展 ，创造和增加大量的就业岗位 。 综上所述 ，研究推广天然气冲天炉 ，特别是研究 推广我国自主知识产权的大型天然气冲天炉 ，有利于 降低我国的二氧化碳排放量 、改善我国的能源消费结 构 、维护我 国的能源安全 、满足我国铸造和化学工业 的战略需求 、培育我 国的新兴产业 ，对我国工业的健 康可持续发展具有重大战略意义。 国家发改委2 0 1 2 年1 1 月发布的 中国应对气候变 化的政策与行动2 0 1 2 年度报告 ，为了承担减缓世界气 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 铸造 吉守勤等 研制天然气冲天炉的重大战略意义 2 6 3 候变化的国际义务 ，提 出了通过推动传统产业改造升 级 、扶持战略性新兴产业发展 、大力发展服务业 、加 快淘汰落后产能等 四项产业结构调整政策 ，启动了碳 银行 、碳汇、碳指标交易的试点工作。天然气冲天炉 特别是大型天然气冲天炉 ，属于有重大意义的战略性 新兴产业 ，应该受到国家有关部门和大家的充分重视。 参考文献 [ 1 ] A Mo d e m Ca s t i n g S t a f f ． 4 6 t h c e n s u s o f w o r l d c a s t i n g p r o d u c t i o n[ J ] l Mo d e m C a s t i n g ． 2 0 1 2 1 2 2 5 2 9 ． [ 2 ] 中华人民共和国国土资源部． 全国油气资源动态评价 2 0 1 0 新 闻发 布 会 [ E B ／ O L ] ． 2 0 1 1 - 1 1 - 2 4，h t t p／ ／ www ． ml r ．g o v ． c n ／ ws z b ／ 2 01 l ／ y q z y ．、 [ 3 】 中华人民共和国国土资源部． 中国页岩气资源量世界第_ C E B ／ O L ] ． 2 01 2 0 7 2 3 ，h t t p ／ ／ www． m l r ． g o v ． c n ／ x wd t ／ k y x w／ 2 0 1 2 07 ／ t 2 01 2 0 7 2 3 一 l 1 23 6 5 】h t m ” 一一- - -- - ””*” 卜 “ --- - ． ． - - 上接第 2 5 9页 G B ／ T 1 3 7 4 8 ． 1 4 一G B ／ T 1 3 7 4 8 ． 1 6 、 G B ／ T 1 3 7 4 8 ． 2 1 中规 定的方法进行 。同时规定在保证分析精度的条件下 ， 允许使用其他方法。 3 成分分析数值 的判定 ，采用修约比较法 ，数 值修约按照G B ／ T 8 1 7 0 有关规定执行 ，修约数位应与表 1 中所列极限数值数位一致。 2 ． 6 ．2 力学性 能 1 标准 中规定了镁合金车轮用铸造镁合金的力 学 性 能检验 采用 单铸 试 样 ，单 铸试 样应 符 合G B ／ T 1 1 7 7 的规定 。 2 标准 中规定了单铸试样 的材料与产品需同一 炉次 ，并且与同一炉次浇注的铸件采用同一热处理工 艺。 3 拉伸试验按G B ／ T 2 2 8 的规定执行。 4 硬度 的检验方法按 G B ／ T 2 3 1 ． 1 的规 定执行 。 3 标准的特点 1 本标准充分兼顾 了现有的国家标准要求 ，让 使用者很容易接受这个新标准，在一些定义和术语上 能采用现有 国家标准的，就沿用现有的标准。如合金 牌号采用GB ／ T 8 0 6 3 -- 1 9 9 4 铸造有色金属及其牌号表 示方法 中的规定 ，车轮用铸造镁合金锭表面质量应 [ 4 ] B P 公司． B P 世界能源统计年鉴2 0 1 2 [ E B ／ O L ] ． 2 0 1 2 0 6 ，h t t p ／ ／ w w w ． b p ． c o r r v s t a t i s t i c a lr e vi e w． [ 5 ] 中华人 民共 和国国家统计局 ． 中国统计年鉴2 0 1 2能源 能源 消 费总 量及 构成 [ E B ／ OL ] ．2 0 1 3 0 2 0 2 ，h t t p ／ ／ w ww． s t a t s ． g o v ． c n ／ t j s j ／ n d s j ／ 2 0 1 2 ／ i n d e x c h ．h t m [ 6 ] 中华 人 民共 和 国国家 统计 局 ． 国际统 计年 鉴2 0 1 1 能源 平衡 表 2 0 0 9 年 [ E B ／ O L ] ．2 0 1 3 - 0 2 0 2 ，h t t p ／ ／ w ww． s t a t s ． g o v ．c n ／ tj s j ／ q t s j ／ g j s j ／ 2 01 1 ／ t 2 01 2 0 71 1 4 0 2 8 l 7 3 4 0 ．h t m [ 7 ] 中华人 民共和国国家统计局 ． 国际统计年鉴2 0 1 1 二氧化碳排放量 [ E B／ OL ] ．2 0 1 3 0 2 0 2 ，h t t p／ ／ w ww．s t a t s ． g o v ．c n ／ O ／ q t sj ／ ／ 2 0 1 1 ／ t 2 01 2 0 71 1 4 0 2 81 7 2 4 3 ． h t m [ 8 ] 中国电力企业联合会． 中电联发布全国电力工业统计快报 2 0 1 1 年 [ E B ／ O L ] ．2 0 1 2 一 O 1 1 3 ，h t t p ／ ／ tj ．c e c ． o r g ．c n ／ t o n g j i ／ n i a n d u s h u j u ／ 2 Ol 2 一 O 1 1 3 ／ 7 8 7 6 9．h t m l [ 9 ] 周继扬． 国外冲天炉技术 [ M】 ． 大连 大连理工大学 出版社 ，2 0 0 9 ． 编辑 张允华 ，z y h f o u n d r y w o r l d ． c o m 一一一 一- 一- 一一 一一 一一 - 一一 一一 一 符合G B ／ T 1 9 0 7 8 的规定。 2 标 准 中汽车车轮用铸造镁合金 的代号 是在 G B ／ T 1 1 7 7 一 l 9 9 1 规定的基础上，依据镁与其中的一个 主要合金元素 ，将镁合金划分为二元合金系，分为镁 锰系 、镁铝系 、镁锌系和镁稀土系，再对每个组别中 进行序号细化 ，并对原合金系中通过添加元素改进的 合金用字母来区分 。这种代号表示方符合G B ／ T 1 1 7 7 1 9 9 1 中的规定，同时又对G B ／ T 1 1 7 7 1 9 9 l 中的规定作 了进一步补充。 3 本标准 中对汽车车轮用铸造镁合金的热处理 状态没有具体要求 ，具体的工艺要求 由车轮生产厂家 来确定。 4 标准的应用 本标准的实施 ，对于规范合金生产企业的生产行 为和提高质量意识 ，规范合金应用企业对材料的选用 ， 提高汽车车轮用铸造镁合金的质量有着深远 的意义 。 本标准的发布实施 ，也彻底改变了国内合金生产厂家 和汽车车轮生产厂家无标准可依 的局面 ，同时也为汽 车主机厂提供了相关的设计标准。 编辑 王玉杰，w y j f o u n d r y wo r l d ． t o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m