在金屬鎂的工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域，冶煉工藝主要分為 “電解法” 與 “熱還原法” 兩大類別。其中，中國(guó)超過(guò) 98% 的金屬鎂采用熱還原法進(jìn)行生產(chǎn)，而硅熱法（硅熱還原法，又稱皮江法）憑借成本低、工藝靈活等優(yōu)勢(shì)，成為熱還原法中的主流工藝，并在全球鎂工業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。硅熱法煉鎂的核心環(huán)節(jié)在于還原工序，依據(jù)還原罐放置方式的不同，還原爐主要分為豎罐還原爐和橫罐還原爐，兩者在技術(shù)特點(diǎn)、生產(chǎn)效率及綜合成本等方面存在顯著差異。

一、硅熱法煉鎂工藝基礎(chǔ)概述

硅熱法煉鎂以煅燒白云石（簡(jiǎn)稱 “煅白”）為主要原料，硅鐵作為還原劑，螢石充當(dāng)?shù)V化劑。經(jīng)配料、球磨、冷壓成型等一系列工序后，將制得的球團(tuán)置于耐熱合金還原罐中，在大約 1250℃的高溫環(huán)境以及 13.3 Pa 以下的真空條件下發(fā)生還原反應(yīng)。反應(yīng)過(guò)程中，生成的鎂蒸氣經(jīng)冷凝系統(tǒng)處理后得到粗鎂，隨后再經(jīng)過(guò)精煉、澆鑄等后續(xù)工序，最終產(chǎn)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的商品鎂。還原工序作為整個(gè)硅熱法煉鎂工藝的核心部分，其效率直接關(guān)系到生產(chǎn)過(guò)程中的能耗水平、成本控制以及產(chǎn)品質(zhì)量，還原爐設(shè)計(jì)則是決定鎂還原效率的關(guān)鍵因素之一。

二、豎罐與橫罐還原爐核心差異剖析

（一）還原罐規(guī)格與還原周期

豎罐還原爐的還原罐內(nèi)徑相對(duì)較大，常見(jiàn)的罐徑規(guī)格涵蓋 600㎜、720㎜、810㎜、900㎜，甚至存在超過(guò) 1000㎜的大規(guī)格罐徑。由于罐徑較粗，罐外加熱時(shí)，罐內(nèi)球團(tuán)間的熱量傳遞主要依賴熱傳導(dǎo)方式，這導(dǎo)致還原反應(yīng)速率相對(duì)較慢，還原反應(yīng)周期也因此延長(zhǎng)。具體而言，小罐徑的豎罐還原爐還原周期約為 18 小時(shí)，而大罐徑的豎罐還原爐還原周期則可達(dá)到 24 小時(shí)。

相比之下，橫罐還原爐的還原罐內(nèi)徑較小，主要罐徑規(guī)格集中在 350㎜、370㎜、380㎜、390㎜、400㎜等范圍。較小的罐徑有效縮短了熱量傳遞路徑，使得還原反應(yīng)能夠更快速地進(jìn)行，從而顯著縮短了還原周期。例如，350㎜罐徑的橫罐還原爐還原周期大約為 10.5 小時(shí)，370㎜罐徑的平均還原周期為 11 小時(shí)，而 400㎜罐徑的橫罐還原爐還原周期最長(zhǎng)也僅約 14 小時(shí)，整體而言，橫罐還原爐的還原效率明顯高于豎罐還原爐。

（二）料鎂比與能耗效率

料鎂比是衡量生產(chǎn)過(guò)程中原料利用率的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，具體指生產(chǎn) 1 噸鎂所需消耗的球團(tuán)料重量。豎罐還原爐的噸鎂球團(tuán)消耗量通常在 6.3 噸左右，盡管國(guó)內(nèi)少數(shù)工廠通過(guò)優(yōu)化工藝等措施，能夠使全年平均料鎂比低于 6.3 噸，但要達(dá)到 6.0 噸以下的情況極為罕見(jiàn)。這一現(xiàn)象與豎罐罐徑大導(dǎo)致罐內(nèi)熱傳導(dǎo)不均衡有著直接關(guān)聯(lián)，熱傳導(dǎo)不均衡使得部分原料無(wú)法充分參與反應(yīng)，從而造成原料利用率相對(duì)較低。

橫罐還原爐在料鎂比方面表現(xiàn)更為優(yōu)異，其噸鎂球團(tuán)消耗量普遍低于 6.3 噸。對(duì)于管理水平較高的工廠而言，甚至能夠?qū)嶆V球團(tuán)消耗量控制在 5.8 噸以下，展現(xiàn)出更高的噸鎂熱效率。較小的罐徑使得熱量在罐內(nèi)分布更加均勻，促使還原反應(yīng)進(jìn)行得更為充分，有效提升了原料的利用率。

（三）操作方式與自動(dòng)化水平

豎罐還原爐采用頂部裝料的方式，這一設(shè)計(jì)使得其裝料工序自動(dòng)化程度相對(duì)較高，能夠在一定程度上減少對(duì)人工操作的依賴，提高生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和效率。然而，這種裝料方式需要大量起重設(shè)備的配合，無(wú)疑增加了生產(chǎn)過(guò)程中的用電量及配套設(shè)備的投入成本。同時(shí)，頻繁的吊裝操作還會(huì)相應(yīng)地提高設(shè)備的檢修和維修頻率，增加檢修和維修耗材的使用量。

橫罐還原爐由于還原罐呈水平擺放狀態(tài)，其裝料和出料操作需要借助滑軌車與叉車的配合來(lái)完成，整體上屬于“機(jī)械 + 人工”操作模式，自動(dòng)化程度相對(duì)較低。不過(guò)，橫罐還原爐的設(shè)備構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單，因此在設(shè)備投入方面成本相對(duì)較低，同時(shí)用電量和耗材消耗也相對(duì)較少，在一定程度上降低了生產(chǎn)成本。

（四）爐體設(shè)計(jì)與熱損失

豎罐還原爐作為一種近五六年才投入工業(yè)化應(yīng)用的新型設(shè)備，在設(shè)計(jì)階段充分考慮了爐體散熱問(wèn)題，因此其爐體保溫水平相對(duì)較高，有助于減少熱量的散失。然而，在 1250℃的高溫環(huán)境下，豎罐還原爐因存在 “煙囪效應(yīng)”，在出爐后罐內(nèi)壁的清渣操作變得較為困難。此外，操作過(guò)程中頻繁的吊裝作業(yè)也導(dǎo)致熱損失較為嚴(yán)重。尤其是豎罐還原爐由于罐徑較大，為優(yōu)化罐內(nèi)球團(tuán)的導(dǎo)熱效果而增加了中心管設(shè)計(jì)，在每次更換罐內(nèi)中心管時(shí)，都需要將溫度高達(dá) 1250℃左右的熱管吊出，這一過(guò)程不僅進(jìn)一步加劇了熱損失，而且中心管易堵現(xiàn)象，增加了定期清理工作的難度和頻度。

橫罐還原爐的設(shè)計(jì)歷史較為悠久，盡管在近十多年來(lái)通過(guò)蓄熱體技術(shù)進(jìn)行了多代改良，但其爐體散熱與保溫設(shè)計(jì)仍不夠理想，相較于豎罐還原爐，在節(jié)能挖潛方面還有較大的提升空間。不過(guò)，橫罐還原爐較小的罐徑在一定程度上彌補(bǔ)了其保溫缺陷，使得整體熱效率仍能保持在一個(gè)相對(duì)較高的水平。

（五）環(huán)保、安全與能耗表現(xiàn)

總體而言，豎罐還原爐和橫罐還原爐在環(huán)保治理、安全管控以及能耗水平等方面差距并不顯著，各自具有一定的優(yōu)勢(shì)。豎罐還原爐裝料工序的高自動(dòng)化程度有助于減少人工接觸風(fēng)險(xiǎn)，從而在一定程度上提高了生產(chǎn)過(guò)程的安全性。但其底部出渣的操作難度及安全環(huán)保的高投入仍無(wú)法完全消除其自身隱患；而橫罐還原爐由于其工藝技術(shù)相對(duì)成熟，降低了操作的復(fù)雜性，使得生產(chǎn)過(guò)程更加穩(wěn)定可靠。盡管兩者在環(huán)保、安全和能耗方面各有特點(diǎn)，但均能滿足行業(yè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)要求。

三、豎罐與橫罐還原爐的局限性以及行業(yè)未來(lái)發(fā)展方向

豎罐冶煉系統(tǒng)存在一些較為明顯的弊端。首先，其電能消耗大，耗材成本高，這在很大程度上增加了生產(chǎn)成本。其次，罐內(nèi)清渣以及中心管更換操作過(guò)程中熱損失嚴(yán)重，進(jìn)一步降低了能源利用效率。此外，罐徑大導(dǎo)致罐內(nèi)熱傳導(dǎo)不均勻，使得料鎂比偏高，增加了原料消耗。豎罐還原爐的爐體設(shè)計(jì)高且呈懸空狀態(tài)，易裂，這不僅提高了固投、延長(zhǎng)了維修周期，還增加了維修費(fèi)用。在底部出渣環(huán)節(jié)，面對(duì)溫度超過(guò) 1200℃的紅渣，環(huán)保和安全投入壓力較大，且存在較高的安全隱患。由于還原周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致噸鎂固投、維修費(fèi)用、折舊等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)居高不下，在行業(yè)利潤(rùn)率相對(duì)較低的背景下，這些因素限制了豎罐還原爐的規(guī)?；瘧?yīng)用。盡管其自動(dòng)化裝料具有一定的優(yōu)勢(shì)，但在當(dāng)前的行業(yè)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，難以充分發(fā)揮其潛力。

橫罐還原爐雖然在裝料自動(dòng)化程度、爐體保溫設(shè)計(jì)等方面存在一些不足，但其技術(shù)成熟度高、料鎂比低、熱效率高等優(yōu)勢(shì)使其在成本控制方面更具競(jìng)爭(zhēng)力。目前，行業(yè)內(nèi)采用橫罐煉鎂的產(chǎn)能占比超過(guò) 85%，并且業(yè)內(nèi)已經(jīng)明確將橫罐還原爐的工藝技術(shù)升級(jí)改造列為優(yōu)先推進(jìn)事項(xiàng)。未來(lái)的工藝技術(shù)升級(jí)改造將重點(diǎn)圍繞爐膛恒溫控制、燃燒系統(tǒng)優(yōu)化、保溫升級(jí)、物料輸送自控以及中央集控系統(tǒng)建設(shè)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)展開，通過(guò)數(shù)字化、智能化改造手段實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，進(jìn)一步構(gòu)建成本競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)橫罐還原爐技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。

在皮江法煉鎂工藝中，豎罐與橫罐還原爐各自具備獨(dú)特技術(shù)特點(diǎn)。豎罐還原爐的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)在當(dāng)前難以有效彌補(bǔ)其高能耗、高成本的缺陷，而橫罐還原爐憑借其在效率與成本方面的優(yōu)勢(shì)，在技術(shù)改造過(guò)程中展現(xiàn)出更大的提升潛力。未來(lái)，橫罐還原爐的發(fā)展應(yīng)以技術(shù)升級(jí)為核心驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和自動(dòng)化升級(jí)，突破現(xiàn)有瓶頸，引領(lǐng)鎂冶煉產(chǎn)業(yè)向高效、低碳、低成本的可持續(xù)發(fā)展方向邁進(jìn)。同時(shí)，對(duì)于豎罐還原爐的應(yīng)用也應(yīng)保持理性的態(tài)度，促使其與橫罐還原爐相互借鑒、共同進(jìn)步。

需要明確的是，豎罐還原爐并不可能完全取代橫罐還原爐。在鎂冶煉這一實(shí)體產(chǎn)業(yè)，在始終堅(jiān)守 “安全、環(huán)保、節(jié)能” 的底線原則基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)性仍被置于首位。任何為經(jīng)濟(jì)性差的工藝裝備叫好行為都是耍流氓。橫罐還原爐只要在每次檢修時(shí)都能有所提升，在每次大修過(guò)程中都能實(shí)現(xiàn)顯著進(jìn)步，其經(jīng)濟(jì)性將得到持續(xù)強(qiáng)化，任何對(duì)其的無(wú)端詆毀都將不攻自破。