我国精铸行业环保治理与节能降耗的发展动态

我国精铸行业环保治理与节能降耗的发展动态中国铸协精铸分会周泽衡〈一〉实现精密铸造与生态环境的和谐精密铸造是一项少无切削加工的先进工艺，从航空航天工业到民用制造业和艺术铸造产品中无不有着它的精彩身影，从古至今它已是制造业中不可缺少的基础工艺手段，但是它的工艺过程中也会和其它工艺一样，产生一些与人类和环境不相和谐的产物，以当今的科学技术水平而论，这些产物都是完全可以得到治理的，其关键是我们必须充分认识这些有害产物产生的源地和其危害性。由于人类的生存条件对环境保护和低炭经济的要求愈来愈迫切和严格，因此国家重视并严格管理企业的环保节能工作，近年来企业领导的社会责任感在增强，精铸企业已开始重视环保并采取了极积有效的治理措施，出现了一些生产文明与环境和谐的精铸工厂。一、精密铸造生产过程排放物的分析精密铸造生产过程中工序过程多，使用的辅助材料也多，它包含着许多物理和化学反应的过程，因而必然会产生许多排放物，以下是按精铸工序的一个初略分析：从上表可知，精铸生产过程中，有11个工序会产生不同程度的有害排放物，其排放物的种类主要有8种，其中影响最大的应该是4种。1、废水。对铸件碱爆清砂和对不锈钢铸件酸洗钝化时将产生的大量废水。废水中含有一定浓度的碱（氢氧化钠）或酸（氢氟酸、硝酸、盐酸）及铬、镍等重金属离子，特别是有害的六价铬离子，如果直接排放将会造成对生态环境的严重破坏。碱爆和酸洗中还会产生碱雾和酸雾危害工作环境。2、废型壳。产生量大，生产一吨精铸件大约会产生1.5吨左右的废型壳，型壳主要材料为煅烧高岭土或石英材料，虽未发现毒害用，但排放量大时也会破坏绿化植背，同时大量丢弃也是资源的严重浪费。3、粉尘。在粘浆淋砂的制壳工序及铸件震壳抛丸的清砂工序产生大量的粉尘，严重破坏员工的操作环境，引起呼吸系统疾病。同时铸件切割、打磨工序的粉尘中含有大量金属粉末，如果集中收集，具有回收价值。4、烟气。型壳进行高温焙烧时产生大量烟气，主要为二氧化碳，如烧煤时还会产生二氧化硫等气体，若是水玻璃粘结剂的型壳焙烧时还会产生硬化剂中氯盐的挥发气体，对大气造成污染。除以上四种排放物外，其他如蜡模清洗的化学废液、废蜡、废钢渣等，虽然都是有害的，但因产生量不大，祗要设有专门的集中收集装置，进行集中处理加强管理，将可消除危害。而废钢渣中因混有废金属，社会上有专门的回收单位收集处理。二、精铸生产排放物的治理方法和设备发达国家已经走过了发展制造业的初级阶段，他们十分重视环境保护，并有成熟经验，近几年来我国精铸企业已开始重视生产中环境的保护，摸索和创造了一些成功的治理经验，并开发了许多成熟适用的环保治理设备，在本会多次会议上得到了广泛的交流和推广。主要有以下几个方面。1、水处理及酸雾处理设备。清除酸洗钝化或电镀废水中的六价铬离子及其他重金属离子的工艺是成熟的，2005年第九届精铸年会上就介绍了宁波安德鲁公司兴建的水处理设备，以后相继有佛山强润公司，石家庄艾力格公司、蓬来金创阀业公司等一批企业建立了废水处理系统。为了在精铸行业大力推广废水处理设备，并降低设备制造成本，在本会的组织下山东东营东胜精铸设备公司开发了适应于精铸行业的小型水处理设备和酸雾处理设备，设备占地面积仅30平方米,处理后水质完全达标,可以全部回用,处理费用仅相当于购水的的费用。这些努力对精铸行业的环保治理起了示范和推动作用。2、型壳回收再生设备。浇注后的废型壳通过破碎、筛分、除尘、多次磁选后的再生砂粉，经过泰州金鼎公司、石家庄艾力格公司的生产验证，认为完全可以作为精铸的背层制壳材料。并开发出相应的砂回收成套设备，因而我们建议月产精铸件100吨以上工厂的应自备回收设备，规模小的精铸厂可按地区集中建立废型壳回收工厂。3、水幕除尘设备。根据生产工厂反应，布袋式除尘效果虽好，但对粉尘量大的作业区布袋易堵塞失效，维护工作大。艾力格公司在制壳线上采用水幕除尘，东营嘉扬公司与东胜精铸设备公司也开发了水浴除尘设备克服了布袋式除尘的弱点，有很好的除尘效果。因此一般精铸企业应在⑴制壳配浆与挂砂、⑵震壳与初抛、⑶切割和打磨、⑷精抛等四个作业区域设立独立的水幕除尘装置。4、高温烟气处理设备。型壳焙烧炉排出的氯盐挥发气体、二氧化硫气体等，以及熔化和浇注工部产生的高温烟尘，如任其自由排放，将污染大气、腐蚀和污染厂房、危害员工健康。为适应精铸生产需求，已开发出高温烟气处理设备，根据气体成份采用水液中和喷淋和水雾过滤的方法，达到烟气净化的目的。5、推广电加热焙烧炉。在电力负荷允许的条件下，可以将燃油或煤气焙烧炉改为电加热焙烧炉，由于加热方式由燃料燃烧加热改为电加热，因而没有二氧化碳烟气的排放。目前不少硅溶胶工艺精铸企业已采用，一些大型的水玻璃型壳精铸企业，也在选用这种加热方式,以沏底解决二氧化炭的排放问题。〈二〉精铸企业当前节能降耗的主要方向应用精密铸造工艺，可以生产各种高合金材料的、形状复杂难于加工的、尺寸精度高的特殊零件，它可以使几个零件铸造成一个复杂的整体零件，代替了许多其他的加工工艺，因而从广义上说，它是一种节能降耗的新工艺；然而由于高熔点的合金材料以及由于精铸件结构上多为薄壁件、要求合金熔化设备容量小，因而耗电高，特别是它的铸型制作周期长并需经过高温焙烧，所以它在所有的铸造工艺中，单位重量铸件的能耗又是最高的。正是由于这一原因其节能潜力也是最大的。国家从低炭经济出发，在“十一五“规划中提出了单位国内生产总值能耗降低20%的指标，特别是近年来燃料和原辅材料价格不断攀升，劳动力费用增加，精铸企业成本压力加大，企业更重视节能降耗工作。分析精铸生产过程的能耗状况，查找能耗高的工序依次是:1、熔化，2、焙烧，3、制壳。通过几年的摸索，许多精铸企业主要从以下几个方向开展节能降耗工作。一、降低精铸制壳过程能耗。采用硅溶胶粘结剂制壳时，每制一层壳均需在恒温除湿的干燥间干燥8至12小时，每个型壳需经5至6层制壳,在干噪间时间长达三天以上，需耗用大量的恒温除湿的电能。因而如何缩短制壳生产周期则是节能的重要途径。以下一些方法正在精铸行业中探索:1、采用快乾硅溶胶发达国家已在精铸制壳机械手生产线上采用快干硅溶胶制壳，干燥时间缩短至1至2小时。但由于价格昂贵在国内未能广泛采用，目前国内企业已研发出这类快乾胶，并在安徽应流集团批量使用，原来需要三天多的制壳周期，现在降为一天时间，如能实现批量生产，价格将可降至精铸企业能接受的程度，将节省大量的制壳能耗。2、采用复合型壳工艺硅溶胶粘结剂制壳是脱水胶凝固化工艺，型壳致密，故铸件质量好，但生产周期长，而水玻璃粘结剂制壳是化学固化工艺，型壳质量稍差，但生产周期短，能耗低。因而国内许多精铸企业对一些大精铸件如阀门和泵类零件，需要制6至8层以上的的型壳时，就采用复合型壳工艺，即面层和过渡层采用硅溶胶粘结剂，而背层采用水玻璃粘结剂，原工艺需要4至5天制壳，现两天可完成制壳，铸件质量满足要求，且节省大量能源。二、降低型壳焙烧能耗。型壳焙烧是精铸生产耗能最大的工序，采用燃油或煤气焙烧时按标煤计算，其能耗超过了熔化工序，应是重点的节能点。其主要措施为:1、改造炉型。为了充分利用燃烧热量，降低尾气的排放温度，从炉形上进行改造。许多工厂首先是将原来的单室的箱式焙烧炉改为双室的焙烧炉，进而又如江苏金鼎公司等产量较大的精铸企业，采用环形回转炉，东风精铸公司采用贯通式焙烧炉，使燃烧的余热预热型壳,降低了尾气排放温度,因而降低了燃料的消耗。2、选用蓄热式节能喷嘴。山东东营东胜公司为石家庄盛华集团的煤气环形焙烧炉装上了蓄热式节能喷嘴,尾气温度降到150℃,连续生产时可节能50%。浙江永嘉盛山铸业公司在使用石油液化气作燃料的1.9㎡的箱式焙烧炉上安装了节能喷嘴，烟气温度降至100℃以下，每炉耗气由20㎏降到12.5㎏，节约液化气60％。节能喷嘴可在煤气、天燃气、燃油等焙烧炉上使用,其原理见下图:3、改变加热能源。在企业电力负荷允许的条件下，将燃油或煤气焙烧炉改为电阻加热炉，由于没有燃烧气体的排放，充分利用了能量，达到节能效果。而且利用电能是最清洁环保的。高密永和公司学习国外经验，最早使用硅炭棒安装在箱式炉顶部的方式焙烧型壳，使用多年来，能耗下降，产品质量提高。近年来有条件的企业都采用了这种方式取代原来的煤气焙烧炉。此外也有采用电阻丝为加热元件的箱式焙烧炉，如宁波安德鲁公司已使用了较长时间。与硅炭棒加热元件相比主要是当加热元件损坏时即电阻丝烧断后要停炉冷却后进炉维修，而前者可在炉外更换，无须停炉，但两种加热元件消耗成本相差较大，后者具有优势。由于各地电价和其他燃料价格不尽相同，改为电加热后成本降低的数据也会不同，据某公司估计每100公斤钢水的型壳焙烧费用是：电阻炉35元（电价每度0.64元）煤气炉60元（煤价每吨850元）油炉110元（柴油每吨5500～6000元）因而电焙烧炉对降低成本是十分显著的。4、提高炉子的保温效果。采用最好的保温材料，如全硅酸铝棉，使炉壳温度降到40℃以下，并使炉门的密封最佳，既可节能又大大改善了车间的劳动环境，这就是要求设备制造企业从节能和环保要求出发，精益求精的设计制造。三、降低金属熔化能耗。由于精铸件结构复杂壁薄且重量偏小，要求钢水浇注温度高，熔炉的容量也普遍偏小，因而比一般铸造的吨钢水电耗要高很多，也正是这一现状，值得我们在熔化工序的节能上大下功夫。1、选择节能技术先进的中频电炉。根据一些工厂在电炉上安装电表实测来看，不同产地品牌的中频炉吨钢水耗电量相差明显，据实测，按100公斤容量炉实测吨钢水耗电量，最高的1220度，而最低的为940度，大部份厂都在1000度左右，相差30％，除不同的操作原因外，设备的先进性影响很大。据业内专家介绍先进的电路设计可省电5％至10％，由于熔化用电基数大，更换节能电炉受到企业重视。2、选择感应电炉的最佳容量。精铸企业普遍采用容量100㎏的电炉，这主要针对每组模壳钢水重量小的小件生产，以免浇注时间过长而使钢水二次氧化，但是炉子容量愈小，耗电愈大。因此许多工厂采取扩大模组的零件数量以增加每组模壳的钢水重量，从而扩大感应炉容量为150至200㎏，除提高生产效率外还同时达到节电的作用。但也不宜使电炉容量过大，否则浇注时间长，钢水易二次氧化，且钢液存留在熔炉内需消耗大量的保温用电，达不到节能的目的。3、加快熔化速度缩短每炉熔化时间。熔化相同重量的金属液时，若熔化时间短，则由感应圈冷却水带走坩埚的热量就少，同时炉口金属液和渣面带走的辐射热也减少，因而可节省电能。建议电炉加大功率，每炉熔化时间由目前的30分钟加快到20分钟为好。4、在感应电炉上安装卡式电表。实行按炉考核电耗，促使操作者精心控制，使各项操作衔接紧凑,减少保温等待时间,实现最佳的节电操作。目前东风精铸公司已经按炉全面推行这一考核，并起到很好的效果。四、提高铸件工艺出品率和降低铸件废品率。在保证铸件的质量的前提下，为珍惜每一滴金属和材料，通过人为的努力，工艺出品率是可以大幅提高的。同样铸件的合格率在生产过程稳定下也是可以提高的。这两个指标直接关系着能耗的高低，是节能的重要途径。1、重视浇注系统设计。从保证铸件质量出发，对铸件的浇注系统实行个性化设计，选择多种形式的浇口，去除浇冒口系统中不必要的多余金属，以提高工艺出品率。东风精铸公司把它作为经常考核的项目，目前该公司工艺出品率已平均达到69%。2、加大模组高度，增加每串模组钢水的重量。近年来许多工厂都作了这方面的改进，一方面有利于提高工艺出品率，另一方面提高焙烧炉的容积率和感应炉的容量，有利于节能。有的工厂每炉150公斤钢水仅浇注10个模组。3、严格过程控制，降低铸件废品率。五、利用铸造过程的余热。铸造生产过程中会产生很多被“废弃”的热量，是一种多余的能量，如能被利用和转换，将是节能的一大亮点。国内有些精铸企业在进行探索，现将一些萌芽的动向介绍如下:1、利用浇注后铸件冷却的热量。宁波万冠公司首创将浇注后的热铸件推到双层的隧道式热交换炉的下层,而该炉的上层放入将被预热烘烤的型壳,东风精铸公司在新建生产线上也采用这一方案，根据他们的实践,在连续生产中采用这种热交换炉,利用铸件冷却的