淺析鑄造行業(yè)節(jié)能技術與節(jié)能措施

鑄造行業(yè)是機械工業(yè)的耗能大戶，能耗高、能源利用率低、污染嚴重、經(jīng)濟效益差等制約了鑄造行業(yè)的發(fā)展。合理利用能源，大力抓好節(jié)約能源是鑄造行業(yè)的一項重要任務。
　　節(jié)能技術與節(jié)能措施包含以下幾個方面。
　　一、舊砂回收與再利用
　　在歐美工業(yè)發(fā)達國家，一直把舊砂再利用作為一重大研究課題，取得了較好的研究成果，并已經(jīng)付諸于工業(yè)生產(chǎn)。在澆鑄有色金屬件、鑄鐵件以及鑄鋼件時。根據(jù)舊砂的燒結溫度，用機械法再生舊砂。其再生率大致分別為90%、80%及70%。舊砂回用與濕法再生結合是最經(jīng)濟最理想的選擇，兩級濕法再生去除率(Na2O)達85%～95%，單級也可達70%。90%的舊砂回收再利用，質量接近新砂。英國理查德(Richard)公司采用熱法再生，可以提高再生率lO%～20%左右。而且，熱法舊砂再生成套設備的成本回收期較短，一般運轉兩年就可收回成本�；厥盏玫降臒o法用機械法再生處理的鋯砂采用熱法處理后，再生砂的質量優(yōu)于新砂。在美國，鑄造行業(yè)用砂年消耗量在500萬噸左右，BastianKC和AllemanJE研究發(fā)現(xiàn)，鑄造用后的舊砂用于高速公路路基材料。完全可以滿足高速路建設所用材料的性能要求。其性能同樣優(yōu)于同品種的新砂。
　　二、粘結劑的循環(huán)再利用
　　環(huán)保型砂芯無機粘結劑和砂處理及再生技術得到越來越多的關注。Laempe公司的Beach-BoX無機粘結劑是含有多種礦物質的流體，芯砂用95%砂及5%粘結劑，如鑄件用干法除芯，粘結劑殘留在砂中，為激活粘結劑，只要加人2.5%的水可重復使用多次而不用再加新的粘結劑，這就意味著在生產(chǎn)中每批最大粘結劑加人量僅為1.6%通過除水而導致粘結劑組分的化學反應而硬化，可使用時間無限制，但相對濕度不應超過70%，混制好的砂密封好可長期儲存。FoundryAutomation和MEG的粘結劑為粉狀，用于鋁合金制芯、儲存和澆注過程中均不發(fā)氣，且均無樹脂類粘結劑可能引起的環(huán)境問題。濕法清砂的水可回用85%，回收的材料可100%再使用。
　　三、鑄模和模料的再生
　　自20世紀90年代以來，美、歐各國將精鑄生產(chǎn)廠家廢棄的模料或回收模料，經(jīng)特殊的凈化處理，再按用戶不同需求調整成分，形成“回收-再生模料”，這種技術的關鍵在于采用先進的多級過濾或者離心分離法，加速操作過程并獲得更純凈的模料。MittererC在對鋁鑄造模的研究中發(fā)現(xiàn)。在鋼制鑄模表面涂一層硬質薄膜，可以有效地抑制腐蝕，利用氮和碳化物的保護作用提高對熱裂、腐蝕等破壞行為的抵抗力，以薄膜取代厚的氧基涂層材料，從而有效延長鑄模使用周期。其核心技術是PACVD技術，即等離子化學蒸汽沉積。
　　四、以熔煉為中心的節(jié)能技術
　　鑄件熔煉部分的能耗約占鑄件生產(chǎn)總能耗的50%，由于熔煉原因而造成的鑄件廢品約占總廢品的50%。因此，采用先進適用的熔煉設備和熔煉工藝是節(jié)能的主要措施。以鑄鐵熔煉的節(jié)能技術為例說明之。
　　(1)推廣采用熱風、水冷、連續(xù)作業(yè)，長爐齡沖天爐向大型化、長時間連續(xù)作業(yè)方向發(fā)展是必然趨勢。國外的鑄造企業(yè)把其作為一項重要節(jié)能措施加以應用。近些年來，國內也在這些方面作了大量的工作，已有部分企業(yè)采用，取得了明顯的節(jié)能效果。例如，采用大排距雙層送風沖天爐技術，可節(jié)約焦炭20%~30%，降低廢品率5%，Si、Mn燒損分別降低5%、10%;水冷無爐襯和薄爐襯沖天爐，連續(xù)作業(yè)時間長，可節(jié)能30%以上;熱風沖天爐既節(jié)能又環(huán)保。
　　(2)推廣沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉工藝。沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉是利用沖天爐預熱、熔化效率高和感應電爐過熱效率高的優(yōu)點，來提高鐵液的質量，達到降低能耗的目的。近些年來，隨著焦炭、生鐵等原材料價格的大幅上揚和鑄件品質要求越來越高，單獨使用電爐熔煉日益增多，利用夜間低谷電生產(chǎn)，也取得了較好的經(jīng)濟效益和節(jié)能效果。
　　(3)推廣應用鑄造焦沖天爐熔煉。采用鑄造焦燃料是提高鐵液溫度和質量的有效途徑。國外大多數(shù)沖天爐熔煉采用鑄造焦。由于鑄造焦價格高或是由于習慣等原因至今國內大多數(shù)企業(yè)仍使用冶金焦.甚至有的企業(yè)使用土焦，這不僅影響鑄件質量，而且焦耗量大。如應用鑄造焦，廢品率可下降2%。因此，發(fā)展鑄造焦生產(chǎn)，推廣應用鑄造焦是提高鑄件質量，降低能源消耗的措施之一。
　　(4)除濕送風沖天爐使用冶金焦時，鐵液溫度很難穩(wěn)定達到1500℃。如采用3%的富氧送風就能保證，并且每噸鐵液可凈降低能耗l0kg左右標煤。沖天爐除濕送風通常在南方潮濕地區(qū)使用，它可以提高鐵液溫度，減少硅、錳等元素的燒損。提高鐵液質量和熔化率，降低焦耗13%~17%。 　　        (5)沖天爐采用計算機控制技術。沖天爐采用計算機控制包含計算機配料、爐料自動稱量定量和熔化過程的自動化控制。使沖天爐處在優(yōu)化狀態(tài)下工作，可獲得高質量的鐵液和合適的鐵液溫度。與手工控制相比，可節(jié)約焦炭l0%～l5%。
　　(6)推廣使用沖天爐專用高壓離心節(jié)能風機。目前國內仍有不少沖天爐使用羅茨或葉氏容積式風機，能耗大噪音高。采用沖天爐專用高壓離心節(jié)能風機，可節(jié)電50%～60%，熔化率提高33%左右。
　　五、以加熱系統(tǒng)為中心的節(jié)能技術
　　鑄造生產(chǎn)中工業(yè)爐窯能耗僅次于熔化設備，約占總能耗的20%。對各種加熱爐、烘干爐、退火爐，應從爐型結構到燃燒技術等進行技術改造。采用耐火保溫材料改造現(xiàn)有爐窯，節(jié)能效果顯著。對燃煤工業(yè)爐的加煤采用機械加煤比手工加煤節(jié)能20%左右。將燃煤的砂型、砂芯烘干爐改為明火反燒法，可節(jié)煤15%～30%。對型芯烘干爐采用遠紅外干燥技術可節(jié)電30%-40%。對大型鑄件采用振動時效消除應力處理比采用熱時效處理可節(jié)能80%以上�？慑戣T鐵鋅氣氛快速退火工藝可節(jié)電或降低煤耗50%以上。
　　六、以采用先進適用造型制芯技術與裝備為中心的節(jié)能技術
　　目前，國內幾種造型工藝的能耗分別為濕型l，自硬砂1.2～1.4，粘土干砂3.5。粘土干砂型能耗最高，應予以淘汰。濕型能耗最低，且適應性強，這是濕型仍大量采用的原因之一。應根據(jù)鑄件品質要求、鑄件特點來選用先進的高壓、靜壓、射壓、氣沖造型工藝和設備，以及應用自硬砂技術、消失模鑄造技術和特種鑄造技術。用樹脂自硬砂、水玻璃有機酯自硬砂和VRH法造型制芯工藝代替粘土干型�？商岣哞T件尺寸精度和降低表面粗糙度，提高鑄件質量，降低能耗。特種鑄造工藝與普通粘土砂相比，鑄件尺寸精度為2～4級，表面粗糙度細l～3級，質量減輕l0%～30%，加工余量減少5%以上，鑄件廢品率也大大降低，綜合節(jié)能效果顯著。鑄件合格率每提高l%，每噸鐵水可多生產(chǎn)8～l0鑄件，相當于節(jié)煤5～7kg。鑄件廢品率每降低l%能耗就降低1.25%。鑄件質量每降低l%，能耗就降低1.01%。由此可見，采用先進工藝技術與裝備。提高鑄件質量。降低鑄造廢品率是提高能源利用率，降低能耗的一條重要途徑。
　　七、推廣低應力鑄鐵、鑄態(tài)球鐵等技術
　　我國用于灰鑄鐵件熱時效的能耗每噸鑄件為40～100kg標煤，用于球墨鑄鐵件退火、正火的能耗每噸鑄件為100～180kg標煤。除少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)汽車發(fā)動機、內燃機鑄件不用熱時效工藝外，大多生產(chǎn)這類鑄件的企業(yè)仍采用熱時效工藝消除應力，這是我國鑄造行業(yè)能耗居高不下的原因之一。推廣使用薄壁高強度灰鑄鐵件生產(chǎn)技術和高硅碳鑄鐵件生產(chǎn)技術，生產(chǎn)汽車發(fā)動機、內燃機的缸體、缸蓋和機床床身等鑄件，可獲得不用熱時效工藝的低應力鑄鐵件，達到節(jié)能目的。我國球墨鑄鐵件中高韌性鐵素體球鐵和高強度珠光體球鐵占有很大的比重，通常是采用退火、正火處理。采用鑄態(tài)球墨鑄鐵生產(chǎn)技術省去了退火、正火處理工序，節(jié)約能源，避免了因高溫處理而帶來的鑄件變形、氧化等缺陷。采用球鐵無冒El鑄造工藝，可提高工藝出品率10%～30%，降低能耗也很顯著。例如，2003年中國鑄件總產(chǎn)量為1987萬噸，其中灰鑄鐵件為1049萬噸，球墨鑄鐵件為470萬噸，因此，推廣應用低應力鑄鐵件、鑄態(tài)球墨鑄鐵件和球鐵無冒El鑄造技術，對于全行業(yè)的節(jié)能降耗具有重要的意義。鑄鋼件采用保溫冒El、保溫補貼，可使工藝出品率由60%提高到80%。
　　八、推廣沖天爐廢氣利用和余熱回收技術
　　目前我國90%的鑄鐵是用沖天爐熔煉生產(chǎn)的，這種狀況仍將保持相當長的時間。鑄造行業(yè)的余熱利用主要集中在沖天爐上。沖天爐熔煉時排出大量的煙氣，煙氣中含有可燃性碳粒和可燃性氣體，既造成環(huán)境污染，又浪費大量的熱能。沖天爐熔煉時除38%～43%的有效熱量用于熔煉外，煙氣帶走的熱量為7%～16%，不完全燃燒熱量(可燃性氣體)為2O%～25%，固體不完全燃燒熱量為3%～5%。這些熱量占30%～45%。由此可見，沖天爐熔煉的余熱利用潛力很大。目前我國沖天爐的余熱利用絕大多數(shù)是利用密筋爐膽預熱鼓風，熱風溫度為200℃左右，余熱利用率低。近些年來，有部分企業(yè)使用長爐齡連續(xù)作業(yè)熱風沖天爐，充分利用了廢氣的余熱和可燃燒碳粒及可燃燒性氣體再燃燒的熱量，使熱風溫度達600～800℃，沖天爐鐵水溫度達1500--1550℃，熔化效率提高45%。既達到節(jié)能、提高鐵水質量的目的，又實現(xiàn)了環(huán)保的要求。九、開發(fā)先進技術
　　日本鑄造業(yè)通過對鑄造設備、鑄造材料、鑄造工藝的改進，使鑄造企業(yè)節(jié)能降耗，并對環(huán)境污染降到最低。例如：改造后的沖天爐使用變頻控制，增加除塵裝置，使耗費的電力減少一半，6O%的排放熱量循環(huán)利用，廢氣排放可達到任何國家的排放標準。重新改造后的節(jié)能造型機，由于采用了高頻振動，所需的能量僅為油壓式造型機的1O%。消失模鑄造在生產(chǎn)凈尺寸鑄件上有優(yōu)勢.造成的污染極少，有利于環(huán)境保護，被稱為綠色鑄造工藝。
　　利用太陽能處理鋁精煉時的浮渣及鑄造用砂，可以較大程度地節(jié)約能源消耗。而這種處理所利用的主要設備是一臺旋轉的直接加熱的干燥爐。在德國科隆DLR，利用太陽能加熱處理固體廢物的生產(chǎn)過程已經(jīng)在商業(yè)范圍內發(fā)展，并且應用到了鋁廢料的重熔。避免了傳統(tǒng)的處理方式，需要消耗大量的能量導致成本較高，使很多企業(yè)將這些廢料堆積起來。
　　總之上述一系列新的研究成果的應用。將使我國鑄造業(yè)的生產(chǎn)步入循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展軌道。