铸造能耗的影响因素及控制

铸造能耗的影响因素及控制

1铸造行业能耗及排放标准中国是一个伟大的国家，而不是一个强大的国家。许多我们在很多场合解释。这种说法来源于我国的铸造产量和企业数及各种指标,虽然我国极少数铸造企业水平已达到或超过世界先进水平,但整体水平仍然很低。表1是2006年统计的全球主要铸件生产国的铸件生产企业数(部分数据为2005年以前数据)。在我国铸造行业耗能占机械工业总耗能的25%~30%。我国每吨铸件的能耗指标远远高于发达国家。表2为几个主要铸件生产国的每吨铸件能耗。我国每吨铸件能耗也在逐渐下降,已经由800多kg标煤下降到400kg左右,表3是笔者近年经历的几个铸造项目的能耗指标。我国1t铸件的三废排放量是发达国家的10倍左右。即每生产1t合格铸件,大约要排放粉尘50kg,废气1000m3~2000m3,废砂1t~1.3t,废渣300kg,按此计算,整个铸造行业2006年排放污染物总量为:粉尘150万t,废气300亿m3~600亿m3,废砂3000万t,废渣900万t。表4是我国和德国铸造车间排放标准比较。发达国家铸造厂用于环保的投资占整个投资的20%~30%,而我国只有5%~8%。2用于纺织和设备的节能和减税措施2.1能耗低、污染少的工艺铸造的工艺种类很多,每种工艺形式都有其特点,其能耗指标和对环境的污染程度都不一样,在选择工艺形式时,最好选择能耗低,污染少的工艺,如:消失模铸造、V法铸造、压铸等。2.2降低能耗将铸件加工余量减少,改变不合理的操作工艺,多种铸件拼箱、热芯盒固化温度降低、寻找新的粘结剂等,也是降低能耗的一个有效措施。为了减少砂子用量,砂芯都采用抽芯工艺,抽心工艺比不抽心工艺可以减少10%~15%左右的砂量。2.3用于纺织设备的措施2.3.1影响冷却工艺的因素把生铁等炉料熔炼为合格的铁液,要消耗大量的能量,从某种意义上说,铸造如何节能,最根本的就是如何将每吨铁液的能耗降低。不同的熔炼设备,其能量利用率是不同的,一般来讲,中频感应电炉热效率可达73%~75%,而冲天炉的热效率一般在40%~55%,因此,人们往往认为中频感应电炉比较节能,这种观点是很不全面的,因为如果考虑了煤或水能转化为电能的效率,两者应该基本一样,关键是两者的运行成本、对环境的污染程度。因此,新建铸造项目都要对熔炼成本进行比较,以确定采用哪种熔炼工艺,影响熔炼成本的因素有:设备折旧、占地面积分摊、原材料费用、运行费用、环保治理费用、人工费等。目前,在现有的设备、原材料价格基础上,分析结果是中频电炉熔炼比冲天炉熔炼成本略低一点且环境污染少。此外,炉料准备对节能降耗也有很大关系,如果炉料内有4%的杂质,将会有4%的能量熔化这些杂质,为此,新建铸造项目通常对生铁、废钢、浇冒口等都要进行抛丸处理。另外,太大或太小的炉料都会影响熔炼的效率和质量,为此,通常要对炉料的块度进行处理。为了将碎焦碳重新利用,一般要用压块机进行压块。为了减少新生铁块的加入,也要将废铁屑压制成块。但就目前的情况来看,国内还没有专门生产用于炉料准备的这些设备。为了节能降耗,在操作工艺上,许多企业也制定了详细的规程,炉后配料的自动化也节省了能源,比如原来配料要天车一次一次的跑,现在定点取料,一次配料成功。浇注后剩余低温铁液的利用,也是节能的一个很好措施。熔化工部的余热利用也是节能的一种很好形式。目前,已有一些厂将冲天炉的余热用于车间采暖、烘烤砂芯,据介绍仅此一项,就能使车间采暖耗能降低60%以上,也有一些厂用电炉的冷却水热量,经交换用于职工洗澡。2.3.2和型废率高的企业造型设备目前,我国大多数铸造企业的造型设备比较陈旧,因此,造型质量和型废率较高,只有少数企业造型设备选用KW公司、HWS公司、DISA公司、力劲公司、GK公司、意大利IMF公司等国际一流的设备。在铸造方面,造型的能耗不算太高,但以下方面与能耗关系密切。1造型线的选用设备可靠性的好坏,将直接影响造型线的开动率,为了提高设备可靠性,减少由于不正常停机造成的损失,建议有条件的企业暂时还要选用进口造型线,如果是国产造型线,建议元器件选用进口产品,选用性能好、寿命长的密封件。对于可靠性高的一条造型线,可节省操作工人2-3名。同样,造型线的维修费用也低,而造型线的开动率却高。2钻孔位置和工艺设计造型线是一个系统工程,其检验系统好坏的标准就是生产出的铸件精度。目前,国产造型线的合箱精度一般在0.3mm-0.5mm之间,进口的造型线合箱精度一般在0.08mm-0.23mm之间,钻气眼机钻孔位置精度国产机一般在2mm之内,进口机可达1mm之内。高的设备精度,其造型线的废型率就低,型腔质量也好。一个好的造型设备,不仅生产率高,而且其型废率可降低到1%以内,同时,由于造型精度高,铸件的余量就可以少,从而同样的铁液可以生产出更多的铸件,在型板布置时,就可以更加紧凑;由于铸件精度高,加工余量少,后期加工费用也大大降低。在我国同样生产一个品种的铸件,有的废品率高达20%左右,有的在2%以内,其中的节能效果显而易见。3可维修要尽量缩短造型线的维修时间,因此,要注意造型线的可维修性。2.3.3冷芯盒制芯主要的制芯工艺有壳芯工艺、热芯盒工艺和冷芯盒工艺,其各具特色。壳芯工艺制作的型芯耗砂量少重量轻、排气性好、吸湿性低便于存放;覆膜砂流动性好利于成型,但覆膜砂的成本较高,能耗大。热芯盒工艺制作的型芯耗砂量多、重量大、排气性低于壳芯,但吸湿性低便于存放,热芯盒砂的成本较低,但能耗大。冷芯盒工艺制作的型芯耗砂量多、重量大、排气性低于壳芯、吸湿性高不利于存放,但能耗低、生产率高,适合于型芯量大且品种少的场合。为适应造型线高效生产的要求,目前,多数采用冷芯盒制芯。为了减少排放和能耗,砂再生系统正在研究和应用。通常来讲,采用品牌制芯机要比一般制芯机成品率提高2%~3%左右。对于发动机缸体等铸件,为了提高制芯精度和成品率,我国多数铸造企业采用制芯中心,设备选用进口西班牙LORAMENDI公司、德国HOTTINGER公司、意大利FA公司及苏州明志等产品。2.3.4在线检测装置砂处理设备的关键是如何稳定、均匀的向造型线供应合格的型砂,目前,多数厂家选用的是比较落后的混砂机,有的甚至没有混砂机,手工混制,只有少数生产高档铸件的企业,混砂机和砂冷却器及在线检测装置等选用EIRICH公司、KW公司、DISA公司、美国SIMPSON公司产品,由于在线检测装置的应用,大大减少了型砂的批量不合格,同时,在线检测装置也逐渐由事后检测改为过程控制。为了提高型砂质量,一般旧砂斗都采用3~4个的形式,旧砂往每个旧砂斗中加入是阶段性的,从旧砂斗中的出砂是均匀给出的,这样,保证了送往混砂机的砂是不同阶段的旧砂,从而稳定混砂质量。对于相当一部分铸件,除尘器收集的废灰,加入混砂机后不仅能提高铸件表面质量,而且还能降低煤粉、粘土的加入量,因此,为了减少灰分排量,提高铸件质量,目前新铸造厂都在砂处理车间设置一个废灰发送间,将除尘器的废灰直接发送到混砂机上方的灰斗内。为了减少排放,往往也将冷却器的一级旋风除尘器收集物直接加到回砂皮带上。2.3.5铸造工艺的设计铸件能耗大的另一原因是热处理的能量。从某种意义上说,铁液从形成铸件后直至冷却到常温的能量释放全是无用功,如何利用这部分能量,是铸造节能、降耗、减排的又一关键。一般来说,在编制铸造工艺时,要尽量减少铸件的热处理,如果必须热处理的,要利用余热退火或震动时效,对于退火炉的热量,又可以利用起来进行烘砂芯、烘消失模的模片等。据统计,利用余热退火,每吨铸件可节约100kW·h左右的电量。为了改善清理的劳动环境,对于中小铸件,多数厂家已由原来的手工砂轮机打磨改为液压机压去飞边、毛刺。多数清理选用DISA公司、ISPC国际表面处理有限公司等产品。3废砂的利用过程污染物来源:主要粉尘产生点为落砂机、皮带机、斗提机的转缷点及冷却床;固体废弃物为铸造车间产生的废砂、废渣;废水主要为铸件表面处理产生的废水(液)和生活污水及三乙胺废水处理;铸造废气污染物主要是粉尘及制芯车间的树脂燃烧气味;主要高噪声设备及噪声水平见表5。对于以上废灰、废渣、废水、废气及噪声的处理设备,我国基本没有专门的设备制造商,铸造环保设备多数由铸造设备主机厂提供,因此,铸造环保设备的研发能力和投入相对较少。铸造工艺的特点决定了铸造是产尘大户,因此,如何将铸造的粉尘收集、利用,是铸造环保的关键。从总体上来说,我国的通风、除尘设备技术并不落后,落后的是管理和设备质量,无一例外的是:新建铸造企业除尘效果都不错,但时间一久,效果就不明显了。其主要原因是布袋清灰和更换不及时,防结露措施不力等。还有一个很重要的原因是价格竞争引起的,有部分设备供应商为了降低成本,将除尘面积减少,风速由0.8m/s提高到2m/s以上,造成设备耐用性降低。现在有部分企业干脆将除尘这一部分设备和管理委托给专业的厂家,效果明显。铸造废砂量占整个废弃物比例最大,众所周知,生产1t铸件一般要产生1t-1.5t的废砂,我国目前每年有3000万t废砂排放,随着企业用电、水和油成本的上升,废砂的运输和处置成本逐年上升,每年的废砂处置费用成为企业一个不小的负担,且带来了严重的环境污染,因此,废砂如何再生利用,变的非常关键和重要。目前,通过热法和机械再生的砂回收率可达到68%~90%,同时,再生砂的性能高于新砂,各种粘结剂的加入量也少,每吨废砂处理费用低于新砂费用20%~30%。对于其它废弃物,也有用于生产步道砖、窨井盖、水泥等。但对于浇注的烟气、冷却通廊的烟气、制芯车间的气味等,还没有很好的处理办法。目前,只有少数1-2家进行了处理,其效果有待进一步验证。对于通风除尘系统的风机要选用高效低噪风机,采用减振基础和柔性接口,并尽量将风机设置单独的风机间或采用隔音房。对产尘产噪的工艺设备设置密闭排风罩隔声抽尘,并尽量将其布置在车间中部,噪声级较高的工部总图布置时尽量远离厂界,减少其对厂界的影响。合理绿化能起到隔声降噪和防尘作用,可在铸造车间与厂界空闲地带种植常年绿叶和密叶树种,形成减噪防尘林带。4清洁生产和清洁生产我国到2015年要实现所有的先进成形与改性企业的排放符合国家相关标准,到2020年基本上杜绝热加工污染源,实现清洁生产。近来已有部分新建铸造项目的环保评估报告要求零排放,因此,铸造工业的发展方向将为:4.1环保节能环保雕塑技术得到广泛应用无粘结剂或环保型粘结剂的铸造工艺逐渐被应用,铸造企业将实行准入制度,没有一定规模,不具备环保条件,将不能进行生产。4.2其他铸造工艺设备比如:砂再生设备,三乙胺尾气处理设备、各种铸造工艺的除尘设备、浇注烟气处理及余热利用设备、冷却通廊烟气处理及余热利用设备、制芯车间的气味处理设备等等。4.3设置研发中心或越目前,新建的铸造厂不仅要求能够生产出合格的铸件,而且都有一定的新产品开发能力,多数设置了研发中心、试制车间、理化室等,不仅如此,为减少成本和节约资源,还设置了粗加工或精加工车间,以减少废品铸件的往返运输。厂区物流和工序物流变得越来越重要了。4.4铸造过程采用污染物排放标准《铸造防尘技术规范》(GB8959-2007)已经发行,有关铸造方面的治理和排放标准将逐渐提高,比如《大气污染物综合排放标准》;《工业炉窑大气污染物排放标准》;《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》等等。4.5关部门