?? 鑄造行業(yè)是機(jī)械工業(yè)的耗能大戶(hù),能耗高、能源利用率低、污染嚴(yán)重、經(jīng)濟(jì)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(xiàng)重要任務(wù)。
??? 節(jié)能技術(shù)與節(jié)能措施包含以下幾個(gè)方面。
一、舊砂回收與再利用
??? 在歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(shí)。根據(jù)舊砂的燒結(jié)溫度,用機(jī)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(jié)合是最經(jīng)濟(jì)最理想的選擇,兩級(jí)濕法再生去除率(Na2O)達(dá)85%~95%,單級(jí)也可達(dá)70%~90%的舊砂回收再利用,質(zhì)量接近新砂。英國(guó)理查德(Richard)公司采用熱法再生,可以提高再生率10%~20%左右。而且,熱法舊砂再生成套設(shè)備的成本回收期較短,一般運(yùn)轉(zhuǎn)兩年就可收回成本。回收得到的無(wú)法用機(jī)械法再生處理的鋯砂采用熱法處理后,再生砂的質(zhì)量?jī)?yōu)于新砂。在美國(guó),鑄造行業(yè)用砂年消耗量在500萬(wàn)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(shè)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(jié)劑的循環(huán)再利用
??? 環(huán)保型砂芯無(wú)機(jī)粘結(jié)劑和砂處理及再生技術(shù)得到越來(lái)越多的關(guān)注。Laempe公司的Beach-BoX無(wú)機(jī)粘結(jié)劑是含有多種礦物質(zhì)的流體,芯砂用95%砂及5%粘結(jié)劑,如鑄件用干法除芯,粘結(jié)劑殘留在砂中,為激活粘結(jié)劑,只要加人2.5%的水可重復(fù)使用多次而不用再加新的粘結(jié)劑,這就意味著在生產(chǎn)中每批最大粘結(jié)劑加人量?jī)H為1.6%通過(guò)除水而導(dǎo)致粘結(jié)劑組分的化學(xué)反應(yīng)而硬化,可使用時(shí)間無(wú)限制,但相對(duì)濕度不應(yīng)超過(guò)70%,混制好的砂密封好可長(zhǎng)期儲(chǔ)存。FoundryAutomation和MEG的粘結(jié)劑為粉狀,用于鋁合金制芯、儲(chǔ)存和澆注過(guò)程中均不發(fā)氣,且均無(wú)樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑可能引起的環(huán)境問(wèn)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(jì)90年代以來(lái),美、歐各國(guó)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(hù)不同需求調(diào)整成分,形成“回收-再生模料”,這種技術(shù)的關(guān)鍵在于采用先進(jìn)的多級(jí)過(guò)濾或者離心分離法,加速操作過(guò)程并獲得更純凈的模料。MittererC在對(duì)鋁鑄造模的研究中發(fā)現(xiàn)。在鋼制鑄模表面涂一層硬質(zhì)薄膜,可以有效地抑制腐蝕,利用氮和碳化物的保護(hù)作用提高對(duì)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(zhǎng)鑄模使用周期。其核心技術(shù)是PACVD技術(shù),即等離子化學(xué)蒸汽沉積。
四、以熔煉為中心的節(jié)能技術(shù)
??? 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(jìn)適用的熔煉設(shè)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(shù)為例說(shuō)明之。
(1)推廣采用熱風(fēng)、水冷、連續(xù)作業(yè),長(zhǎng)爐齡沖天爐向大型化、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)方向發(fā)展是必然趨勢(shì)。國(guó)外的鑄造企業(yè)把其作為一項(xiàng)重要節(jié)能措施加以應(yīng)用。近些年來(lái),國(guó)內(nèi)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(fēng)沖天爐技術(shù),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(wú)爐襯和薄爐襯沖天爐,連續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng),可節(jié)能30%以上;熱風(fēng)沖天爐既節(jié)能又環(huán)保。
(2)推廣沖天爐-中頻電爐雙聯(lián)熔煉工藝。沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉是利用沖天爐預(yù)熱、熔化效率高和感應(yīng)電爐過(guò)熱效率高的優(yōu)點(diǎn),來(lái)提高鐵液的質(zhì)量,達(dá)到降低能耗的目的。近些年來(lái),隨著焦炭、生鐵等原材料價(jià)格的大幅上揚(yáng)和鑄件品質(zhì)要求越來(lái)越高,單獨(dú)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(jì)效益和節(jié)能效果。
(3)推廣應(yīng)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(zhì)量的有效途徑。國(guó)外大多數(shù)沖天爐熔煉采用鑄造焦。由于鑄造焦價(jià)格高或是由于習(xí)慣等原因至今國(guó)內(nèi)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(zhì)量,而且焦耗量大。如應(yīng)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(yīng)用鑄造焦是提高鑄件質(zhì)量,降低能源消耗的措施之一。
(4)除濕送風(fēng)沖天爐使用冶金焦時(shí),鐵液溫度很難穩(wěn)定達(dá)到1500℃。如采用3%的富氧送風(fēng)就能保證,并且每噸鐵液可凈降低能耗l0kg左右標(biāo)煤。沖天爐除濕送風(fēng)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(zhì)量和熔化率,降低焦耗13%~17%。
(5)沖天爐采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。沖天爐采用計(jì)算機(jī)控制包含計(jì)算機(jī)配料、爐料自動(dòng)稱(chēng)量定量和熔化過(guò)程的自動(dòng)化控制。使沖天爐處在優(yōu)化狀態(tài)下工作,可獲得高質(zhì)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(zhuān)用高壓離心節(jié)能風(fēng)機(jī)。目前國(guó)內(nèi)仍有不少?zèng)_天爐使用羅茨或葉氏容積式風(fēng)機(jī),能耗大噪音高。采用沖天爐專(zhuān)用高壓離心節(jié)能風(fēng)機(jī),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(shù)
????? 鑄造生產(chǎn)中工業(yè)爐窯能耗僅次于熔化設(shè)備,約占總能耗的20%。對(duì)各種加熱爐、烘干爐、退火爐,應(yīng)從爐型結(jié)構(gòu)到燃燒技術(shù)等進(jìn)行技術(shù)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(duì)燃煤工業(yè)爐的加煤采用機(jī)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(duì)型芯烘干爐采用遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)可節(jié)電30%-40%。對(duì)大型鑄件采用振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力處理比采用熱時(shí)效處理可節(jié)能80%以上。可鍛鑄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(jìn)適用造型制芯技術(shù)與裝備為中心的節(jié)能技術(shù)
????? 目前,國(guó)內(nèi)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(yīng)予以淘汰。濕型能耗最低,且適應(yīng)性強(qiáng),這是濕型仍大量采用的原因之一。應(yīng)根據(jù)鑄件品質(zhì)要求、鑄件特點(diǎn)來(lái)選用先進(jìn)的高壓、靜壓、射壓、氣沖造型工藝和設(shè)備,以及應(yīng)用自硬砂技術(shù)、消失模鑄造技術(shù)和特種鑄造技術(shù)。用樹(shù)脂自硬砂、水玻璃有機(jī)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(zhì)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(jí),表面粗糙度細(xì)l~3級(jí),質(zhì)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(dāng)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(zhì)量每降低l%,能耗就降低1.01%。由此可見(jiàn),采用先進(jìn)工藝技術(shù)與裝備。提高鑄件質(zhì)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(yīng)力鑄鐵、鑄態(tài)球鐵等技術(shù)
????? 我國(guó)用于灰鑄鐵件熱時(shí)效的能耗每噸鑄件為40~100kg標(biāo)煤,用于球墨鑄鐵件退火、正火的能耗每噸鑄件為100~180kg標(biāo)煤。除少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)鑄件不用熱時(shí)效工藝外,大多生產(chǎn)這類(lèi)鑄件的企業(yè)仍采用熱時(shí)效工藝消除應(yīng)力,這是我國(guó)鑄造行業(yè)能耗居高不下的原因之一。推廣使用薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵件生產(chǎn)技術(shù)和高硅碳鑄鐵件生產(chǎn)技術(shù),生產(chǎn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的缸體、缸蓋和機(jī)床床身等鑄件,可獲得不用熱時(shí)效工藝的低應(yīng)力鑄鐵件,達(dá)到節(jié)能目的。我國(guó)球墨鑄鐵件中高韌性鐵素體球鐵和高強(qiáng)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(shù)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(lái)的鑄件變形、氧化等缺陷。采用球鐵無(wú)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(guó)鑄件總產(chǎn)量為1987萬(wàn)噸,其中灰鑄鐵件為1049萬(wàn)噸,球墨鑄鐵件為470萬(wàn)噸,因此,推廣應(yīng)用低應(yīng)力鑄鐵件、鑄態(tài)球墨鑄鐵件和球鐵無(wú)冒El鑄造技術(shù),對(duì)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(bǔ)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(shù)
????? 目前我國(guó)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(dāng)長(zhǎng)的時(shí)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(shí)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(fèi)大量的熱能。沖天爐熔煉時(shí)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(jiàn),沖天爐熔煉的余熱利用潛力很大。目前我國(guó)沖天爐的余熱利用絕大多數(shù)是利用密筋爐膽預(yù)熱鼓風(fēng),熱風(fēng)溫度為200℃左右,余熱利用率低。近些年來(lái),有部分企業(yè)使用長(zhǎng)爐齡連續(xù)作業(yè)熱風(fēng)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(fēng)溫度達(dá)600~800℃,沖天爐鐵水溫度達(dá)1500--1550℃,熔化效率提高45%。既達(dá)到節(jié)能、提高鐵水質(zhì)量的目的,又實(shí)現(xiàn)了環(huán)保的要求。
九、開(kāi)發(fā)先進(jìn)技術(shù)
????? 日本鑄造業(yè)通過(guò)對(duì)鑄造設(shè)備、鑄造材料、鑄造工藝的改進(jìn),使鑄造企業(yè)節(jié)能降耗,并對(duì)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(fèi)的電力減少一半,6O%的排放熱量循環(huán)利用,廢氣排放可達(dá)到任何國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)。重新改造后的節(jié)能造型機(jī),由于采用了高頻振動(dòng),所需的能量?jī)H為油壓式造型機(jī)的1O%。消失模鑄造在生產(chǎn)凈尺寸鑄件上有優(yōu)勢(shì).造成的污染極少,有利于環(huán)境保護(hù),被稱(chēng)為綠色鑄造工藝。
????? 利用太陽(yáng)能處理鋁精煉時(shí)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(shè)備是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)的直接加熱的干燥爐。在德國(guó)科隆DLR,利用太陽(yáng)能加熱處理固體廢物的生產(chǎn)過(guò)程已經(jīng)在商業(yè)范圍內(nèi)發(fā)展,并且應(yīng)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(dǎo)致成本較高,使很多企業(yè)將這些廢料堆積起來(lái)。
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