劉小龍

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

近年來，我國的環(huán)境承載能力已經(jīng)達到或接近上限，大氣、水、土壤等主要環(huán)境要素污染嚴重，全國尤其是華北平原、京、津、冀地區(qū)以至黃淮等地霧霾和重度霧霾頻發(fā)，我們賴以生存的環(huán)境不斷惡化，惡劣天氣不斷向我們敲響警鐘。為此，我國領(lǐng)導(dǎo)人高度重視，習(xí)近平總書記2013年在哈薩克斯坦納扎爾巴耶夫大學(xué)講到“不以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價換取經(jīng)濟的一時發(fā)展。我們提出來就是，既要金山銀山，又要綠水青山。寧可要綠水青山，不要金山銀山，因為綠水青山就是金山銀山”；2015年10月29日十八屆五中全會上提出“必須牢固樹立并切實貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念”。2016年8月在青?？疾鞎r強調(diào)“生態(tài)環(huán)境保護和生態(tài)文明建設(shè)是我國持續(xù)發(fā)展最為重要的基礎(chǔ)”；2018年5月18日至19日在北京召開的全國生態(tài)環(huán)境保護大會上，習(xí)近平總書記強調(diào)“要自覺把經(jīng)濟社會發(fā)展同生態(tài)文明建設(shè)統(tǒng)籌起來，充分發(fā)揮黨的領(lǐng)導(dǎo)和我國社會主義制度能夠集中力量辦大事的政治優(yōu)勢，充分利用改革開放40年來積累的堅實物質(zhì)基礎(chǔ)，加大力度推進生態(tài)文明建設(shè)、解決生態(tài)環(huán)境問題，堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)，推動我國生態(tài)文明建設(shè)邁上新臺階”。李克強總理在2014年3月5日的政府工作報告中指出：“我們要像對貧困宣戰(zhàn)一樣，堅決向污染宣戰(zhàn)”!在2015年3月5日的政府工作報告中指出：“環(huán)境污染是民生之患、民心之痛，必須鐵腕治理”!作為生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)裝備還不先進的鑄造大國來說，鑄造企業(yè)首當(dāng)其沖成為環(huán)境治理的重要單位，為此，迎來了一波又一波的關(guān)停潮，很多企業(yè)的大門貼上了封條。為了我們賴以生存的環(huán)境，要求鑄造企業(yè)必須走智能、綠色、環(huán)保的道路。

另一方面，鑄造又是工業(yè)加工的基礎(chǔ)，鑄件在機械工業(yè)中占很大比重，我國要實現(xiàn)中國制造2025，沒有鑄造是根本不行的。因此，我們必須具有一定數(shù)量的鑄造企業(yè)，只不過這些鑄造企業(yè)存在的首要條件必須是環(huán)保達標(biāo)，為此，鑄造企業(yè)除了按《建設(shè)項目環(huán)境保護管理條例》要求依法辦理環(huán)境影響評價和排污許可證外，必須對裝備進行改造升級，創(chuàng)新各種工藝，本文就創(chuàng)新鑄造裝備在鑄造工程各方面的應(yīng)用做系統(tǒng)介紹。

1 創(chuàng)新工藝裝備

1.1 熔化裝備

目前熔化設(shè)備多數(shù)采用中頻感應(yīng)電爐，為了安全和扒渣方便，爐殼要高出爐臺600 mm～800 mm左右，扒渣采用機器人或機械手扒渣。

加配料系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，就連合金料的稱量、加入等，也實現(xiàn)自動化。

為了提高球化效果和降低球化劑的加入，開發(fā)了喂絲球化裝置。

對于鐵液的輸送，目前有兩種自動輸送形式，將熔化和造型有機連接起來：一種是將鐵液采用RGV小車空中自動稱重和運輸，并與電爐、球化處理、澆注機等有機連接，減少中間鐵液倒運環(huán)節(jié)，確保鐵液質(zhì)量。另一種是利用轉(zhuǎn)運車、輥道等將電爐、稱重、輸送、球化、扒渣、傾倒等工序有機結(jié)合的各種地面輸送形式。

為了達到回爐料的潔凈度和塊度，開發(fā)了回爐料經(jīng)過連續(xù)通過式拋丸機拋丸、破碎機破碎、稱量、自動送到爐后的系統(tǒng)。

回爐料輸送形式有采用自行小車將回爐料稱重后自動輸送到爐后，并卸入相應(yīng)的料池中，每批料的重量可以通過網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)MES系統(tǒng)連接。

1.2 造型裝備

目前造型裝備多數(shù)都是自動造型生產(chǎn)線，主要有靜壓造型線、垂直造型線、水平脫箱造型線、消失模造型線、V法造型線等，特別是靜壓自動造型線，由于其更易獲得輪廓清晰、棱角分明、尺寸精確的型腔而廣泛應(yīng)用，為了更好地適應(yīng)鑄件工藝，采用了雙擠壓工藝。

對于批量小、形狀復(fù)雜的鑄型，也逐漸采用3D打印技術(shù)進行生產(chǎn)。

為了獲得更好的鑄件表面質(zhì)量，多數(shù)造型線設(shè)置了機器人噴涂裝置，對上、下型腔進行噴涂。

現(xiàn)代造型線的生產(chǎn)率非常高，為了適應(yīng)其生產(chǎn)率，往往配置機器人下芯裝置。

為了將生產(chǎn)過程中的不良品及時隔離，避免其走完所有流程才能分離，一般在水平線、垂直線上分別開發(fā)了不良品隔離裝置，使不良品不能流轉(zhuǎn)到下道工序，有助于產(chǎn)品質(zhì)量控制和節(jié)能。

1.3 制芯裝備

制芯多數(shù)采用制芯中心生產(chǎn)砂芯，生產(chǎn)率可達40～50盒/h，取芯、修芯、組芯全部采用機器人，組芯定位精度≤0.2 mm，為了減少芯砂用量，部分砂芯采用抽芯工藝。

為了彌補制芯和造型的不匹配，在造型和制芯工序中間設(shè)置立體倉庫，為了避免砂芯多次搬運引起的損壞和精度降低，目前多數(shù)企業(yè)都采用自動化運輸方式，實現(xiàn)從制芯工部到下芯工位的整個過程中砂芯不離托盤。個別生產(chǎn)品種較多的企業(yè)，增加砂芯識別系統(tǒng)和智能化管理系統(tǒng)，將制芯到下芯整個工序設(shè)置為配送中心。

為了保證砂芯的水分含量較低，不少砂芯立體倉庫設(shè)置了恒溫恒濕裝置，并對抽出的氣體進行除味處理。

對于工作環(huán)境惡劣的取芯（殼模）、檢測、粘接、浸涂料、放入托盤等工序，都使用機器人完成。

1.4 砂處理裝備

混砂機基本采用高效轉(zhuǎn)子混砂機，個別采用真空混砂機?；焐百|(zhì)量的控制，均采用在線檢測裝置。

為了提高型砂質(zhì)量，一般舊砂斗設(shè)置3～4個，落砂后的舊砂分階段送往每個舊砂斗中，而每個舊砂斗中的出砂是均勻給出的，這樣，保證送往混砂機的舊砂是不同階段舊砂的混合物，從而使舊砂質(zhì)量得到穩(wěn)定[1]。

關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵部位都設(shè)置檢測和報警裝置。

有的廠家為了減少廢砂排放量，在砂處理旁邊并聯(lián)一個舊砂再生系統(tǒng)。

1.5 清理裝備

鑄件清理多數(shù)采取高效專用清理設(shè)備，組成清理作業(yè)線，實現(xiàn)鑄件不落地清理，一般根據(jù)鑄件種類，為鑄件量身定做自動清理單元。

由機器人組成的清理單元越來越多。比如將曲軸切割、平頭兩個工序整合到一次切割的工序，且將2臺切割機、2臺曲軸打磨機、一臺澆冒口沖斷機、輸送皮帶等串聯(lián)起來，由一臺機器人完成這些設(shè)備之間的鑄件搬運工作，減少了工序和人員，改善了勞動環(huán)境。

對于中小件的清理，多數(shù)廠家已由原來的手工砂輪機打磨改為液壓機壓去飛邊、毛刺。比如將兩臺三工位轉(zhuǎn)向節(jié)鑄件清理機用機器人聯(lián)系起來，形成自動清理單元。

為了解決多品種小批量生產(chǎn)時，鑄件清理設(shè)備與造型線產(chǎn)能不匹配的問題，同時提高清理設(shè)備的利用率，減少清理設(shè)備的臺數(shù)，使生產(chǎn)更加精益，很多廠家設(shè)置了鑄件立體庫，使各種鑄件的清理設(shè)備長期均衡生產(chǎn)。

將超聲波球化率檢測、音頻檢測、磁粉探傷、尺寸檢測、高壓清洗、激光打標(biāo)等集成一個系統(tǒng)，實現(xiàn)在線檢測。

2 創(chuàng)新環(huán)保裝備

2.1 粉塵治理裝備

從鑄造生產(chǎn)環(huán)節(jié)污染源的情況來看，粉塵顆粒物是主要的污染源。

電爐是一個重要揚塵點，為了有效收集煙氣，目前多數(shù)采用龍卷風(fēng)式吸塵罩，可有效收集煙氣，同時在電爐出鐵液處的上空增加頂吸罩或旋轉(zhuǎn)式吸塵罩，吸取出鐵時的煙氣，然后經(jīng)除塵器凈化后排放。

改變沖入法球化工藝，選用喂絲球化工藝，提高球化質(zhì)量，同時球化過程處于定點密封狀態(tài)（包內(nèi)包外兩道密封），減少弧光和粉塵的污染，粉塵收集經(jīng)除塵器處理后達標(biāo)排放。

對于鐵液輸送路線中煙氣的散發(fā)，也都設(shè)置吸煙罩，對煙氣收集處理。

過去澆注的煙氣多數(shù)都是直排，現(xiàn)在包括冷卻段的前三分之一都經(jīng)過除塵器除塵后達標(biāo)排放。

對于落砂機、清理打磨、砂處理等工序，都設(shè)置了密閉的抽風(fēng)罩和完善的除塵裝置。

2.2 廢砂治理裝備

廢砂是鑄造固體廢棄物的主要來源，因此，如何處理廢砂事關(guān)鑄造污染物的總體排放量。目前廢砂再生工藝（多為樹脂砂再生）主要有：濕法再生和熱法再生兩種。在平面布置上，由于環(huán)保設(shè)施不健全，往往單獨布置在廠區(qū)角落或廠外某個地方，因此，不管哪種工藝，都要將廢砂轉(zhuǎn)運到再生車間，然后再把再生砂運到需要地點，而廢砂在運輸過程中，很難做到不散落，從而造成周邊環(huán)境進一步惡化。針對這一問題，中國汽車工業(yè)工程有限公司研究了一種在線再生技術(shù)，其主要原理是在造型線的砂處理工部旁，并聯(lián)一個熱法再生系統(tǒng)；砂處理系統(tǒng)排出的廢砂直接進入再生系統(tǒng)的存儲斗中，處理完成后將再生砂直接發(fā)送到需要點，通常的布置形式如圖1所示。其特點是：廢砂成分穩(wěn)定、周圍環(huán)境好、節(jié)省勞動力、設(shè)備投資少、可實現(xiàn)過程自動化[3]。

2.3 氣味處理裝備

鑄造生產(chǎn)過程中，每個環(huán)節(jié)均產(chǎn)生不同程度的有害廢氣，主要包含粉塵顆粒物、苯系物、醛類、酚類、胺類、醇類、酮類等污染物。

對于V OC終端控制方法，針對不同濃度、不同風(fēng)量和不同組分，有燃燒法、吸附法、生物降解法、吸收法、冷凝法、光催化法和低溫等離子體法，而在處理V OC過程中也是各有利弊，表1為幾種V OC處理工藝對比[3]。

表1 幾種VOC處理工藝對比

現(xiàn)場往往是多種處理方式聯(lián)合的形式。為了達到更好的除味效果，往往在排氣筒上設(shè)置噴藥裝置，針對不同的排氣成份，噴灑不同組份的微凝膠，對排出的氣體再次處理。

2.4 噪聲控制裝備

將產(chǎn)生噪聲最大的落砂機布置在冷卻通廊內(nèi)，減少造型跨噪聲污染，改善操作工工作環(huán)境。如果必須按傳統(tǒng)形式將落砂機布置在造型跨，通常也將落砂機單獨隔離，且四周做吸音處理。

對于除塵的風(fēng)機，用隔音房隔離，起到降噪的作用。

連續(xù)通過式拋丸機的進出口處，通常也設(shè)置隔音裝置，有效吸收拋丸機和振動槽的噪聲。

砂處理工部往往單獨封閉設(shè)置，有效防止噪聲污染。

2.5 環(huán)境改善裝備

鑄造車間高溫環(huán)境較多，為了改善工人的勞動環(huán)境，設(shè)計時除了考慮自然通風(fēng)、機械通風(fēng)外，還考慮了夏季送冷風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)溫度22℃.

將原砂、粘土、煤粉用罐車直接向車間封閉壓送，減少環(huán)境污染?，F(xiàn)在多數(shù)廠家在廠區(qū)設(shè)立了一個或多個粉料庫，大型罐車將物料拉來后直接壓送到料倉里邊，需要時用料倉下邊的壓送裝置直接壓送到用料點。

3 創(chuàng)新其他裝備

3.1 余熱利用裝備

對于需要退火的鑄件，現(xiàn)在的布置通常都打破了過去鑄件落砂后通過懸鏈輸送到清理工部，然后再進退火爐的傳統(tǒng)方式，而是采用落砂后鑄件直接進退火爐，利用鑄件的余熱進行退火。

有的工廠利用電爐循環(huán)水出水余熱經(jīng)熱交換后作為洗澡水熱源，從而起到節(jié)能的效果。

還有廠家把退火爐的排煙余熱引入落砂機除塵系統(tǒng)中，既消除了除塵器布袋結(jié)露現(xiàn)象又節(jié)約了能源。

更多廠家將空壓機的余熱利用起來，用于加熱職工洗澡用水。

3.2 智能裝備

為實現(xiàn)生產(chǎn)信息化，所有設(shè)備都要求配備網(wǎng)絡(luò)接口，具備數(shù)據(jù)采集和傳輸功能，并能將信息傳遞到MES系統(tǒng)、E R P系統(tǒng)。

對能源計量實行了三級分區(qū)、分線計量，并采取計量儀表遠傳監(jiān)測。

關(guān)鍵設(shè)備采用了定期檢修提醒或強制維修的技術(shù)。

所有廠區(qū)和車間都設(shè)置了安全監(jiān)控系統(tǒng)。

根據(jù)用戶需要，設(shè)立一卡通系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)。

3.3 物流順暢

為了不把人行通道隔斷，同時保證物流短潔、安全，很多廠設(shè)立了地下輸送砂芯系統(tǒng)。

鑄件的輸送也從地下或空中進行，避免將地面物流隔斷。

為了鐵液輸送距離短潔，往往把電爐與造型線一字布置。

4 結(jié)語

鑄造是獲得機械產(chǎn)品毛坯的主要方法之一，是機械工業(yè)重要的基礎(chǔ)工藝。我國要實現(xiàn)2025，不可能沒有鑄造工藝和鑄件，但鑄造過程中不可避免會產(chǎn)生一些污染物并消耗能源，為此，大家都在積極探討創(chuàng)新的鑄造裝備，將鑄造生產(chǎn)中的污染物和能耗降到最低，對于實在降不下去的污染物，就將其治理。近年來這些創(chuàng)新鑄造裝備的應(yīng)用，對環(huán)境治理起到了很好的作用，從某種意義上徹底改變了人們對鑄造的認識，希望這些創(chuàng)新的鑄造裝備，今后更多的應(yīng)用到新的鑄造項目中，還人民一個藍天白云、青山綠水的生存環(huán)境。