推进节能减排创建绿色铸造工厂

铸 造 F OUN DR Y NO V 2 0 0 9 V o I 5 8 N0 1 1 推进节能减排 创建绿色铸造工厂 张家平 刘筑雄 宋高举 机械工业第六设计研究院 河南郑州 4 5 0 0 0 7 摘要 介绍了 我国铸造业的现状 能耗状况 污染物排放现状 提出铸造行业节能减排对策以及工艺和公用设施节能 减排的技术措施 并提出创建绿色铸造工厂的重要意义和发展方向 关键词 铸造 节能减排 绿色建筑 评价 中图分类号 T G 2 X 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 l 一 4 9 7 7 2 0 0 9 l 1 1 1 4 6 0 4 I re pe l l i n g Fn er g Y Sa v i ng an d Em i s s i on Red uc t i on an d 一 一 一 Bu i l d i n g Gr e e n F o u n d r y Z H AN G J i a p i n g L I U Z h u x i o n g S ON G Ga o j u N O 6 I n s t i t u t e o f P r o j e c t P l a n n i n g R e s e a r c h o f Ma c h i n e r y I n d u s t r y Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 7 H e n a n Ch i n a Ab s t r a c t T h e c u r r e n t s it u a t i o n o f f o u n d ry i n d u s t ry o f Ch i n a i n c l u d i n g t h e e n e r g y c o n s u mp t i o n a n d p o l l u t a n t e mi s s i o n we r e p r e s e n t e d a n d t e c h n i c a l me a s u r e s wh i c h i n v o l v e i n e n e r g y s a v i n g a n d e mi s s i o n r e d u c t i o n o f f o u n d ry i n d u s t ry we r e p u t f o r wa r d Th e g r e a t s i g n i fi c an c e o f b u i l d i n g g r e e n f o u n d ry i n d u s t ry a n d i t s d e v e l o p i n g d i r e c t i o n we r e a ls o p o i n t e d o u t Ke y wo r d s f o u n d ry e n e r g y s a v i n g a n d e mi s s i o n r e d u c t i o n g r e e n b u i l d i n g e v a l u a t io n 在我国经济快速增长和城市化进程快速推进的形 势下 产生了加剧能耗需求 能源与资源浪费 污染 物排放量增大 生态环境恶化等问题 国务院近二年 颁布了 关于加强节能工作的决定 节能减排综合 性工作方案 等一系列政策法规 对工业企业的节能 减排提出了明确的要求和措施 全国各行业按照党中 央 建设资源节约型和环境友好型社会 和 可持续 发展 的方针 大力开展企业节能减排工作 据统计 2 0 0 6 年我国铸件总产量已达 2 8 0 9万 t 2 0 0 7年为 3 0 0 0 多万 t 连续 8年居世界首位 占全世 界铸件总量的 3 0 以上 比 E t 美 德三国的总和还 多 已成为世界铸造大国 但还远不是铸造强国 因 为整体水平尚与国外存在很大差距 生产过程中的能 耗及对环境造成的污染较大 因此推进铸造行业的节 能减排 建设资源节约 环境友好型企业是摆在中国 铸造行业面前的一个重大而紧迫的课题 1 基本状况 铸造行业的整体水平与主要工业国家相比 产品 质量低 经济效益差 材料消耗多 环境污染严重 其主要问题是 有一大批铸造企业不具备生产规模 以河南省为例 全省有 1 7 0 0多家铸造厂 而 9 0 的 铸造厂年产量在 3 0 0 0 t 以下 生产工艺 装备落 后 劳动生产率低 产品的技术含量低 铸件的 销售价格只是同类产品国际市场的 1 2 1 3 平均生 产每吨铸件的能耗约为工业发达国家的 2 3 倍 多 数的铸造企业 金属熔炼设备排放的废气中有害物质 含量超标 多数的铸造企业 生产现场的作业条件 不符合职业健康安全法规的要求 我国铸造企业不仅数量多而且规模小 我国现有铸 造企业约 3 万家 平均的铸件年产量约为 1 0 5 7 t 厂 i只 是工业发达国家的1 4 1 9 发达国家铸造厂用予环保的 投资占整个铸造厂设备总投资的2 0 3 0 而我国只古 5 0 8 仅有一些大厂 骨干厂能达到此比例 有相当 多的企业甚至更低 不足 3 虽然 我国目前 些大型 企业的工艺装备水平和国际上先进的铸造企业相差不多 但仍然有相当多的企业工艺装备落后 甚至十分简陋 我国大多数铸造企业的铸件质量标准低于发达国 家的标准 很多小型铸造企业缺乏必要的实验室和检 测手段 废品率在 6 1 6 上海地区的铸造厂可达 到 6 8 国内某些厂的废品率甚至超过 2 0 浪费 资源较严重 技术水平低的另一个表现是 自主创新能 收稿日期 2 0 0 9 0 3 0 3 收到初稿 2 0 0 9 0 3 2 4 收到修订稿 作者简介 张家平 1 9 3 1 一 男 上海市人 教授级高工 主要从事环境保护 暖通空调方面的研究和工程设计工作 电话 0 3 7 1 6 7 6 0 6 0 0 7 E ma i l z j p i n g 6 0 0 7 s i n a c o n l 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 铸造 张 家平等 推进节能减排 创建绿色 铸造工 厂 1 1 4 7 力低 只能应付当前的生产 缺少进一步提高 开发 新产品的能力 2 能耗状况 铸造行业 的综合能耗 占机械工业 总能耗达 2 5 3 0 铸造厂的能源主要包括焦炭 电 油和天然 气 各类能耗所 占的 比例约为 焦炭 5 0 电 3 2 油和天然气 1 8 在铸造生产过程中消耗能源的主要 工艺和设备有 金属的熔炼 热处理及型壳焙烧炉 热法制芯等 其 中 金属熔炼 的能耗 占能耗 总量的 7 0 左右 而冲天炉是金属熔炼 的主要设备 是能源 消耗的 第一大户 我国目前使用的冲天炉 7 0 是小 于 5 讹 的冲天炉 冲天炉的热能利用率普遍较低 能 源浪费严重 我国每生产 1 t 合格铸铁件的能耗 占生产成本的 1 5 而 日本每吨铸铁件能耗仅 占生产成本 4 3 我 国每生产 1 t 合格铸钢件的能耗为 8 0 0 1 0 0 0 k g 标煤 国外仅为 5 0 0 8 0 0 k g 标煤 几个主要 国家平均吨铸件 的能耗水平见表 1 表1 几个主要国家吨铸件的能耗 Tabl e 1 The e n er gy c on s umpt i on p e r t on c as t i ngs o f s e v e r a l ma i n c o u n t r i e s k g t 1 3 污染物排放状况 铸造行业的废弃物主要有 废砂 废渣 粉尘 废气等 据统计 我国每生产 1 t 合格铸件 大约要排 放粉尘 5 0 k g 这是指非熔炼过程 中的发尘量 加上每 熔炼 I t 铁液的发尘量为 6 1 5 k g 则生产 1 t 铸件的发 尘量达 5 6 6 5 k g 废气 l 0 0 0 2 0 0 0 r n 废砂 1 1 3 t 废渣 3 0 0 k g 整个铸造行业 2 0 0 6年排放污染物总量 约为 粉尘 1 5 0万 t 废气 3 0 0 6 0 0 1 0 r n 废砂 3 0 0 0万 t 废渣 9 0 0万 t 是一些工业发达国家三废 排放量 的 l O倍 据统计 1 9 7 6年我 国铸件产 量为 2 8 0 万 t 粉尘排放量达 1 5万 t 年 因此 3 0年来粉尘 排放量基本没有很大的改善 应引起我们高度的重视 铸造废气中含有大量的有害气体 来 自铸造生产 的各个过程 其 中主要有 冲天炉熔炼过程中产生 的 烟气 铸件浇注后产生的烟气 以及采用有机粘结剂制 芯与造型过程产生的气体等 冲天炉烟气 中气体主要成分是粉尘 C O C O N 等 2 0 0 4年因金属熔炼 铸件热处理炉的加热等共 排放 S O 2 达 2 2万 t C 0 2 达 4 3 8 万 t C O达 3 5 万 t 用有机粘结剂制芯或造型 会散发 出游离 甲醛 游离酚 三乙胺等有害气体 砂型 包括煤粉湿型砂 和消失 模 树脂 自硬 砂等 浇 注后 还会 产生 C O C O z 甲苯等有害气体 吸人人体会严重损害身体健 康 冲天炉熔化过程会产生一定量的炉渣 一般酸性 冲天炉产生的炉渣为铁液量的 5 1 0 大型水冷冲 天炉为 1 3 碱性 冲天炉为 1 5 3 0 冲天炉烟 气中粉尘的主要组成是冶金烟尘 碳素烟尘和灰尘 粘土砂砂处理系统 包括落砂工部 也是铸造车间 主要的污染源之一 主要是粉尘污染 旧砂在运输过程 中到处飞扬 使工人长期处于高粉尘的作业环境 一些 小型企业铸造车间根本没有除尘设备 粉尘含量甚至超 过国家标准的许多倍 工人得矽肺病的比例很高 4 节能减排的对策 加快产业结构调整 制订 铸造行业准入制 度 要通过行业调整 提 出我 国铸造企业的准人制 度 设定行业准人的门槛 特别是相关节能减排的标 准 对于新开工的铸造企业要设立更为严格的准人条 件 从现在开始到 2 0 2 0年 使我国的铸造厂家从现在 的约 3 0 0 0 0家减少到 1 0 0 0 0 家或更少 中国铸造协会 已提出了 2 0 0 9 年版 中国铸造行业准入条件 征求 意见稿 这对铸造行业的调整将起重要作用 建立 鼓励铸造企业加大节能减排投入的相关优惠政策 享 受增值税优惠政策的企业在生产设备 生产工艺 技 术水平和环境治理方面应有较高的先进性 使这项政 策起到支持先进企业 淘汰落后企业 的作用 促进行 业的技术进步和有序竞争 在对享受增值税先征后退 优惠政策的考核要检查所退资金是否重点用在节能减 排和技术改造方面和实际成效 利用税收等政策加 快淘汰能耗高 污染严重的设备 实行国家有关节能 环保项 目减免企业所得税及节能环保专用设备投资抵 免企业所得税政策 对节能减排设备投资给予增值税 进项税抵扣政策等 尽快建立我国相关标准体系 包括 铸造行业能源评价标准 铸造行业污染物排 放标 铸造行业废弃物排放标 以及 铸造行 业清洁生产评价标准 等 大力发展循环经济 加快 推行清沽生产 切实加强三废治理 建立铸造行业 能耗 水耗 电耗 材耗和污染物排放监测机制 5 工艺节能减排的技术措施 5 1 熔炼技术 目前 我国用于铸铁件生产的熔炼设备 9 0 以上为 冲天炉 熔炼铸铁时 工业发达国家大多数采用热风连 续作业的长炉龄冲天炉 而我国只有少数企业采用长炉 龄热风冲天炉 大多数冲天炉的每小时熔化量为 2 5 t 而且只开 4 8 h 就打炉 造成炉体蓄热损失 约占熔化 能耗 1 0 以上 和打炉底焦的热损失 铁液出炉温度普 遍在 l 3 8 0 1 4 5 0 而国外为 1 5 0 0 1 5 5 0 铸件熔炼部分的能耗约占铸件生产总能耗的 5 0 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m l 1 4 8 F OUNDR Y No v 2 0 0 9 V o 1 5 8 No 1 1 由于熔炼原因而造成的铸件废品约 占总废品的 5 0 因此 采用先进适用的熔炼设备和熔炼工艺是节能的 主要措施 推广热风 水冷 大熔化率 连续作业长 炉龄冲天炉 冲天炉 电炉双联熔炼工艺 冲天炉富 氧 除湿送风 冲天炉计算机控制技术 冲天炉专用 高压离心节能风机 高炉铁液直接生产铸件的短流程 工艺 高炉铁液 电炉双联工艺 铸钢熔炼电炉的成 型炉衬节能技术等 5 2 工 业炉 窑 铸造生产中工业炉窑能耗仅次于熔化设备 约为总 能耗的2 0 对各种加热炉 烘干炉 退火炉 应从炉 型结构 燃烧技术 保温材料等方面进行节能改造 主要措施有 燃煤工业炉的加煤采用机械加煤比手 工加煤节能 2 0 左右 燃煤的砂型 砂芯烘干炉改为明 火反烧法 可节煤 1 5 3 0 采用保温耐火纤维改造 现有工业炉窑 热处理炉 加热炉 保温炉等 可以 减少炉衬的散热损失和蓄热损失 节能 2 0 4 0 型 芯烘干炉采用远红外干燥技术可节电3 0 4 0 特别 是在炉衬表面应用高温红外辐射涂料可提高炉内参与 辐射传热的物体表面辐射系数 显著改善炉内传热过 程 美国 C R C公司生产的红外辐射涂料应用于工业炉 可节能 1 0 3 0 同时涂料对炉衬基体还有保护作 用 可延长耐火材料使用寿命 1 4倍 日本 日上公司 生产的 H R C辐射涂料的辐射率为 9 5 8 0 0 在 4 0 0 6 0 0 时可烧结成金属型瓷釉层 不易与基材剥 离 成为炉衬保护层 可进一步延长炉衬寿命 国内 有上海硅酸盐研究所 北京科技大学 武钢集 团等研 制的高温红外涂料也有很好的节能效果 5 3 提高铸件质量 铸件如果因质量问题导致报废而重复生产 会造 成大量的能源消耗 因此 提高铸件质量就是最大的 节能 据测算 铸件优良品率每提高 1 每吨钢液可 多生产约 6 8 的优 良品铸钢件 节电 l 0 1 5 k W h 铸件优良品率每提高 1 每吨铁液可多生产约 8 l 0 k g 优 良品铸铁件 节约焦炭 6 8 k g 铸件重量每减轻 1 降低能耗约 1 2 提高铸件内部质量的节能技术主要有 金属液过 滤净化 铸钢保温冒口套 冒口保温覆盖剂 易割保 温冒口 在砂型 芯 工作表面上涂敷涂料是改善铸 件表面质量的经济实用而又收效显著的方法 5 4 铸件的热处理 我 国用 于灰铸铁 件 热时效 的能耗 每 吨铸件 为 4 0 1 0 0 k g 标煤 用于球墨铸铁件退火 正火的能耗每 吨铸件为 1 0 0 1 8 0 k g 标煤 除少数企业生产汽车发动 机 内燃机铸件不用热时效工艺外 大多生产这类铸 件的企业仍采用热时效工艺消除应力 这是我国铸造 行业能耗居高不下的原因之一 主要节能措施有 采 用薄壁高强度灰铸铁件生产技术和高硅碳 比铸铁件生 产技术 生产汽车发动机和内燃机的缸体 缸盖和机 床床身等铸件 可获得不用热时效工艺的低应力铸铁 件 达到节能 目的 采用铸态球墨铸铁生产技术省去 了退火 正火处理工序 节约能源 避免了因高温处 理而带来的铸件变形 氧化等缺陷 对大型铸件采用 振动时效技术消除应力 比采用热时效处理可节能 8 0 以上 对可锻铸铁件采用锌气氛快速退火工艺可 节电或降低煤耗 5 0 以上 5 5 造型制芯 目前 国内几种工艺方法的能耗 比为 消失模 潮 模 自硬砂 粘土干砂型 O 8 1 1 2 I 4 3 5 粘土干砂 型能耗最高 应予淘汰 湿型砂生产能耗最低 且适 应性强 这是湿型砂仍大量采用的原因之一 目前我国年排放的旧砂量接近 3 0 0 0万 t 这不仅 占去了大量的土地 浪费了大量的自然资源 而且造 成了严重的环境污染 要削减 旧砂排放量 必须尽量 采用旧砂回用率高的铸造工艺并减小污染物排放 如 有机酯 自硬水玻璃砂的应用 水玻璃加入量可低至 2 5 3 5 砂型 芯 溃散性较好 旧砂干法再生回 用率 8 0 动物蛋白质砂的应用 动物蛋 白质是一 种物理粘结剂 在固化过程中不会发生不可逆变化 因此用蛋白质粘结的型芯砂具有易于回用和再生性能 经数次再生循环的再生砂强度 流动性 表面质量等 都能满足生产使用要求 美国 G M公司和哈尔滨工业 大学等有研究应用成果但产品尚未投放市场 磷酸盐 砂的应用 磷酸盐粘结剂硬化后的强度与水玻璃有机 酯硬化法相当 但溃散性好 现有的成果有铝磷酸盐 环保型粘结剂 C O 吹气硬化聚丙烯酸钠树脂砂的应 用 以及由水溶性聚丙烯酸铵与聚丙烯酰铵组成的复 交粘结剂砂等的应用 还有干砂负压铸造 V法造型 工艺和消失模铸造工艺等是节能减排的有效措施 5 6 铸件清理 铸件落砂清理 宜选用落砂滚筒代替振动落砂机 采用抛丸清理代替喷丸清理 可节能 6 0 左右 采用履 带抛丸机代替滚筒抛丸机可减少能耗 2 0 3 0 推广 应用铸件挽救工程 对缺陷铸件通过修补 修复而重新 投入使用这也是降低能耗的一项措施 缺陷修复有多种 方法 如焊补 铸件冷修胶修补 铸件修复机修补等 5 7 废弃物的回收利用 主要的措施有 旧砂再生 焦末压块再利用 铁 屑压块再利用 废弃物资源化处理 如 把废砂废渣 处理后用于道路建设 将废砂与城市垃圾加工后用于 草皮等植物的堆肥复合土 废炉衬和除尘系统收下的 粉尘作为水泥和制砖的原料 冲天炉除尘系统收下的 粉尘中含焦炭占 6 0 左右可重新吹入炉内促进 C O燃 烧 回收炉窑的高温烟气的热量用于采暖 烘烤砂型 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 铸造 张家平等 推进节能 减排 创 建绿色 铸造工厂 1 1 4 9 加热生活热水 用废砂制造下水道井盖 用粘土旧砂 对板结土地进行改良等 6 公用设施节能减排的技术措施 应严格贯彻 GB 8 9 5 9 2 0 0 7 铸造 防尘技术规 程 此规程总结了国内外行之有效的经验 能使室内外 的粉尘排放达到国家环保和职业卫生法规及标准的规定 但在贯彻和监督实施方面尚需大力加强 铸造设备配 套的环保设施应合理设计 保证质量 加强维护检修 纠正目前吸尘罩形式和结构设计不当而使捕集效率低 不合理地选用高阻高效除尘器 如滤简式除尘器 造成 效果不好 这也与清灰的喷吹方式和技术参数有关 设 备排风量过大或过小 应根据铸造设备排放粉尘的粒径 和起始浓度选用一级或两级除尘设备 不应盲 目采用两 级除尘设备 应加强对铸造行业配套的环保设备厂的设 计 制造质量等的审查和管理 对有大量余热的厂房 应首先做好有污染物排放的工艺设备的局部通风 再采 用 自然通风方式排除余热 并使 自然通风的排尘浓度达 到国家规定的无组织排放标准 避免只采用大量屋顶通 风机造成能源浪费和达不到环保及职业卫生标准的规定 寒冷地区铸造厂房的采暖宜采用辐射采暖 以减少补 风加热的能耗 有余热的厂房要组织好直接补风的措施 以节省冬季补风能耗 但必须注意解决补风的气流组织 以防止冷风吹到操作区 采用节能风机 水泵 冷却 塔 热交换设备 要使这些设备运行工况处于高效点 排风系统推广变频风机 而不要采用增减系统阻力的阀 门控制办法 冲天炉 各类电炉 工业炉窑的高温烟 气处理系统设置热回收设备 再用于生产 采暖 加热 补风和生活等 根据国内外测定数据 表明冲天炉 S O 的排放并不超标 盲目采用脱硫装置会增加能耗 7 创建绿色铸造工厂 绿色 的基本理念是 可持续发展 在国内外已 有共识 绿色建筑 即 持续发展建筑 其定义虽然 国际上尚无一致的意见 范围界定各国亦有所差别 但 我国在多年的实践中其定义已明确 在建筑的全寿命周 期内 最大限度地节约资源 节能 节地 节水 节 材 保护环境和减少污染 为人们提供健康 适用和高 效的使用空间 与自然和谐共生的建筑 即四节一环保 而 绿色工厂 的定义 目前 国际上虽然没有统 一 的提法 但工厂应达到可持续发展要求的理念是一 致的 绿色工厂 比 绿色建筑 的内涵更为广阔 和复杂 绿色工厂 包括了 绿色产品 绿色 工艺 和 绿色工业建筑 三个方 面 国内外还没有 评价标 准 我 国已准备制订 绿 色工 业建筑评 价标 准 己有一个编制内容框架 计划近期启动编制 近几年国内不少铸造企业在创建绿色铸造工厂方 面做了很多工作 取得 了很好成效 但都是从某单项 来评定 基本上是不全面的 没有达到四节一环保的 要求 应按照中央要求 要全面贯彻落实科学发展观 坚持以人为本 将经济社会发展切实转入全面协调可 持续发展的轨道 按照建设资源节约型 环境友好型 社会的要求和