鑄造企業(yè)的節(jié)能減排與清潔化生產(chǎn)

鑄造企業(yè)的節(jié)能減排與清潔化生產(chǎn)

1從鑄鋼件生產(chǎn)的企業(yè)水自2004年以來，中國在世界上占有領(lǐng)先地位，但在質(zhì)量、生產(chǎn)機(jī)械、公司規(guī)模、生產(chǎn)效率、能耗、環(huán)境保護(hù)等方面與發(fā)達(dá)國家存在很大差距。我國雖是鑄造大國,但不是鑄造強(qiáng)國。節(jié)能對鑄造企業(yè)來講更是日益重要,也是在新形勢下降低成本、增強(qiáng)企業(yè)競爭力的有效手段。因此,我們要在新的挑戰(zhàn)面前抓住機(jī)遇,在更為激烈的市場競爭中獲得可持續(xù)發(fā)展,就必須高度重視節(jié)能減排工作。某鑄造公司是一個(gè)集鑄鋼、鑄銅、機(jī)械加工為一體的綜合型鑄造企業(yè),股份制經(jīng)營。公司1998年被鐵道部定為“鐵路產(chǎn)品定點(diǎn)生產(chǎn)廠”,采用普通水玻璃砂工藝生產(chǎn)機(jī)車車輛的搖枕、側(cè)架、鉤體、鉤舌、鉤尾筐等車輛件以及橋殼、礦山機(jī)械配件等民用鑄鋼件,具有年產(chǎn)100000t鑄鋼件的生產(chǎn)能力,其主要材質(zhì)為ZG25MnNi、ZG25MnCrNiMo、ZG270-500。該合金鋼配件項(xiàng)目是由該公司于2005開始投資實(shí)施的,由機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院于2005年完成設(shè)計(jì),采用V法鑄造工藝。整條生產(chǎn)線主要設(shè)備由德國HWS公司提供,配套設(shè)備由青島雙星鑄機(jī)公司提供,整體制芯設(shè)備由蘇州明志公司提供。工程總投資約3億元,總建筑面積約30000m2。項(xiàng)目建成后每年可使用V法造型工藝生產(chǎn)合格鑄件40000t。鑄造行業(yè)既是能耗大戶,也是污染大戶。據(jù)統(tǒng)計(jì),在該公司原有工藝的鑄造生產(chǎn)中,能源和材料的投入約占其產(chǎn)值的60%。每生產(chǎn)1噸合格鑄鋼件的能耗為700kg標(biāo)煤,同時(shí)要排放粉塵40kg,廢氣1200m3,廢砂800kg,廢渣300kg。2002年國家通過了《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》,旨在促進(jìn)清潔生產(chǎn),提高資源利用效率,減少和避免污染物的產(chǎn)生,保護(hù)和改善環(huán)境。因此,日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源的約束,必將使以清潔生產(chǎn)為特征的綠色制造技術(shù)成為21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征。鑄造企業(yè)要持續(xù)發(fā)展,必須從“源削減”做起,徹底改變高耗能耗材、嚴(yán)重污染環(huán)境的落后狀況,積極發(fā)展清潔化鑄造生產(chǎn)。2該項(xiàng)目采用中國的工藝和設(shè)備節(jié)能技術(shù)2.1鑄造生產(chǎn)的工藝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)的節(jié)能減排和清潔化生產(chǎn),必須從項(xiàng)目建設(shè)的源頭抓起。工藝設(shè)計(jì)處于鑄造生產(chǎn)工序的最前端,是整個(gè)鑄造企業(yè)生產(chǎn)的龍頭,也是鑄造生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和清潔化生產(chǎn)的源頭。在工程設(shè)計(jì)之初就從熔煉、造型、制芯、砂處理、熱處理各個(gè)工藝環(huán)節(jié)考慮節(jié)能技術(shù)。2.1.1u3000電弧爐鑄鋼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)適用的熔煉工藝和熔煉設(shè)備是節(jié)能的主要措施。本項(xiàng)目年產(chǎn)鑄鋼件40000t,產(chǎn)品主要為鐵路機(jī)車車輛鑄鋼件,國內(nèi)通常工藝為槽出鋼電弧爐熔煉廢鋼,據(jù)估算,本項(xiàng)目每年僅熔煉消耗的電能就達(dá)2.4×107kW·h,因此改進(jìn)或提高傳統(tǒng)熔煉工藝水平對今后工廠的節(jié)能生產(chǎn)十分必要。經(jīng)過多次的調(diào)研和試驗(yàn),確定了以2臺20t偏心底出鋼電弧爐熔煉加1臺30tLF精煉爐精煉的鋼液熔煉(精煉)工藝。電弧爐與LF精煉爐采用在線布置,電弧爐初煉后的鋼液由LF鋼包精煉爐的鋼包車直接從電弧爐處接取,然后在鋼包精煉爐內(nèi)進(jìn)行加熱、吹氬攪拌、脫硫、脫氧、去除夾雜、合金化、調(diào)整成分溫度等處理。電弧爐主要參數(shù):額定容量:20t;最大容量:30t;變壓器額定容量:16000kVA;變壓器一次電壓:35kV;電極直徑:400mm;爐殼直徑:4000mm;出鋼傾動(dòng)角度:常規(guī)15°,最大20°;出渣傾動(dòng)角度:常規(guī)12°,最大15°;爐蓋旋開角度:72°;爐蓋提升高度:400mm。LF爐主要參數(shù):額定容量:30t;鋼包上口外徑:2450mm;鋼液面直徑:1860mm;自由空間高度:400mm;鋼液深度:17000mm;變壓器額定容量:550kVA;變壓器一次電壓:35kV;電極直徑:300mm;鋼包車行走速度:0~20m/min。該工藝具有以下優(yōu)點(diǎn):(a)偏水底電弧爐出鋼快,鋼流短,鋼液降溫少,吸氣少,可使出鋼溫度降低(30℃),縮短出鋼時(shí)間(約75%),因而可縮短冶煉時(shí)間,降低電耗和電極消耗,提高生產(chǎn)率。(b)鋼渣與15%左右的鋼液留在爐中,為下一爐早期吹氧、早期脫磷造成了有利條件,相當(dāng)于熱裝了部分的鋼液,加快了生產(chǎn)周期,提高了合金回收率,還節(jié)約了大量的能源。(c)用鋼包精煉爐技術(shù)后,鋼液中的有害元素和有害氣體降到了一個(gè)較低的含量水平,使鋼中不易形成對鑄件材質(zhì)有嚴(yán)重破壞的非金屬夾雜物,從而提高了鑄件的低溫性能和鑄件對使用環(huán)境的適應(yīng)性。(d)氬氣的攪拌作用加速了鋼/渣之間的化學(xué)反應(yīng),有利于鋼液脫硫、脫氧,促進(jìn)鋼液中非金屬雜物的上浮和去除,提高了鋼液溫度和成分的均勻性。(e)電弧爐與LF精煉爐采用在線布置,鋼液無需起重機(jī)吊運(yùn),直接由鋼包車接取后運(yùn)送到鋼包精煉工位,減少了吊車使用頻率,縮短了生產(chǎn)周期,節(jié)約了能源。2.1.2砂造型制芯工藝當(dāng)前,國內(nèi)外車輛鑄鋼件主要有以下幾種造型制芯工藝:(1)普通(改性)水玻璃砂造型制芯;(2)酯硬化水玻璃砂造型制芯;(3)采用沒有或較少粘結(jié)劑的V法造型、整體芯工藝。普通水玻璃砂鑄件具有成本低、產(chǎn)品質(zhì)量較高、操作簡便等特點(diǎn),但由于水玻璃的特性,普遍存在著砂再生處理困難,清理工作量大,工作條件差等不足。酯硬化水玻璃砂造型制芯工藝是近幾年發(fā)展的一種新工藝,具有砂再生處理相對容易,工作條件較好等優(yōu)點(diǎn),其在小批量機(jī)車車輛鑄鋼件的應(yīng)用在不斷擴(kuò)大。V法工藝為綠色鑄造工藝,目前主要在日本、德國和俄羅斯使用,具有鑄件質(zhì)量高、清理簡單、環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn),但也存在投資大、生產(chǎn)率低等缺點(diǎn)。經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)研和長期的工藝試驗(yàn),結(jié)合鐵路產(chǎn)品鑄鋼件的實(shí)際情況,決定采用V法造型工藝,整體制芯工藝,可為未來的國內(nèi)外客商提供高質(zhì)、批量的鑄鋼件,鑄件質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平。(1)主要工藝流程砂箱尺寸為3000×1900×450/550(mm),搖枕、側(cè)架每箱2件,鉤體、鉤尾框均每箱6件,造型線的生產(chǎn)率達(dá)到20箱/小時(shí)。整套設(shè)備由下箱造型圈,上箱造型圈,下芯線,澆注線,冷卻線,落砂線,推送緩沖裝置,轉(zhuǎn)運(yùn)車,砂箱轉(zhuǎn)運(yùn)裝置,翻箱裝置,清掃裝置,安全護(hù)欄,真空連接裝置,砂處理,輔助的液壓、電控、氣動(dòng)等部分組成,整套設(shè)備布置在長180m、寬96m的雙跨車間內(nèi)(圖1)。主要工藝流程:烤膜—覆膜—噴涂料—造型—修型—下芯合箱—澆注—落砂清理—成品。砂箱尺寸:3000mm×1900mm×450/550mm;生產(chǎn)率:20整型/小時(shí);硅砂:SiO2含量≥98%;最高砂溫:40℃;砂循環(huán)量:160t/h;空氣消耗:231Nm3/h;真空泵水消耗:87.4m3/h;真空泵水加入量:4.37m3/h。2.1.3砂處理系統(tǒng)構(gòu)成V法工藝砂處理工藝流程為:人工將澆注后的砂箱(真空靠隨行車移動(dòng)的干式泵或拖真空管保持)吊運(yùn)至落砂柵格(撤掉真空)→吊走上箱、鑄件、下箱→舊砂落到落砂過渡斗→振動(dòng)輸送機(jī)→磁選機(jī)→鏈?zhǔn)蕉诽釞C(jī)→直線振動(dòng)篩砂機(jī)→過渡砂庫→水冷風(fēng)冷式沸騰冷卻床→斗式提升機(jī)→造型砂庫→雨淋加砂開關(guān)→造型砂箱;輔以電控、除塵、氣動(dòng)系統(tǒng)便構(gòu)成了V法鑄造生產(chǎn)線的砂處理系統(tǒng)。該砂處理工藝簡單,舊砂回用率可達(dá)95%以上,沒有任何帶化學(xué)污染物的廢砂排放,鐵路車輛鑄件的鑄造生產(chǎn)真正實(shí)現(xiàn)了綠色生產(chǎn),其對環(huán)境的影響降到了最低程度。2.1.4節(jié)能措施及節(jié)能潛力鑄造生產(chǎn)中工業(yè)爐窯能耗僅次于熔化設(shè)備,約為總能耗的20%。對各種加熱爐、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)升級。在設(shè)備選用時(shí),對該類設(shè)備采用以下節(jié)能措施:(a)選用耐火纖維作爐襯并選用自動(dòng)控制的工業(yè)爐,減少爐體的儲熱損失和散熱損失;(b)采用新型燃燒裝置如平焰燒嘴和自身預(yù)熱燒嘴以及新型燃燒技術(shù),減少不完全燃燒和改善爐內(nèi)氣流方向。通過以上技術(shù)的實(shí)施,鑄件熱處理部分能耗降低約15%。2.2基于設(shè)備的節(jié)能技術(shù)2.2.1提升產(chǎn)品質(zhì)量(a)將V法造型線由常規(guī)成熟的圓盤式設(shè)計(jì)改為直列式設(shè)計(jì),留出較長的下芯區(qū)。搖枕側(cè)架等鑄件砂芯較多時(shí),可在下芯前將各芯組合完成后下芯,可以配合生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)較高的生產(chǎn)率。(b)取消了原工藝中設(shè)置的出氣孔棒,改為在砂型需要排氣的部位扎小孔,通過真空系統(tǒng)抽氣的措施,同樣達(dá)到了防止嗆火、氣孔產(chǎn)生的目的,簡化造型操作,提高生產(chǎn)可靠性。(c)通過不同澆注溫度的試驗(yàn),大幅度減少了外型成型冷鐵,將兩處原在外型放置的成型冷鐵,改為放在對應(yīng)位置的砂芯內(nèi),完全消除了熱節(jié)處縮孔,簡化了造型操作,提高生產(chǎn)可靠性。2.2.2砂箱真空安裝及加工(a)上箱造型、下箱造型、下芯線、澆注線砂箱均帶有抽真空裝置,在各輥道線下設(shè)置矩形鋼管制作的固定真空梁、移動(dòng)真空梁各一條,移動(dòng)真空梁下裝有滾輪可在軌道上移動(dòng)。砂箱靜止時(shí)由固定真空梁通過模板或托板對砂箱抽真空;砂箱移動(dòng)時(shí),先是移動(dòng)真空梁靠油缸拉力縮回,連接固定真空梁的真空閥氣缸動(dòng)作,自動(dòng)與托板的真空連接裝置脫開,移動(dòng)真空梁真空閥氣缸動(dòng)作,自動(dòng)與托板另一側(cè)真空連接裝置對接,保證砂箱真空狀態(tài)的連續(xù)性。另外,在模板和托板上,均設(shè)置了單向閥,保證在脫開真空聯(lián)接后,砂箱繼續(xù)保持真空狀態(tài),有效保證了砂箱的真空度。(b)砂箱定位:整條造型線布局較長,雖然有利于各種輔助作業(yè),但對砂箱的定位要求相對較高,包括在輥?zhàn)訋线\(yùn)行時(shí)的定位,以及上下箱在合箱時(shí)要求迅速對中以減少錯(cuò)箱和砂箱銷孔、銷套磨損。一是從加工精度上充分保證,輥?zhàn)訋в脙杉?0mm厚鋼板中間加筋板焊接后加工而成,保證充足的剛性和強(qiáng)度,各安裝部位(包括長度方向)均為精加工表面,以確保整線安裝精度;二是各輥道線兩端、各轉(zhuǎn)運(yùn)車上均設(shè)置了雙向夾緊的定位裝置,夾緊機(jī)構(gòu)確保砂箱在靠油缸推力到達(dá)位置的進(jìn)一步定位,同時(shí)防止砂箱產(chǎn)生不必要的前后晃動(dòng)。(c)質(zhì)量保證:整條線因生產(chǎn)率較高,各方面配置均采用了世界名牌產(chǎn)品。如油缸、液壓閥塊采用德國力士樂產(chǎn)品,氣動(dòng)元件采用德國FESTO及英國NORGREN產(chǎn)品,轉(zhuǎn)運(yùn)車減速電機(jī)選用德國LENZE低齒隙斜齒輪減速電機(jī),拖鏈采用德國IGUS工程塑料拖鏈,電器執(zhí)行元件采用