铸造节能减排的理论、对策与方法
陈维平1(，肖华强1，邓宇1，刘启平2
（1华南理工大学机械与汽车工程学院，广州，510640
2 广东省韶铸集团有限公司，韶关，512031）
摘要：本文针对我国铸造行业能耗与污染现状，通过对铸造工艺流程中能耗与污染排放的分析，提出了以相关铸造技术指标为基础的节能减排对策。从普及环保理念、加强政策引导、加强企业管理及革新推广节能减排技术四个方面总结了铸造行业节能减排的一些方法和途径，为深入推进铸造行业节能减排工作提供参考。
关键词：铸造；节能减排；理论与实践
2009年11月26日，我国政府向世界宣布“到2020年单位GDP碳排放比2005年减少40%至45%”。这一目标的提出标志着我国进入发展低碳经济的新阶段，同时也为我国节能减排工作的开展提出了更高的要求。铸造业作为传统的基础产业，曾为人类文明的发展做出重要贡献，如今却因其“高消耗、高排放、高污染”的“三高”特征而面临可持续发展的严峻挑战。通过技术改造及产业升级，实现铸造行业从传统的发展模式向“绿色铸造”新模式的转变，成为我国铸造业发展亟待解决的问题。
1铸造行业的能耗与污染现状
铸造是制造业的基础，也是国民经济的基础产业。我国是铸造大国，铸件产量以连续11年居世界第一，其中2010年的铸件年产量3960万吨。但从综合质量、材质结构、成本、能耗、效益和清洁生产等方面看，远非铸造强国。目前，我国铸造行业的能耗占机械工业能耗的25～30%，能源利用率仅为17%。以单位万元GDP的能耗作为衡量，[1]。此外，铸造行业的污染排放也相当严重，以 2006年为例，我国共生产铸件2800万余吨，排放污染物总量约为：粉尘150万吨，废气300亿～600亿立方米，废砂3000万吨，废渣900万吨，单位产品“三废”排放量是工业发达国家的10倍[2,3]。830Kgce/吨降低到2009年的610Kgce/吨[4]。
2 铸造节能减排的理论分析
2.1基本铸造工艺流程及技术指标
铸造工艺流程可以简化为几个基本的环节：熔炼、造型和浇注、拆模清理、热处理和精整铸件，这几个基本环节涉及到了绝大部分能耗，同时体现了主要工艺技术特征。基本铸造工艺流程（以冲天炉为例）如图1所示[5]。
图1基本铸造工艺流程
在铸造生产中常用到多种技术指标来衡量铸造生产工艺的技术水平，甚至是生产管理的水平。如图1所示，以总投料质量M作为基数，浇冒系统质量为M1，产生的废品质量为M2， 铸件精整工序中的机加工量为M3，定义如下技术指标：
（1）
（2）
（3）
可以看出，工艺出品率S反映的是铸造生产中熔炼浇注环节材料的利用情况，而成品率F反映的则是铸造生产中最终的材料利用情况。
2.2 铸造生产的能耗、污染分析及对策
从图1中可以看出，铸造生产过程中的能耗主要发生在熔炼及热处理两个环节。以冲天炉为例，熔炼和热处理这两个环节，分别占到生产总能耗的50%和30%。然而从完整的工艺流程来考虑，单位成品能耗才能真正反映铸造生产过程中的综合能源消耗情况。设总投料质量为M吨，完成全部生产流程后的总能耗为N，则单位成品能耗为：
（4）
假设熔炼和热处理设备条件不变的情况下，原工艺的成品率为F0，通过适当工艺技术改进提高至F，则成品率的提高幅度△F＝F－F0，其中，单位成品能耗的降幅为：
单位成品能耗的降幅 （5）
则单位成品能耗降幅R与成品率增加值△F的关系如图2所示[4]：
可见，通过提高产品的成品率能极大地降低单位产品能耗，而优化工艺设计，采用近净成形技术以及计算机辅助技术等措施能有效提高成品率，实现节能降耗。同时，考虑总的生产能耗，则能够通过提高设备能源利用效率以及减少能耗环节等方式实现节能。
铸造生产的主要污染物产生环节在熔炼和拆模阶段，产生污染物主要是熔炼废渣、烟尘和铸造废型砂。同时还有因为使用焦炭为燃料而造成的二氧化硫排放；如果采用电炉设备，则产生的基本是烟尘，以金属氧化物颗粒为主。铸造行业是以废砂、废渣、烟尘为主要特征的环境污染减排的重点是采用先进的造型材料和工艺，减少废砂的产生量和综合利用废砂、废渣。此外，要提高熔炼设备的效率、加强烟尘的，减少废气和粉尘的排放。
图2 单位成品能耗降幅R与成品率增加值△F的关系
基于以上对铸造生产过程中能耗污染的综合分析，可以看出：铸造行业的节能减排，是以提高铸件质量、降低废品率、减少消耗为中心的节能减排，以发展优质铸件，提高性能和质量、降低废品率、减少消耗为主攻方向，以发展先进成形技术、计算机技术应用
