傳統精密鑄造即水玻璃粘結劑的精密鑄造工藝在我國經歷了五十多年的發展，已成為我國制造業的基礎鑄造工藝，特別是在汽車、農機、工程機械、軌道交通、泵閥等行業得到廣泛的應用，從而傳統精密鑄造工藝呈現了高速發展期。鑄造業是資源消耗密集型行業，在機械行業中“高消耗、高能耗、高排放”的問題十分突出，因此節約資源、能源，減排等成為傳統精鑄行業發展的重要課題。
在整個鑄造過程中，傳統精密鑄造的能源消耗主要是：煤（天然氣）、電兩大類，僅型殼焙燒、金屬熔煉兩大工序占總能耗70%以上，所以傳統精密鑄造企業節能的重點就是型殼焙燒及金屬熔煉工序。以年產萬噸傳統精鑄件企業為例，主要對傳統貫通式隧道窯、中頻電源節能改造提高能源利用率，為提高焙燒爐通過能力和同等能量下投入產出比，對模組組樹方式進行優化提高工藝出品率，對產品進行輕量化設計提高產品產出數量，減輕模殼厚度降低材料消耗及焙燒能耗等，實現型殼焙燒、金屬熔煉多方位節能，同時減少二氧化碳、二氧化硫等排放。
本文將從資源與能源消耗、技術特點、資源利用率、污染物的排放、經濟性等方面來分析傳統精密鑄造節能減排技術。
1能量系統優化節能量確定原則和方法
能量系統優化節能量測算按照《節能技術改造項目節能量確定原則和方法》進行計算。
在實施節能技術改造前，第i個產品（工序）邊界范圍內的所有用能環節消耗的全部能源按規定方法折算為標準煤的總和，用Ei0表示。
節能技術改造前第i個產品（工序）產量用P i0表示
2 傳統精密鑄造行業發展
從上世紀九十年代后期至2007年，我國熔模鑄造產業受出口和內需兩大市場的拉動，呈現了高速發展期，每年以20%～25%的速度快速發展，但2008年下半年美國出現的金融危機及隨后的歐債危機，連續影響了我國經濟的發展，也影響到我國傳統精密企業，在國家增加基礎設施建設、擴大內需的政策下，使傳統精密鑄造精鑄件產量2009年雖有下降，但在隨后幾年中隨著我國經濟發展速度放緩后, 傳統精密鑄造企業產量仍呈低速上升的趨勢，平均年增長速度約6%左右，到2011年傳統精密鑄造精鑄件總產量約達126萬噸。
3.傳統精密鑄造能量系統優化主要節能措施
3.1焙燒隧道窯節能改造
目前傳統精密鑄造焙燒爐多為貫通式隧道焙燒窯，在窯爐熱量損耗中，以高溫煙氣熱損最為嚴重，由于傳統爐體短，煙氣流動快，未充分利用，排煙溫度高達450℃，焙燒熱效率低。通過增加爐體預熱段長度，由傳統貫通式改為U型窯體，延長后U型爐體增加煙氣在窯體的停留時間，將排煙溫度降低到200℃以下，充分利用煙氣余熱，提高焙燒熱效率，同時U型焙燒爐爐體中間減少了爐體散熱面，也大大降低爐體熱損失。優化前后的焙燒爐截面如下圖1、2所示。
3.2中頻電源熔煉設備節能改造
熔煉電耗約占總能耗50%，通過對熔煉設備及其相關進行節能改造，達到節能效果。具體改造措施如下：
恒功率改造：在負載阻抗因加熱發生變化時能保持電源輸出功率近似不變；
爐體增容改造：由500公斤增加到750公斤，提高效率；
提升輸入電壓等級改造：進線電壓由380V提高到660V以上可以使設備效率大大提高，同時設備銅損也得以降低。
使用新型的IGBT（絕緣門極雙極晶體管）代替可控硅中頻電源，這種新型電源整流是三相全波整流，沒有相序要求，不產生高次諧波，不污染電網，不影響變電所無功補償電容器的運行，不會使變壓器發熱，大大提高電能的轉化率。
3.3優化模組組樹方式提高出品率降低熔煉能耗
在同等焙燒條件下，通過實施澆注系統優化、個性化等工藝措施，提高模組組樹數量，精鑄件平均工藝出品率由55％提高到70％以上，噸產品熔化能耗明顯降低，優化模組組樹方式圖3。
3.4產品優化減重提高鋼水利用率降低熔煉能耗
在同等焙燒條件下，為提高投入產出比，通過對精鑄件輕量化設計技術、驗證技術及材料強化技術研究，通過輕量化設計技術實現鑄件減重率平均高達30％，明顯降低金屬液熔化量而實現降低熔煉電耗，產品輕量化設計對比如圖4。
3.5薄殼減層降低焙燒能耗
以薄殼工藝技術開發與應用為突破口，通過對制殼材料、涂料、粘結劑、硬化液及精密鑄造與消失模鑄造復合等工藝研究，在保證模殼強度前提下，實現型殼厚度減薄，降低噸產品原輔材料消耗，降低型殼焙燒能耗。
4傳統精密鑄造能量系統優化節能量分析
4.1焙燒隧道窯節能改造
傳統貫通式焙燒隧道窯，萬噸以上傳統精密鑄造企業多采用煤氣發生爐產生煤氣燃燒加熱，改造前噸產品煤耗約為750 Kg/ t，萬噸精鑄件年用洗精煤總量7500t，噸洗精煤產氣量約為3.8m3，焙燒年耗發生煤氣總量28500m3，煤氣發生爐效率78%，煤氣實測熱值5407.47kj/ m3，排煙溫度450℃，隧道窯空氣過量系數1.2，每立方米煤氣產生2.676m3煙氣，年高溫煙氣總量=7500×3.8×0.78×1.2×2.676=71385 m3。煙氣定壓比熱容為1.8627 kJ/(m3.℃)，年煙氣損失量=71385m3×450℃×1.8627kJ/(m3.℃)= 59835978。
U型焙燒窯預熱段加長，窯室煙氣停留時間延長，按同等焙燒量計算，噸產品煤耗約為630 Kg/ t，萬噸精鑄件年用洗精煤總量6300t，排煙溫度200℃，隧道窯空氣過量系數1.2，每立方米煤氣產生2.676m3煙氣，年高溫煙氣總量=6300×3.8×0.78×1.2×2.676=59963m3，200℃時煙氣定壓比熱容為1.7873kJ/(m3.℃)。年煙氣損失熱量=59963m3×200℃×1.7873kJ/(m3.℃) = 21434374，（焙燒爐改造噸鑄件節省煤耗沒有計入，僅計算消耗的煤減少熱損）。
節能量△E1=（59835978-21434374）×0.03412kg/MJ ÷1000=1310tce
另外，很多企業已經將排出煙氣通過熱交換器，將煙氣余熱轉化為蒸汽及熱水，供企業生產、生活實用，進一步提高煙氣余熱的利用效率，同時還可以達到凈化煙氣目的。
4.2中頻電源熔煉設備節能改造
設備經提升輸入電壓改造后，電源內部電流為改造前的380/660=0.576，根據功率公式W=RI2,則設備在電源內部以及感應器上的銅損降低為原設備的（380/660）2=0.33。
經上述對電源恒功率并爐體容量加大以及提升輸入電壓改造后，預計電能利用效率提升近20%，平均噸鋼水電耗將由原先850kwh～950kwh降低至650kwh～780kwh。
按年產10000噸精鑄件計算，鋼水利用率按平均70%，廢品率3%，由于電源波動，取噸鋼水節約電耗900（改前）-730（改后）= 170 kwh
年可節電：100÷70×170（kwh）×10000×（1+0.03）=2500000kwh
實施后折合節約標準煤：節能量△E2=2500000×0.335/1000=837.5噸。
4.3優化模組組樹方式提高出品率降低熔煉能耗
組樹優化后平均出品率由55％提升到70％，提高了15個百分點，相當于每噸鑄件少熔化鋼水量＝（1/0.55－1/0.70）＝0.389t，熔化每噸鋼水的電耗按改造后730 kwh計算，噸產品熔化電耗降低283.97 kwh，折合標煤283.97 kwh /t×0.335Kg/ kwh＝95.12995Kg/t 即0.09512995噸標準煤。
按年產10000噸鑄件，折合節約標準煤：節能量△E3=10000×0.09512995=951.2995噸。
4.4產品優化減重提高鋼水利用率降低熔煉能耗
產品優化減重節約材料熔化節能=0.335（改進前產品單重-改進后產品單重）×改進后產量÷1000×730（熔化每噸鋼水的電耗按改造后730 kwh計算）
按年產10000噸鑄件企業，一般輕量化設計減重約10%，節能量△E4=10000×10%×0.335÷1000×730=244.55噸標煤（產品優化減重節約鋼材量效益沒有計入）。
4.5薄殼減層降低焙燒能耗
薄殼減層工藝應用后，型殼加固層層數，由原先的4～6層減為2～3層，由于型殼變薄，模殼層度平均減薄1/5以上，同理焙燒模殼的熱量也會減少1/5，噸產品型殼焙燒可節省1/6煤耗，改進后煤耗630Kg/噸，因此減少資源、能源消耗和排放方面效果非常明顯。
以年產10000噸精鑄件計算，不算節省原輔材料效益，僅僅計算型殼變薄后焙燒節省能量△E5=10000×0.63÷6×0.9=945噸標煤（薄殼減層減少砂粉材料效益沒有計入）。
綜合節能量見能量系統優化節能匯總表2。
5碳硫氧化物減排效果
傳統精密鑄造能量系統優化后，大大降低了生產過程中資源、能源消耗，項目的實施不僅具有顯著的節能效益，還有良好的減排效果。
優化后折合年節約標煤：4288.4t/a
優化后二氧化碳排放：GCO2=2620×B×Q
（ GCO—CO2排放量，kg； B --耗標煤量，T； Q --燃煤效率，%）
項目實施后二氧化碳減排量：11236.8t/a。
二氧化硫減排量：GSO2=1600×B×S
（ GSO2--SO2排放量，kg； B --耗煤量，T； S --燃煤全硫分含量，%）
優化后，二氧化硫減排量68.8t/a。
結束語
本文通過對傳統精密鑄造關鍵工序節能減排的結果分析，提出傳統精密鑄造節能減排計算方法，建立傳統精密鑄造節能減排能量系統優化模型，從資源消耗、污染物排放、技術性指標及經濟性等維度進行評價（見表3），為企業開展節能減排提供參考，對實現全社會節能減排具有良好的經濟效益和社會效益。
豫公網安備 ：41018102000154號