以熔模精密鑄造工藝為例分析鑄造企業(yè)大氣污染防治對策

楊曉麗

（青島市生態(tài)環(huán)境局平度分局，山東 青島 266700）

搞 要：鑄造行業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展支柱行業(yè)，企業(yè)數(shù)量多，產(chǎn)量也居世界首位，但與發(fā)達(dá)國家相比，生產(chǎn)工藝較落后，存在一批臟、亂、差的小企業(yè)。隨著這幾年生態(tài)環(huán)境保護(hù)督察力度的加強，頻繁的行業(yè)治理整頓，使情況有了較大改觀，但環(huán)境污染仍然嚴(yán)竣。以熔模精密鑄造工藝為例分析鑄造企業(yè)大氣污染物產(chǎn)生環(huán)節(jié)及采取的污染防治措施，探討污染防治中存在的問題，展望鑄造行業(yè)污染防治發(fā)展前景。

0 引言

我國是世界上最大的鑄件生產(chǎn)國家，鑄造產(chǎn)品產(chǎn)值占據(jù)國民經(jīng)濟(jì)一定比例。但鑄造行業(yè)也是污染較重且高能耗的行業(yè)，最為嚴(yán)重的污染表現(xiàn)為大氣污染，能對自然環(huán)境造成一定的破壞。現(xiàn)以某生產(chǎn)航空輕質(zhì)合金精密成型件的鑄造廠熔模精密鑄造工藝為例分析各生產(chǎn)環(huán)節(jié)大氣污染源，針對污染源提出相應(yīng)的解決方案，促進(jìn)鑄造企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

熔模鑄造通常是用易熔材料制成模樣，在模樣表面包覆若干層耐火材料制成型殼，再將模樣熔化排出型殼，從而獲得無分型面的鑄型，經(jīng)高溫焙燒后即可填砂澆注的鑄造方案。熔模鑄造包括壓蠟、修蠟、組樹、沾漿、熔蠟、澆鑄金屬液及后處理等工序。熔模鑄件尺寸精度較高，一般可達(dá)CT4-6（砂型鑄造為CT10-13，壓鑄為CT5-7），熔模鑄件的表面光潔度比一般鑄造件高，一般可達(dá)Ra.1.6-3.2μm。

熔模鑄造最大的優(yōu)點是由于熔模鑄件有著很高的尺寸精度和表面光潔度，可減少機(jī)械加工作業(yè)，節(jié)省機(jī)床設(shè)備和加工工時，大幅度節(jié)約金屬原材料。另一優(yōu)點是，可以鑄造各種合金的復(fù)雜鑄件，特別是高溫合金鑄件。如噴氣式發(fā)動機(jī)的葉片，其流線型外廓與冷卻用內(nèi)腔，用機(jī)械加工工藝幾乎無法形成，用熔模鑄造工藝可以批量生產(chǎn)，并避免了機(jī)械加工后殘留刀紋的應(yīng)力集中。

1 鑄造企業(yè)大氣污染物產(chǎn)生環(huán)節(jié)

大氣污染物產(chǎn)生貫穿在鑄造件生產(chǎn)過程中每一個環(huán)節(jié)，以粉塵和有機(jī)污染物為主，產(chǎn)品不同，生產(chǎn)工藝要求不同，大氣污染物的產(chǎn)生環(huán)節(jié)略有差異[1]。

1.1 投料粉塵

壓芯和配制漿料工序需將氧化鋁、鉬粉、二氧化硅、硅酸鋯等混合壓芯，硅溶膠、白剛玉砂粉、莫來砂粉、氧化釔砂粉等物料投入混料機(jī)內(nèi)配制漿料，粉狀物料投料過程會產(chǎn)生一定量粉塵。

1.2 鹽酸霧

脫水溶蠟，因鑄件要求不同，部分工件需在蠟型內(nèi)做蠟芯，蠟芯的材料為水溶蠟，有蠟芯的需用10%鹽酸溶液中浸泡，去除蠟芯，脫水溶蠟過程中會產(chǎn)生鹽酸霧。

1.3 制蠟有機(jī)廢氣

制模具前需將石蠟熔化處理，用料有新石蠟也有回收的舊蠟，熔蠟溫度一般控制在90℃，熔化后的蠟漿放入靜置桶內(nèi)保溫備用，為防止固化，靜置桶內(nèi)溫度需保持在70℃左右，并不斷攪拌，在此溫度下，石蠟不會發(fā)生受熱裂解，但會揮發(fā)出少量烴類物質(zhì)[2]。

蠟?zāi)褐乒ば蚴褂玫脑o材料包括蠟漿、脫模劑、砂芯，先在壓型表面噴涂脫模劑，再通過壓蠟機(jī)將糊狀蠟料注入模具或砂芯，壓制溫度控制在180℃，低于石蠟沸點322℃，會產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)揮發(fā)物，以VOCs計。

蠟型脫完蠟芯后需進(jìn)行修整，經(jīng)過修整后的蠟型進(jìn)行組樹，交冷芯棒插入裝有糊裝蠟精料的靜置桶內(nèi)停留1～2秒粘取蠟液，重復(fù)多次后蠟層厚度達(dá)3～5mm，然后用焊接蠟將蠟件連接部位熔化，澆口棒焊接在一起，組裝成蠟?zāi)＝M。組合過程中石蠟瞬間急劇加熱，導(dǎo)致石蠟分解產(chǎn)生有機(jī)廢氣。

1.4 淋砂粉塵

淋砂是在蠟?zāi)け砻嬲成弦粚幽突鹕暗[，迅整增厚型殼，分散型殼在后續(xù)干燥硬化中可能產(chǎn)生的應(yīng)力，本項目主要使用莫來砂，莫來砂含粉率一般不超過0.4%，采用機(jī)械淋砂對莫來砂的擾動較小，淋砂工序重復(fù)5～7次，淋砂過程中會產(chǎn)生淋砂粉塵。

1.5 脫蠟有機(jī)廢氣

脫蠟釜加熱至180℃，使石蠟熔化達(dá)到型殼脫蠟的目的，石蠟在密閉脫蠟釜中進(jìn)行，熔化后脫落至水中，時間較短，但石蠟受熱仍會產(chǎn)生少量烴類揮發(fā)物[3]。

脫蠟后的砂殼包裹一層耐火纖維棉，放入電加熱焙燒爐中進(jìn)行預(yù)焙燒，去除工件上的水分及燃燒未脫盡的石蠟，最高溫度控制在600℃左右，預(yù)焙燒過程會產(chǎn)生有機(jī)廢氣。

項目真空熔化澆注過程中會產(chǎn)生少量電爐煙塵。

1.6 振殼粉塵

澆注成型工件冷卻后，需采用振殼機(jī)震擊將鑄件振動，型殼及耐火棉從鑄件上碎落下來，振殼工序需在密閉空間內(nèi)進(jìn)行，振殼過程中會產(chǎn)生粉塵。

1.7 噴砂粉塵

根據(jù)工件尺寸，分別采用噴砂設(shè)備進(jìn)行清砂處理，將粘附在鑄件表面、內(nèi)腔的殘留粘砂、氧化皮、飛邊毛刺等去除，暴露鑄件表面缺陷，以便后續(xù)工序處理。噴砂有空氣噴砂和水噴砂兩種，空氣噴砂有粉塵產(chǎn)生，需配備集塵系統(tǒng)。

1.8 焊接煙塵

有些鑄件需利用焊機(jī)對對接處進(jìn)行焊接組裝，焊材為實心焊絲，焊接過程會產(chǎn)生焊接煙塵，焊接工位上設(shè)集氣罩，焊接煙塵經(jīng)收集后，采用移動式焊接煙塵凈化器凈化處理。

2 鑄造企業(yè)污染防治措施分析

2.1 投料粉塵、淋砂粉塵、噴砂粉塵等需分別經(jīng)集氣罩收集，分別經(jīng)布袋除塵器進(jìn)行處理

布袋除塵器正常工作時，含塵氣體由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入灰斗，由于氣體體積的急速膨脹，一部分較粗的塵粒受慣性或自然沉降等原因落入灰斗，其余大部分塵粒隨氣流上升進(jìn)入袋室，經(jīng)濾袋過濾后，塵粒被滯留在濾袋外側(cè)，凈化后的氣體由濾袋內(nèi)部進(jìn)入上箱體，再由閥板孔、排風(fēng)口進(jìn)入大氣，從而達(dá)到除塵的目的。設(shè)備適用于捕集細(xì)小、干燥、非纖維性粉塵，除塵效率能達(dá)98%以上，運行比較穩(wěn)定，各排放點的粉塵、煙塵均能得到有效處置[4]。

2.2 振殼粉塵收集氣罩收集后，經(jīng)脈沖袋式除塵器+布袋除塵器兩級凈化處理

脈沖袋式除塵器在風(fēng)機(jī)動力的牽引下，除塵器內(nèi)部、除塵管道及除塵罩口處形成負(fù)壓環(huán)境，使揚塵點的粉塵在壓差作用下進(jìn)入除塵器，含塵氣體由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入除塵器后，氣流速度減慢，粗顆粒脫離氣流沉降到集塵室內(nèi)，細(xì)微粉塵隨氣流穿過布袋時被阻于布袋外表面，潔凈氣體由出風(fēng)口排出。振殼工序產(chǎn)生的粉塵量較多，有許多粗顆粒塵，需采用脈沖袋式+布袋除塵兩級除塵方式才能更有效地去除顆粒物。

2.3 生產(chǎn)線蠟處理、蠟?zāi)褐?、修蠟型及組樹工序上方均需設(shè)置集氣罩，將產(chǎn)生的有機(jī)廢氣進(jìn)行收集，經(jīng)活性炭進(jìn)行吸附處理

活性炭是一種多孔性的含炭物質(zhì)，具有高度發(fā)達(dá)的孔隙構(gòu)造，活性炭的多孔結(jié)構(gòu)為其提供了大量的表面積，能與氣體充分接觸，從而賦予了活性炭特有的吸附功能，使其非常容易達(dá)到吸收收集氣體的目的。目前，活性炭吸附裝置吸附處理低濃度有機(jī)廢氣的處理技術(shù)較為成熟，處理效果穩(wěn)定。

2.4 鹽酸霧經(jīng)集氣罩收集后經(jīng)酸霧噴淋凈化處理

酸霧噴淋是以水作為噴淋液，鹽酸霧與水接觸過程中液相與氣相之間發(fā)生物理反應(yīng)，廢氣中的污染物被水捕捉，得到凈化處理的廢氣由引風(fēng)機(jī)抽出排放[5]。

2.5 脫蠟有機(jī)廢氣、預(yù)焙燒有機(jī)廢氣、電爐煙塵通過集氣罩收集后經(jīng)風(fēng)冷降溫，布袋除塵器+活性炭吸附/脫附+催化燃燒裝置凈化處理

活性炭吸附/脫附+催化燃燒，是目前比較先進(jìn)的處理高濃度有機(jī)廢氣的處理工藝，適用于大風(fēng)量低濃度的有機(jī)廢氣治理。通過活性炭吸附再脫附，將有機(jī)廢氣濃縮，變?yōu)楦邼舛刃★L(fēng)量的廢氣，再送入燃燒系統(tǒng)，可大大提高燃燒處理效率，有機(jī)廢氣經(jīng)過催化燃燒反應(yīng)轉(zhuǎn)化生成CO2和水蒸氣等無害物質(zhì)后排放。

3 鑄造企業(yè)大氣污染防治存在問題

鑄造企業(yè)大氣污染物產(chǎn)生環(huán)節(jié)很多，許多企業(yè)存在著廢氣收集率低、環(huán)保設(shè)施不齊全、運行效率不高等問題，大氣污染物超標(biāo)排放現(xiàn)象普遍，部分企業(yè)無組織排放和二次污染嚴(yán)重。鑄造行業(yè)污染防治中存在的問題有：

3.1 管理方式粗放

鑄造行業(yè)入行門檻低，部分縣級市鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠高素質(zhì)高技術(shù)高水平的從業(yè)人員不多，有家族企業(yè)、有從大鑄造廠分支出來的私營企業(yè)，管理水平低，管理方式簡單粗暴，整個廠區(qū)內(nèi)環(huán)境臟、亂、差。

3.2 技術(shù)改造困難

越低生產(chǎn)水平的鑄造企業(yè)污染越嚴(yán)重，受限于產(chǎn)品檔次、市場銷售等條件，這類企業(yè)思想意識不高，經(jīng)濟(jì)能力不強，技術(shù)改造的難度也大，帶動著污染防治各項工作進(jìn)展遲緩。

3.3 知識水平不足

部分企業(yè)缺乏環(huán)保知識，工作開展不力。如采用過大或過小的風(fēng)機(jī)，不能達(dá)到最佳的顆粒物收集處理效果；活性炭填充量不足，更換不及時；對揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生認(rèn)識不足導(dǎo)致防治措施欠缺等，出現(xiàn)各種污染防治不規(guī)范問題。

3.4 污染防治水平差

部分企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重于環(huán)境保護(hù)，建設(shè)和經(jīng)營過程中欠缺統(tǒng)籌考慮。在工藝設(shè)計、環(huán)保設(shè)備選擇等方面不合理，出現(xiàn)污染物收集效率偏低、環(huán)保設(shè)施運行效果不穩(wěn)差、有二次污染風(fēng)險隱患。

4 鑄造行業(yè)發(fā)展建議

4.1 加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，淘汰落后產(chǎn)能

提高鑄造行業(yè)準(zhǔn)入門檻，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，逐步淘汰或關(guān)停規(guī)模小、污染重、能耗高的鑄造企業(yè)，發(fā)展規(guī)模大、污染輕、能耗低的高端鑄造產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)。

4.2 制定優(yōu)惠政策，加快鑄造產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)

采取土地出站、資金獎補等優(yōu)惠政策引導(dǎo)高端鑄造企業(yè)聚集入園，促進(jìn)企業(yè)自主研發(fā)和自主創(chuàng)新，積極采用和推廣先進(jìn)鑄造技術(shù)與工藝裝備，促進(jìn)信息化與工業(yè)化融合，走新型工業(yè)化道路。

4.3 完善行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，推廣節(jié)能減排技術(shù)

制定完善的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，推進(jìn)鑄造行業(yè)整治深度治理，從源頭上減少使用原材料，減少廢料產(chǎn)生量，提高產(chǎn)品附加值水平，全面提升企業(yè)技術(shù)水平和環(huán)境管理水平。

4.4 推進(jìn)生態(tài)環(huán)境防治，強化達(dá)標(biāo)排放

提高鑄造行業(yè)從業(yè)人員環(huán)保意識，建立健全環(huán)境管理規(guī)章制度，生產(chǎn)過程中強化環(huán)境管理，控制每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)污染源，采取有效措施減少污染物的產(chǎn)生，減輕對環(huán)境的不利影響。

5 結(jié)語

我國連續(xù)多年強力推進(jìn)藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，其做法和成果令世界矚目。污染防治攻堅戰(zhàn)、藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)和碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)呈正相關(guān)，具有長期性、復(fù)雜性和艱巨性。目前，環(huán)境治理進(jìn)入關(guān)鍵期，精準(zhǔn)施策尤為重要。鑄造作為大氣重污染行業(yè)，需探索精準(zhǔn)治污路徑，采取多元化科學(xué)管理，鑄造企業(yè)在不斷發(fā)展過程中結(jié)合當(dāng)前存在環(huán)境問題積極探討污染治理解決方案，減少和控制大氣污染物的產(chǎn)生，就能夠促進(jìn)鑄造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步。