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國內(nèi)鑄造業(yè)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展建議
瀏覽: 發(fā)布日期:2017-03-15 14:28:35

  鑄造行業(yè)是機械工業(yè)的耗能大戶,能耗高、能源利用率低、污染嚴(yán)重、經(jīng)濟效益差制約了鑄造行業(yè)的發(fā)展。合理使用能源,大力抓好節(jié)約能源是鑄造行業(yè)的一項重要任務(wù)。本文分析了鑄造行業(yè)能源利用現(xiàn)狀,從熔煉、加熱系統(tǒng)、造型制芯技術(shù)與裝備、低應(yīng)力鑄鐵、鑄態(tài)球墨鑄鐵、球鐵無冒口鑄造、鑄鋼保溫冒口與保溫補貼、沖天爐廢氣綜合利用和佘熱回收利用等方面闡述了鑄造行業(yè)行之有效的主要節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用,并對發(fā)展我國鑄造節(jié)能技術(shù)提出幾點措施建議。

  1.問題的提出能源是一種重要的地球資源,是人類社會發(fā)展的物慣基礎(chǔ)。能源資源問題是關(guān)系我國經(jīng)濟社會發(fā)展全局的一個重大戰(zhàn)略問題。能源供應(yīng)和利用狀況直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)發(fā)展。開發(fā)、合理有效地利用能源,既可保持社會的適度發(fā)展,又可減少資源消耗。

  目前我們所利用的能源主要是以煤、石油、天然氣等不可再生的一次性能源,用一點少一點,遲早有一天消耗殆盡。我國能源資源從數(shù)量上看比較豐富,但人均占有量遠(yuǎn)低于世界平均水平,而且能源利用率低,其中煤利用率不到10%。據(jù)報導(dǎo),我圍GDP的50%來源于高能耗。2003年我國GDP總量達11.58萬億元,消耗16億噸煤,2.5億噸原油,2億多噸鋼材,8億噸水泥。2004年我國GDP總量達l3.65萬億元,消耗能源更多。

  我國經(jīng)濟增長的成本高于世界平均水平25%以上,我國每創(chuàng)造l美元產(chǎn)值所消耗的能源是美國的4.3倍,德國和法國的7.7倍,日本的11.5倍。我國傳統(tǒng)的高投入、高消耗、高成本、低產(chǎn)出的經(jīng)濟增長方式應(yīng)徹底改變。我國節(jié)約能源法規(guī)定,“節(jié)能是國家發(fā)展經(jīng)濟的一項長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針。”鑄造行業(yè)是個高能耗的行業(yè),除做好能源的開發(fā)、有效利用外,長期戰(zhàn)略任務(wù)就是大力開展節(jié)能降耗工怍。2.鑄造行業(yè)能源利用現(xiàn)狀鑄造在機械制造業(yè)中占有十分重要的地位,鑄造技術(shù)是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主體技術(shù)之一,是機械產(chǎn)品毛坯的供應(yīng)者。僅2003年就為國民經(jīng)濟各部門提供1987萬噸鑄件。但鑄造是一個大量耗能的生產(chǎn)過程,是個高投入、高消耗、高或本、低產(chǎn)出的既傳統(tǒng)又不可缺少的行業(yè)。僅2004年,我國鑄造行業(yè)就消耗焦炭300萬噸,生鐵1000萬噸,新砂1000萬噸,各種粘結(jié)劑30—40萬噸。近些年來,由于我國鑄造業(yè)取得長足發(fā)展,鑄件產(chǎn)量是以犧牲環(huán)境保護、浪費能源和材料為代價。在我國鑄造生產(chǎn)中,能源和材料的投人約占其產(chǎn)值的55%-70%。是機械工業(yè)的耗能大戶,其能耗占機械工業(yè)總能耗的23%-62%,能耗利用率為l5%-25%。我國每噸鑄件所需能源是工業(yè)發(fā)達國家的2—3倍。

     我國每生產(chǎn)1噸合格鑄鐵件的能耗為500-700kg標(biāo)煤,占生產(chǎn)成本的15%,而日本每噸鑄鐵件能耗僅占生產(chǎn)成本4.3%。我國每生產(chǎn)1噸合格鑄鋼件的能耗為800-1000kg標(biāo)煤,國外僅為500-800kg標(biāo)煤。造成我國鑄造業(yè)能耗高的主要原因是多方面的。2.1經(jīng)濟規(guī)模差專業(yè)化程度低我國現(xiàn)有鑄造廠點約2.2萬個,點多規(guī)模小,專業(yè)化程度低。按2003年我國鑄件總量1987萬噸計,平均每一鑄造企業(yè)的產(chǎn)量不足1000噸,其中300噸以下企業(yè)約占1/3,年產(chǎn)300-5000噸的企業(yè)占l/2以上,年產(chǎn)5000噸以上企業(yè)只占l/6,年產(chǎn)萬噸以上的企業(yè)約占1%。工業(yè)發(fā)達國家的鑄造企業(yè)一般規(guī)模都在5000噸以上,萬噸以上的企業(yè)所占的比例很大,還有10萬噸甚至60萬噸的企業(yè)。我國鑄造專業(yè)化程度只有30%,工業(yè)發(fā)達國家達80%-90%。不難看出,我國有上萬家鑄造企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模在幾百噸,而且還有相當(dāng)多的鑄造企業(yè)是“大而全”,“小而全”,沒有形成技術(shù)特色、產(chǎn)品特色,設(shè)備配置不合理,利用率低,大馬拉小車現(xiàn)象普遍存在,造成能源損失大。2.2鑄造生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備等基礎(chǔ)條件差我國鑄造生產(chǎn)過程和檢測手段不夠完善是造成能耗高的重要原因之一。

  (1)熔煉在鑄造生產(chǎn)中,用于熔煉的能耗約占整個鑄件生產(chǎn)能耗的50%。熔煉鑄鐵時,工業(yè)發(fā)達國家大多數(shù)采用熱風(fēng)連續(xù)作業(yè)的長爐齡沖天爐,而我國只有少數(shù)企業(yè)采用長爐齡熱風(fēng)沖天爐。大多數(shù)沖天爐只開4-8h就打爐,造成爐體蓄熱損失(約占熔化能耗10%以上)和打爐底焦的熱損失。鐵水溫度普遍在1380℃-1450℃(國外為1500℃一1550℃)。熔煉鑄鋼時,工業(yè)發(fā)達國家在冶煉合金鋼時多采用AOD、VOD設(shè)備,我國只有少數(shù)廠家采用,大多數(shù)仍采用電弧爐生產(chǎn)方式。有時企業(yè)由于電力供應(yīng)不足,采取夜間低谷用電,每次只能開4—5爐次就停爐。每新開一次爐就增加一次爐體的蓄熱損失。一般第一次爐鋼水的耗電量在1000-1200kWh/t鋼液,從第三爐開始耗電量一般都低于800kWh/t鋼液,如果每一次開爐的爐次越少,平均每噸鋼水耗電量就相應(yīng)增高。熔煉有色合金時,國外采用工頻感應(yīng)電爐熔煉,熱效率達45%,我國有不少企業(yè)在采用燃油坩堝爐、焦炭坩堝爐或電阻爐,這些爐子的熱效率低,分別為l1%、3%-7%、25%。

  (2)造型、制芯國內(nèi)除少數(shù)為汽車、內(nèi)燃機配套的鑄造骨干企業(yè)采用高密度的高壓、靜壓、射壓、氣沖造型等先進高效流水線造型和樹脂砂熱芯盒、冷芯盒制芯工藝外,大多數(shù)鑄造企業(yè)仍采用震壓式造型機造型或手工造型或粘土干型、水玻璃砂工藝和以桐油、合脂、粘土等粘結(jié)劑為主的制芯工藝,生產(chǎn)周期長,能耗高。

  (3)工藝設(shè)計國外普遍采用CAD/CAM,而我國除少數(shù)企業(yè)外,多數(shù)憑工藝員經(jīng)驗設(shè)計,鑄件澆冒口大,肥頭大耳,加工余量大,鑄件超重超厚現(xiàn)象普遍存在。我國鑄件尺寸精度比國外普遍低1-2級,表面粗糙度比國外差l-2級,加工余量比國外高出1倍以上,鑄件壁厚也比國外厚得多。鑄件廢品率也比國外高得多,我國鑄鐵件廢品率通常為9%-15%,鑄鋼件廢品率為5%一l5%,而國外的鑄鐵件和鑄鋼件的廢品率均低于5%。由此可見,鑄件澆冒口大,鑄件超重超厚,鑄件尺寸精度低,表面粗糙,鑄件廢品率高都直接或間接加大了能源消耗。2.3缺乏科學(xué)管理長期以來,由于普遍存在重冷輕熱思想,鑄造行業(yè)一直不被重視。政府有關(guān)部門未能對鑄造行業(yè)的能源合理利用和節(jié)約進行全面規(guī)劃和政策引導(dǎo)。鑄造行業(yè)的能源管理體系尚未健全完善,節(jié)約能源的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)化體系也尚未建立。不少鑄造企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)對能源的管理缺乏足夠重視。節(jié)能工作尚未提到議事日程上來,既沒有建立能源管理機構(gòu),又沒有從事能源管理、節(jié)能技術(shù)推廣的專門管理人員。只重產(chǎn)值,不計能耗,只重使用能源,忽視能源節(jié)約,從而造成了鑄造行業(yè)能耗高、能源浪費的局面。

  3.鑄造生產(chǎn)的節(jié)能技術(shù)與節(jié)能措施經(jīng)過我國鑄造工作者長期不懈的努力,取得了一系列鑄造生產(chǎn)的節(jié)能技術(shù)與節(jié)能措施,這些節(jié)能技術(shù)仍具有現(xiàn)實的適用價值,值得推廣應(yīng)用。

  3.1以熔煉為中心的節(jié)能技術(shù)鑄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,采用先進適用的熔煉設(shè)備和熔煉工藝是節(jié)能的主要措施。3.1.1鑄鐵熔煉的節(jié)能技術(shù)(1)推廣采用熱風(fēng)、水冷、連續(xù)作業(yè)長爐齡沖天爐沖天爐向大型化、長時間連續(xù)作業(yè)方向發(fā)展是必然趨勢。國外的鑄造企業(yè)把它作為一項重要節(jié)能措施加以應(yīng)用。近些年來,國內(nèi)也在這方面做了大量的工作,已有部分企業(yè)采用,取得了明顯的節(jié)能效果。例如,采用大排距雙層送風(fēng)沖天爐技術(shù),可節(jié)約焦炭20%-30%,降低廢品率5%,Si、Mn燒損分別降低5%-10%;水冷無爐襯和薄爐襯沖天爐,連續(xù)作業(yè)時間長,可節(jié)能30%以上;熱風(fēng)沖天爐既節(jié)能又環(huán)保。(2)推廣沖天爐一電爐雙聯(lián)熔煉工藝沖天爐一電爐雙聯(lián)熔煉是利用沖天爐預(yù)熱、熔化效率高和感應(yīng)電爐過熱效率高的優(yōu)點,來提高鐵液質(zhì)量,達到降低能耗的目的。近些年來,隨著焦炭、生鐵等原材料價格大幅上揚和鑄件品質(zhì)要求越來越高,單獨使用電爐熔煉日益增多,利用夜間低谷電生產(chǎn),也取得了較好的經(jīng)濟效益和節(jié)能效果。

     (3)推廣應(yīng)用鑄造焦沖天爐熔煉采用鑄造焦燃料是提高鐵液溫度和質(zhì)量的有效途徑。國外大多數(shù)沖天爐熔煉采用鑄造焦。由于鑄造焦價格高或是由于習(xí)慣等原因至今國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)仍使用冶金焦,甚至有的企業(yè)使用土焦,這不僅影響鑄件質(zhì)量,而且焦耗量大。如應(yīng)用鑄造焦,廢品率可下降2%。因此,發(fā)展鑄造焦生產(chǎn),降低鑄造焦生產(chǎn)成本,推廣應(yīng)用鑄造焦是提高鑄件質(zhì)量,降低能源消耗的措施之一。(4)沖天爐富氧、除濕送風(fēng)沖天爐使用冶金焦時,鐵液溫度很難穩(wěn)定達到1500℃,如采用3%的富氧送風(fēng)就能保證,并且每噸鐵液可凈降低能耗l0kg左右標(biāo)煤。沖天爐除濕送風(fēng)通常在南方潮濕地區(qū)使用,它可以提高鐵液溫度,減少硅、錳等元素的燒損,提高鐵液質(zhì)量和熔化率,降低焦耗13%-17%。(5)沖天爐采用計算機控制技術(shù)沖天爐采用計算機控制包含計算機配料、爐料自動稱量定量和熔化過程的自動化控制。使沖天爐處在優(yōu)化狀態(tài)下工作,可獲得高質(zhì)量的鐵液和合適的鐵液溫度。與手工控制相比,可節(jié)約焦炭10%-15%。(6)推廣使用沖天爐專用高壓離心節(jié)能風(fēng)機目前國內(nèi)仍有不少沖天爐使用羅茨或葉氏容積式風(fēng)機,能耗大噪聲高。采用沖天爐專用的高壓離心風(fēng)機,可節(jié)電50%-60%,熔化率提高33%左右。3.1.2鑄鋼熔煉的節(jié)能技術(shù)目前國內(nèi)仍有不少企業(yè)采用燃油坩堝爐和焦炭坩堝爐熔煉有色金屬,這兩種熔煉設(shè)備不僅效率低,而且造成環(huán)境污染,應(yīng)盡快淘汰,代之采用熱效率高、作業(yè)環(huán)境好、熔煉金屬液質(zhì)量高的感應(yīng)電爐熔煉。

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