以绿色制造为引领 推动铸锻业转型升级

徐治新

(一拖（洛阳）铸造有限公司，河南洛阳 471004)

铸锻件作为我国装备制造业的重要基础性产业，伴随着国家经济实力的持续提升，行业整体上取得了快速的发展。主要表现为：行业增速逐年提高、产量连续增长、产业布局更趋合理、产品品质稳步优化、生产集中度和装备工艺水平不断提升，为我国装备制造业的振兴和发展做出了突出贡献。同时，我们也应该看到，铸锻行业还存在落后产能过剩、产品档次不高、知名品牌缺乏、粗放式生产方式没有根本改观等亟待解决的矛盾和问题。目前，整个行业已进入全面推进结构调整、转型升级和夯实基础的重要阶段，面临着从以往散、低、弱向集（产业集中度）、高（技术水平）、强（竞争力）；从高耗能、高污染向节能减排、环境友好的方向转型升级的重要任务和挑战。

传统铸锻业在推动生产力发展、创造财富的同时,也消耗了大量自然资源，对环境造成了严重污染,不符合国家长远可持续发展的政策导向，因而是没有前途的。绿色制造运用系统工程原理,从最初的产品设计到产品生命周期结束的每一过程都考虑了对资源的优化利用和对环境的各种影响。用绿色制造的理念和方法，对像铸锻这样的传统制造业进行技术改造,既要在硬件上用先进的设备取代落后的设备,更要在思想的软件上用“绿色”的观念指导和引领实践，才能取得良好的效果。

1 铸锻产业的发展

我国铸件产量从2001年的1489万吨增加到2016年4720万吨，增长了2.17倍；锻件产量从246万吨增加到1650万吨，增长了5.7倍。铸件产量连续16年居全球之首；锻件产量约占全球总产量的39%。宏观经济（以汽车为例，2001年总产量233.47万辆，经过十多年的发展，已接近2000万辆）的发展，在推动铸锻件生产能力快速提升的同时，也加剧了与资源节约、环境保护之间的严重矛盾，使铸锻行业发展面临严峻的挑战，不仅不利于铸锻工业技术与国际接轨和和谐社会建设，也更加阻碍了铸锻造行业的持续提升。

河南省铸锻企业大约2000多家，除极少数企业已达到或接近国际先进水平外，大多数铸锻企业规模小、生产工艺设备自动化程度低，存在高能耗、高污染、资源浪费的严重问题，是一个污染排放重、资源消耗大的行业。在工业发达国家铸锻企业用于环境保护的投资约占整个铸锻厂设备投资的20%～30%，而我国只占约5%～8%，相当多的企业甚至不足3%。据测算，以气态污染物为例，每年排放废气约380亿m3、粉尘排放约190万吨。因铸锻行业的生产过程烟气成份非常复杂，除各类粉尘外，还含有二氧化碳、一氧化碳、硫化物、氮氧化物、苯胺等化学类烟尘。总体来说，目前我国铸锻行业大多数生产过程烟气排放难以稳定地达到国家规定的排放标准，污染十分严重。大气污染物的控制与治理，已是关乎到铸锻行业生死存亡的重大问题。因此，行业除应加大结构调整力度外，还要依靠科技、创新机制，大力推广应用环境科学技术，以技术创新促进环保工作升级[1～3]。

2 近几年国家一系列治理环境的政策和法规

2013年国家工业和信息化部正式颁布《铸造行业准入条件》，在环境监测中制订了GB7078-1996《工业炉窑大气污染物综合排放标准》、GBl327-2001《锅炉窑大气污染物排放标准》、GB／T28001-2011《职业健康安全管理体系的要求》及GB14554-1993《恶臭污染物排放标准》等标准。

北京“两会”期间，多名委员在提案中提出要打好“蓝天保卫战”，生态环保约束将越来越严，手段会越来越硬。政府将通过关停污染企业，倒逼创新驱动和转型升级，实现绿色可持续发展。既要金山银山，又要绿水青山。

国家强力推进实施《试点区域大气污染防治“十二五”规划》，采取综合治理PM2.5，确保2015年重点区域PM2.5深度下降5%，京、津、冀、珠三角、长三角区域深度下降6%。最新颁布的《环境空气细颗粒物污染防治技术政策》提出了全面防治PM2.5，相关措施包括工业污染源治理、移动污染源治理、农业污染源治理、其他污染源治理以及污染的预警和应急等。

工信部出台了《关于金属工业节能减排的指导意见》。文中指出：到2015年每万元工业增加值耗电比2010年降低18%，节约标煤750万吨，二氧化硫排放总量减少110%，污染物排放总量和排放浓度全面达到国家有关标准。当前，节能环保已成为经济发展、改善民生的重中之重[4]。

国家环保部[2016]101号文件《关于扎实做好今冬明春大气污染防治工作的通知》，要求京、津、冀、鲁、豫城市通道中的企业错峰生产。河南省人民政府办公厅[2016]117号《关于大气污染防治攻坚战7个实施方案的通知》、豫工信联节[2016]229号《关于重点行业企业错峰生产实施方案的通知》中规定“2016年11月1日至2017年1月31日,对全省96家重点铸造企业实施错峰生产，其余铸造企业全部停产”。

近年来，随着雾霾天气的加重，大气污染防治成为群众关注的热点问题。2016年10月以来，铸锻行业被政府列为环保重点监控对象。河南省大部分铸锻企业停产、限产或错峰生产。为表达铸锻行业的合理诉求，省铸锻协会主动与政府有关部门联系，反映铸锻企业有别于钢铁、电力排放，希望不要采取一刀切的治理方式，得到了政府有关部门的积极回应。最近，环保部出台的《京津冀及周边地区2017年大气污染防治工作方案》中对铸造（不含电炉、天然气炉）进行了区别性的规定。

由此可以看出，在转型升级过程中，我国铸锻行业将面临来自国内外巨大的压力和挑战。从外部环境来看，我国正处于经济结构调整和增长速度换挡的叠加期，深层次矛盾凸显，经济下行压力依然较大；廉价要素供给难以维系，多方面推高铸锻企业成本；技术引进难度增大，自主创新仍然不足；资源利用、环境保护的约束明显增强。

当前，我国正处于由铸锻大国向铸锻强国转变的起步阶段，我们必须按照《河南省铸锻行业“十三五”发展规划》提出的“把推进绿色理念贯穿铸锻造生产的全过程”的要求，通过优化工艺、产品、装备、工厂设计，实现集约化、规模化、专业化生产，提高铸锻件合格率，降低能耗物耗，改善作业环境，有效治理污染，减少废弃物排放，做到减量化、再循环、再利用，实现铸锻全过程节能减排，让“绿色铸锻”起好步、开好局。

3 一拖铸造推进绿色制造的有益探索

一拖（洛阳）铸造有限公司（以下简称“一拖铸造”）作为第一拖拉机股份有限公司的全资子公司，由六个专业铸造厂（原第一铸铁厂、第二铸铁厂、球铁铸铝厂、铸钢厂、通用铸造厂、精铸厂等）整合重组而成。产品主要为缸体、缸盖及复杂壳体类铸件，年产能14万吨。一拖铸造作为老企业，拥有德国KW铸造生产线、苏铸机静压铸造线、瑞士GF气冲造型线。以上三条生产线系统，是铸造公司的主要生产单元，主要配套大轮拖、100/105柴油机。2010年前，一拖铸造KW线、静压线均为冲天炉熔炼，生产时会产生大量的粉尘、CO、CO2、NOX、SO2等污染环境，虽屡经治理，但效果不甚理想。为此，2011年，一拖铸造启动了“铸造系统绿色科技升级改造项目”，旨在通过应用绿色铸造新工艺、新技术，实施管理同步升级，推进环境治理，实现增速提效，改变了一拖铸造脏、乱、差的旧面貌，推动整洁、绿色、环保理念的新发展。

3.1 恪尽社会责任，推进环境治理

2011年6月，一拖铸造配置KW造型线2套12.5t熔化电炉（图1）、静压造型线1套10t熔化电炉，搬迁1套10t保温电炉，熔化电炉于2012年4月投入运行；2012年4月，静压造型线实现冲天炉永久性关停；2012年6月，KW造型线实现冲天炉永久性关停。通过以上改造和关停，实现了 CO、CO2、NOX、SO2零 排 放 ， 粉 尘 排 放 降 至50mg/m3以下（见表1），极大改善了生产作业环境，且每年可节省SO2、烟尘、固体废弃物等排污处置费用200万元。

图1 KW造型线12.5t中频感应电炉

图2 KW线抛丸清理机通风除尘设备设施

表1 改造前后污染物控制情况

2013年，一拖铸造针对KW线、静压线及气冲线区域除尘效果不佳，现场作业环境差的问题，有步骤、分阶段对以上3个区域进行了投资治理，更新、新增除尘器69台，治理扬尘点123处。治理过程中，针对铸造除尘设备难维护、易失效的难题，因地制宜，拒水滤料，采取单机或集中的除尘方案，有效解决除尘管道易堵塞、糊滤料的问题。对回砂皮带中含煤粉、粘土的粉尘，回用到配砂系统中，既节约了资源，减少了粉尘清运量，又实现了达标排放，使相关区域的作业环境得到显著改善。

3.2 优化清理流程，改善作业环境

对KW线清理工艺流程进行了改造。第一，扩建清理厂房面积约1800平方米，新增鳞板输送机、振动输送槽替代原先的叉车转运，优化了铸件的冷却、转运、落砂等工艺线路，减少转运环节，实现了落砂区域的全封闭，解决了叉车转运造成的环境污染和物流不畅等问题，使KW线的运行效率大幅提高。第二，对KW生产系统清理工艺布局进行优化，根据KW产品多品种的特点，用九抛头步进式抛丸机替代原Q384通过式抛丸机，新增机械手抛丸机、缸体磨床等设备，同步完善相关通风除尘设施，使多品种铸件物流顺畅、抛磨清铲适应性强，彻底解决了铸件积压、物流不顺畅等问题，改善了现场作业环境，提高了“一个流”通过能力。

图3 改造前后铸件转运通道效果图

图5 消失模造型线

同时，扩建KW线厂房面积约1000平方米，用于新增KW线2条冷却道，将铸件冷却时间延长1.56小时以上，解决铸件裂纹等质量问题。

图4 KW线新增冷却道改造

3.3 新建消失模生产线，构建绿色铸造

消失模铸造工艺是目前国际上先进的铸造工艺之一，具有精度高、表面质量好、便于清理、成本低等特点，可有效改善铸造生产的作业条件与环境、降低劳动强度、减少能源消耗，被国内外誉为21世纪的一次绿色铸造“革命”。

一拖铸造于2014年新建的1.5万吨消失模生产线，是根据自身需要量身定做的一条全自动生产线。砂箱尺寸为1200 mm×1100 mm×1300mm，生产率设计为20箱/小时，主要生产HT200—250及球铁铸件，实现了当年投产，当年达产，当年创效。消失模采用回收利用率95%以上的天然硅砂作为造型材料，不含有粘结剂。模型表面使用水基混合涂料，不产生污染。各扬尘点均采用除尘器除尘。消失模生产使用的聚苯乙烯，在浇注过程中产生的苯类有机废气经过催化燃烧处理，净化率达99%。

两年来，一拖铸造消失模生产线运行良好。现场环境整洁干净，铸件品质明显提升。作业环境上的投入在铸件质量提升上取得了事半功倍的效果，取得了当前利益、长远利益、环境利益的多赢局面。

3.4 运用绿色技术，循环利用资源

3.4.1 旧砂再生

针对铸造企业外排废砂造成环境污染的问题，2015年，一拖铸造与上海圣泉兰科环保设备有限公司合作，新建了一拖铸造旧砂再生循环利用项目。项目对废砂进行全量再生分级利用，再生砂回用铸造，分离出的污泥经干化后，可替代煤粉、水泥、煤球等材料作为外掺料使用，废砂综合利用率达到了100%，实现铸造废砂零排放，有效地解决了固体废弃物排放问题，为一拖铸造可持续发展创造了良好的条件。项目自2016年投产后，其生产的再生砂已能用于所有铸件品种，包括缸体、缸盖及壳体等关键铸件的砂芯生产，取得了预期效果并实现常态化管理。

3.4.2 中水回用

为提高水资源利用率，一拖铸造实施中水回用，将供水管道进行了彻底改造，实现了饮用水、洗澡水等生活用水与工业用水彻底分离（见图7），混砂机、双盘冷却器用水全部采用中水（见图8），卫生间冲水也全部使用中水（见图9）。中水用水量占比达到25%。同时，旧砂再生湿法工艺所需用水也全部采用中水。

图6 旧砂再生系统及再生砂制芯

图7 混砂机使用中水混砂

图8 使用中水的冷却系统

图9 中水与生活用水分离

4 推进两化融合，助力绿色发展

一拖铸造顺应信息化发展趋势，把两化融合作为建设绿色铸造的重要切入点，运用信息技术改造提升传统产业，淘汰落后产能。

当前，在铸件生产过程中，一方面人工和机械的生产方式，其精度和可靠性已不能满足高品质铸件的需求；另一方面，“招工难”、“用工贵”常年困扰铸造业的发展。因此，采用机器人及集成技术代替人工完成简单重复性且劳动强度高的工作，进而提高操作精度和生产效率已是大势所趋。

一拖铸造KW生产线采用砂型喷涂机器人代替人工进行砂型喷涂作业，保证了质量，降低了劳动强度、减少了人工成本的投入（见图10）。

图10 砂型喷涂机器人

采用铸件磨削机器人代替人工进行铸件柔性打磨作业，使工人摆脱恶劣作业环境的同时，还提高产品一致性及品质（见图11）。接下来，一拖铸造将在复杂铸件制芯工序，使用取芯和浸涂料机器人，在KW线使用自动浇注机，使日趋成熟的“智能化、数字化”铸造装备得到广泛应用。

图11 铸件磨削机器人

采用美国海克斯康激光三维扫描仪，对模具、铸件进行各种测量、检测及逆向工程系统应用，在提高现场质量反应速度，确保铸件品质提升等方面发挥了重要的作用。

5 推进职业健康管理，践行以人为本理念

2014年，一拖铸造通过北京中联认证中心，引进环境/职业健康安全管理体系，确定了“健康安全、重在预防、保护环境、遵规守矩、以人为先、持续发展”的环境/职业健康安全方针，依据GB/T24001-2004标准、GB/T28001-2011标准，每年开展“双认证”审核工作，坚持隐患整改和职工教育相结合，污染控制和污染治理相结合，树立关爱职工健康、改善作业环境、消除安全隐患、减少污染排放的理念，不断提高全员思想健康环保意识和技能。同时，坚持每年全员全面体检，实现健康规范化管理。

图12 缸体检测应用

6 注重整体筹划，推进节能降耗

一是完善分级管理、分线负责的节能管理体系。通过明确职责分工、分解管理目标、细分管理责任、量化管理标准、建立管评机制，落实管理考核，推动自主管理能力提升。二是降低电能消耗。采取避峰就谷生产方式，实施削峰填谷作业，优化用电结构，将公司综合电价控制到0.54元/kW·h左右。三是加强节能监测。对64个重点用能点进行动态监测，发现异常，快速反应。

7 结语

绿色制造是企业转变发展方式、实现可持续发展的内在要求，进一步推动节能减排、绿色环保是铸造业的永恒课题。随着国家对环境整顿力度的加大和民众环保意识的增强，一些高污染、高消耗的企业将举步维艰、难以为继。铸锻行业要想得到一个良性持久的发展，就要主动响应国家政策号召，积极转变发展思路，走高效、节能、环保的绿色发展之路。近年来，一拖铸造以打造绿色环保企业为己任，以提高资源、能源利用效率为核心，通过技术改造及苦练内功，大力发展低碳经济和循环型经济，致力于建设资源节约型、环境友好型企业，走出了一条实力持续增强、能耗持续下降、效益持续提升、环境持续改善的绿色发展之路。一拖铸造愿与其它铸锻企业共享发展经验，共走绿色制造道路，共同推进铸锻行业转型升级。

[1] 尤丙夫,姜南,王俊杰.推进冲天炉消烟净化环保节能技术的发展[J].铸造设备与工艺，2014（2）：55-58+62.

[2] 尤丙夫,姜南,王俊杰,等.论绿色铸造发展及环保塑烧板除尘器技术革新[J].机械工业标准化与质量,2014(7)：34-38.

[3] 李怀明,秦洪建,刘新江.浅析铸造车间除尘系统设计及除尘设备选择[J].机械工业标准化与质量,2015(7)：20-24.

[4] 王俊杰,尤丙夫,王伟.推进铸造除尘技术发展,解决高粘度、高油烟粉尘的净化 [C].2014中国铸造活动周论文集，河南，2014：792-795.