以熔模精密铸造工艺为例分析铸造企业大气污染防治对策

杨晓丽

（青岛市生态环境局平度分局，山东 青岛 266700）

搞 要：铸造行业是我国经济发展支柱行业，企业数量多，产量也居世界首位，但与发达国家相比，生产工艺较落后，存在一批脏、乱、差的小企业。随着这几年生态环境保护督察力度的加强，频繁的行业治理整顿，使情况有了较大改观，但环境污染仍然严竣。以熔模精密铸造工艺为例分析铸造企业大气污染物产生环节及采取的污染防治措施，探讨污染防治中存在的问题，展望铸造行业污染防治发展前景。

0 引言

我国是世界上最大的铸件生产国家，铸造产品产值占据国民经济一定比例。但铸造行业也是污染较重且高能耗的行业，最为严重的污染表现为大气污染，能对自然环境造成一定的破坏。现以某生产航空轻质合金精密成型件的铸造厂熔模精密铸造工艺为例分析各生产环节大气污染源，针对污染源提出相应的解决方案，促进铸造企业的可持续发展。

熔模铸造通常是用易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。熔模铸造包括压蜡、修蜡、组树、沾浆、熔蜡、浇铸金属液及后处理等工序。熔模铸件尺寸精度较高，一般可达CT4-6（砂型铸造为CT10-13，压铸为CT5-7），熔模铸件的表面光洁度比一般铸造件高，一般可达Ra.1.6-3.2μm。

熔模铸造最大的优点是由于熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度，可减少机械加工作业，节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料。另一优点是，可以铸造各种合金的复杂铸件，特别是高温合金铸件。如喷气式发动机的叶片，其流线型外廓与冷却用内腔，用机械加工工艺几乎无法形成，用熔模铸造工艺可以批量生产，并避免了机械加工后残留刀纹的应力集中。

1 铸造企业大气污染物产生环节

大气污染物产生贯穿在铸造件生产过程中每一个环节，以粉尘和有机污染物为主，产品不同，生产工艺要求不同，大气污染物的产生环节略有差异[1]。

1.1 投料粉尘

压芯和配制浆料工序需将氧化铝、钼粉、二氧化硅、硅酸锆等混合压芯，硅溶胶、白刚玉砂粉、莫来砂粉、氧化钇砂粉等物料投入混料机内配制浆料，粉状物料投料过程会产生一定量粉尘。

1.2 盐酸雾

脱水溶蜡，因铸件要求不同，部分工件需在蜡型内做蜡芯，蜡芯的材料为水溶蜡，有蜡芯的需用10%盐酸溶液中浸泡，去除蜡芯，脱水溶蜡过程中会产生盐酸雾。

1.3 制蜡有机废气

制模具前需将石蜡熔化处理，用料有新石蜡也有回收的旧蜡，熔蜡温度一般控制在90℃，熔化后的蜡浆放入静置桶内保温备用，为防止固化，静置桶内温度需保持在70℃左右，并不断搅拌，在此温度下，石蜡不会发生受热裂解，但会挥发出少量烃类物质[2]。

蜡模压制工序使用的原辅材料包括蜡浆、脱模剂、砂芯，先在压型表面喷涂脱模剂，再通过压蜡机将糊状蜡料注入模具或砂芯，压制温度控制在180℃，低于石蜡沸点322℃，会产生挥发性有机挥发物，以VOCs计。

蜡型脱完蜡芯后需进行修整，经过修整后的蜡型进行组树，交冷芯棒插入装有糊装蜡精料的静置桶内停留1～2秒粘取蜡液，重复多次后蜡层厚度达3～5mm，然后用焊接蜡将蜡件连接部位熔化，浇口棒焊接在一起，组装成蜡模组。组合过程中石蜡瞬间急剧加热，导致石蜡分解产生有机废气。

1.4 淋砂粉尘

淋砂是在蜡膜表面粘上一层耐火砂砾，迅整增厚型壳，分散型壳在后续干燥硬化中可能产生的应力，本项目主要使用莫来砂，莫来砂含粉率一般不超过0.4%，采用机械淋砂对莫来砂的扰动较小，淋砂工序重复5～7次，淋砂过程中会产生淋砂粉尘。

1.5 脱蜡有机废气

脱蜡釜加热至180℃，使石蜡熔化达到型壳脱蜡的目的，石蜡在密闭脱蜡釜中进行，熔化后脱落至水中，时间较短，但石蜡受热仍会产生少量烃类挥发物[3]。

脱蜡后的砂壳包裹一层耐火纤维棉，放入电加热焙烧炉中进行预焙烧，去除工件上的水分及燃烧未脱尽的石蜡，最高温度控制在600℃左右，预焙烧过程会产生有机废气。

项目真空熔化浇注过程中会产生少量电炉烟尘。

1.6 振壳粉尘

浇注成型工件冷却后，需采用振壳机震击将铸件振动，型壳及耐火棉从铸件上碎落下来，振壳工序需在密闭空间内进行，振壳过程中会产生粉尘。

1.7 喷砂粉尘

根据工件尺寸，分别采用喷砂设备进行清砂处理，将粘附在铸件表面、内腔的残留粘砂、氧化皮、飞边毛刺等去除，暴露铸件表面缺陷，以便后续工序处理。喷砂有空气喷砂和水喷砂两种，空气喷砂有粉尘产生，需配备集尘系统。

1.8 焊接烟尘

有些铸件需利用焊机对对接处进行焊接组装，焊材为实心焊丝，焊接过程会产生焊接烟尘，焊接工位上设集气罩，焊接烟尘经收集后，采用移动式焊接烟尘净化器净化处理。

2 铸造企业污染防治措施分析

2.1 投料粉尘、淋砂粉尘、喷砂粉尘等需分别经集气罩收集，分别经布袋除尘器进行处理

布袋除尘器正常工作时，含尘气体由进风口进入灰斗，由于气体体积的急速膨胀，一部分较粗的尘粒受惯性或自然沉降等原因落入灰斗，其余大部分尘粒随气流上升进入袋室，经滤袋过滤后，尘粒被滞留在滤袋外侧，净化后的气体由滤袋内部进入上箱体，再由阀板孔、排风口进入大气，从而达到除尘的目的。设备适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘，除尘效率能达98%以上，运行比较稳定，各排放点的粉尘、烟尘均能得到有效处置[4]。

2.2 振壳粉尘收集气罩收集后，经脉冲袋式除尘器+布袋除尘器两级净化处理

脉冲袋式除尘器在风机动力的牵引下，除尘器内部、除尘管道及除尘罩口处形成负压环境，使扬尘点的粉尘在压差作用下进入除尘器，含尘气体由进风口进入除尘器后，气流速度减慢，粗颗粒脱离气流沉降到集尘室内，细微粉尘随气流穿过布袋时被阻于布袋外表面，洁净气体由出风口排出。振壳工序产生的粉尘量较多，有许多粗颗粒尘，需采用脉冲袋式+布袋除尘两级除尘方式才能更有效地去除颗粒物。

2.3 生产线蜡处理、蜡模压制、修蜡型及组树工序上方均需设置集气罩，将产生的有机废气进行收集，经活性炭进行吸附处理

活性炭是一种多孔性的含炭物质，具有高度发达的孔隙构造，活性炭的多孔结构为其提供了大量的表面积，能与气体充分接触，从而赋予了活性炭特有的吸附功能，使其非常容易达到吸收收集气体的目的。目前，活性炭吸附装置吸附处理低浓度有机废气的处理技术较为成熟，处理效果稳定。

2.4 盐酸雾经集气罩收集后经酸雾喷淋净化处理

酸雾喷淋是以水作为喷淋液，盐酸雾与水接触过程中液相与气相之间发生物理反应，废气中的污染物被水捕捉，得到净化处理的废气由引风机抽出排放[5]。

2.5 脱蜡有机废气、预焙烧有机废气、电炉烟尘通过集气罩收集后经风冷降温，布袋除尘器+活性炭吸附/脱附+催化燃烧装置净化处理

活性炭吸附/脱附+催化燃烧，是目前比较先进的处理高浓度有机废气的处理工艺，适用于大风量低浓度的有机废气治理。通过活性炭吸附再脱附，将有机废气浓缩，变为高浓度小风量的废气，再送入燃烧系统，可大大提高燃烧处理效率，有机废气经过催化燃烧反应转化生成CO2和水蒸气等无害物质后排放。

3 铸造企业大气污染防治存在问题

铸造企业大气污染物产生环节很多，许多企业存在着废气收集率低、环保设施不齐全、运行效率不高等问题，大气污染物超标排放现象普遍，部分企业无组织排放和二次污染严重。铸造行业污染防治中存在的问题有：

3.1 管理方式粗放

铸造行业入行门槛低，部分县级市乡镇铸造厂高素质高技术高水平的从业人员不多，有家族企业、有从大铸造厂分支出来的私营企业，管理水平低，管理方式简单粗暴，整个厂区内环境脏、乱、差。

3.2 技术改造困难

越低生产水平的铸造企业污染越严重，受限于产品档次、市场销售等条件，这类企业思想意识不高，经济能力不强，技术改造的难度也大，带动着污染防治各项工作进展迟缓。

3.3 知识水平不足

部分企业缺乏环保知识，工作开展不力。如采用过大或过小的风机，不能达到最佳的颗粒物收集处理效果；活性炭填充量不足，更换不及时；对挥发性有机物产生认识不足导致防治措施欠缺等，出现各种污染防治不规范问题。

3.4 污染防治水平差

部分企业经济发展重于环境保护，建设和经营过程中欠缺统筹考虑。在工艺设计、环保设备选择等方面不合理，出现污染物收集效率偏低、环保设施运行效果不稳差、有二次污染风险隐患。

4 铸造行业发展建议

4.1 加快产业结构优化调整，淘汰落后产能

提高铸造行业准入门槛，加快产业结构调整，逐步淘汰或关停规模小、污染重、能耗高的铸造企业，发展规模大、污染轻、能耗低的高端铸造产品生产企业。

4.2 制定优惠政策，加快铸造产业集群建设

采取土地出站、资金奖补等优惠政策引导高端铸造企业聚集入园，促进企业自主研发和自主创新，积极采用和推广先进铸造技术与工艺装备，促进信息化与工业化融合，走新型工业化道路。

4.3 完善行业标准体系，推广节能减排技术

制定完善的法律法规和标准体系建设，推进铸造行业整治深度治理，从源头上减少使用原材料，减少废料产生量，提高产品附加值水平，全面提升企业技术水平和环境管理水平。

4.4 推进生态环境防治，强化达标排放

提高铸造行业从业人员环保意识，建立健全环境管理规章制度，生产过程中强化环境管理，控制每个生产环节污染源，采取有效措施减少污染物的产生，减轻对环境的不利影响。

5 结语

我国连续多年强力推进蓝天保卫战，其做法和成果令世界瞩目。污染防治攻坚战、蓝天保卫战和碳达峰、碳中和目标呈正相关，具有长期性、复杂性和艰巨性。目前，环境治理进入关键期，精准施策尤为重要。铸造作为大气重污染行业，需探索精准治污路径，采取多元化科学管理，铸造企业在不断发展过程中结合当前存在环境问题积极探讨污染治理解决方案，减少和控制大气污染物的产生，就能够促进铸造行业的可持续发展和进步。