环保改造技术在铸造行业的应用

王 辉，王季叶，汪继革，刘 阳

（潍柴重机股份有限公司大缸径材料成型中心，山东潍坊 261001）

0 引言

随着生产力的提高，我国铸造行业2020 年产量突破5000 万t（见图1），近十几年来产量持续占领铸造行业世界第一的位置。但是，铸造业属于高能耗高污染的行业，生产过程中会产生大量的粉尘、VOCs 等造成环境污染，破坏生态，危害人类健康。国家为引导铸造行业走绿色健康、高质量可持续发展道路，促进行业升级，制定了一系列环保法律法规和大气污染排放标准，许多企业面临停产、限产等问题，为了企业健康可持续发展，铸造行业必须在环保方面做改造工作，打造A 级绩效企业。

图1 近5 年我国铸件总产量（单位：万t）

1 现状描述

公司生产船用发动机机体、曲轴、缸盖等零部件毛坯，采用树脂砂造型工艺，生产主要由造型、熔炼、清理三大工序组成，生产工艺流程如图2 所示。

图2 生产工艺流程

船用发动机零部件种类多、尺寸重量范围广，涵盖的生产方式有生产线模式和手工模式。厂内的主要生产设备有造型设备：混砂机、造型线、射芯机、烘干窑等；熔炼设备：中频电炉、浇注机等；清理设备：落砂机、抛丸机、热处理炉窑和喷漆设备等；辅助设备：转运车辆、行车等。毛坯的生产过程中会产生多种类的污染物，如不经处理会对人员和环境造成危害（如表1 所示）。

表1 生产过程产生的污染物

2 环保升级改造的措施

环保升级改造主要针对污染物的收集、治理、排放检测三个重点做环保设备的设计和工艺选择。

2.1 污染物的收集

（1）粉尘颗粒物的收集，最有效的方式是将作业区域或生产设备封闭或半封闭（图3 所示）：在铸件冷却、打箱等区域设计伸缩房，并在开口处使用风幕有效阻止粉尘外溢，伸缩房根据要处理的粉尘量和伸缩尺寸设计合理的负压值，通常在处理高粉尘含量时建议内部风速为2.5～10m/s。

图3 移动伸缩集尘罩的设计和制作使用

（2）制芯和喷漆过程中产生的VOCs 收集可借鉴粉尘收集的方式，将作业区域和作业设备密封。针对浇注过程中产生大量的VOCs 设计两种集气结构，部分产品尺寸重量及数量可满足生产线作业方式、使用浇注机浇注，该类作业可设计制作区域封闭，在浇注工位设计侧吸罩或顶吸罩，在整个空间设计吸风口，实现VOCs 收集（图4 所示）。

图4 浇注机集气罩的设计和应用

其余部分产品砂箱尺寸可达5050mm×2400mm×1700mm,尺寸较大、产量较小，在生产过程中面临以下两个问题：地面作业方式，组芯、研箱的位置不固定；采用人工浇注模式，需要行车吊运铁水包，吊链悬挂不能有干涉。为解决以上两个问题，设计制作开口式、可移动、可伸缩的作业空间和集气罩（图5 所示），合理的使用风幕、移动罩、伸缩罩可有效的收集铸件在浇注过程和冷却过程中产生的VOCs。

图5 人工浇注模式的集气罩

移动集气罩需根据砂箱摆放调节位置，集气罩和伸缩罩吸气管道跟随行走轮位置不断变化，为解决管道连接问题，设计制作滑动风道（如图6所示），风道连接后端污染物治理设备，吸气管道连接到滑动吸风小车，滑动吸风小车通过皮带和压辊固定在风道上，可实现任意位置浇注集气。

图6 滑动风道示意图

（3）NOx、CO、SO2等污染物主要在铸件热处理、砂芯烘干等天然气使用过程中产生，天然气主要在炉窑设备内燃烧，炉窑设备本身是一个封闭或半封闭空间，设备本身可满足污染物的收集。

2.2 污染物的治理

粉尘的处理是通过除尘器实现的，采用滤袋式或滤筒式除尘器净化含尘气体。滤筒除尘器和滤袋除尘器（图7、8 所示）有其各自的特点，在选用除尘方式时要根据处理的烟尘量、使用工况等因素综合考虑。

图7 清理工序滤袋除尘器

图8 电炉熔炼用滤筒除尘器

VOCs 的治理有多种工艺，我公司在VOCs 处理工艺选择上综合考虑治理效果、成本、应用工况等因素，选择使用活性炭吸附脱附+催化燃烧和乳化液吸收法、喷淋塔中和法三种工艺分别处理喷漆、浇注、制芯过程中产生的挥发性有机物。活性炭吸附脱附+催化燃烧工艺是利用活性炭的物理特性，对有机气体进行吸附，当活性炭吸附饱和后，通过热风对活性炭进行脱附处理，并压缩有机物加热燃烧达到处理VOCs 的目的（图9、10 所示），活性炭适合处理温度不宜超过70℃且不含粉尘颗粒物的废气。

图9 活性炭吸附原理

图10 喷漆使用的活性炭处理

乳化液吸收法是利用有机混合物的物理特性和VOCs 的相溶性对其进行物理吸收，是一种较新兴的处理工艺。乳化液是将两种互不相溶的液体混合在一起，借助外力的作用将其中一种分散在另外一种液体中，挥发性低、稳定性高、对有机物有较强吸收能力的有机溶液。溶液通过喷淋塔喷淋雾化，对气体中的挥发性有机物进行充分包裹混合、沉淀、破解，最终将气体中的有机物浓缩混合，集中收集处理。喷淋塔中和法是利用化学方法，通过磷酸和三乙胺化学反应处理制芯过程中产生的三乙胺。两种工艺均使用喷淋塔，其设备工作原理相似（图11、图12 所示）。

图11 喷淋塔工作原理

图12 制芯使用的三乙胺净化设备

炉窑设备使用的天然气本身属于清洁能源，热处理过程中产生NOx、CO 等污染物的主要原因是能源燃烧不充分，为解决此类问题，一是使用低氮燃烧器更换现有的燃烧器，二是更换加热方式，使用电加热模式代替天然气加热。

2.3 污染物的排放检测

每种污染物都有其排放标准，在检测时应选用符合国家或地方标准的检测方法，如：固定污染源废气低浓度颗粒物测定使用HJ 836 重量法测定，二氧化硫的测定使用HJ/T 57 定电位电解法，苯系物采用HJ734 标准进行测量，只有正确选用检测方式才能得到可靠准确的检测数据。

3 改造后的效果

经过一系列环保改造，我公司实现了毛坯从造型、浇注到清理全过程的污染物收集治理，彻底解决了无组织排放、三乙胺异味、浇注烟气外溢等问题，实现绿色生产。经检测，所有污染物的排放值都低于排放标准，符合环保要求（表2 所示）。

表2 污染物收集治理后的检测数据

4 结论

我们在铸造行业环保改造污染物治理中获取成功的经验：根据生产工艺从污染物产生源头分析，结合生产现场设计制作环保设备，污染物治理应借鉴成熟工艺，大胆尝试新工艺，综合应用多重技术。