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国内铸造业节能技术应用及发展建议
浏览: 发布日期:2017-03-15
       铸造行业是机械工业的耗能大户,能耗高、能源利用率低、污染严重、经济效益差制约了铸造行业的发展。合理使用能源,大力抓好节约能源是铸造行业的一项重要任务。本文分析了铸造行业能源利用现状,从熔炼、加热系统、造型制芯技术与装备、低应力铸铁、铸态球墨铸铁、球铁无冒口铸造、铸钢保温冒口与保温补贴、冲天炉废气综合利用和佘热回收利用等方面阐述了铸造行业行之有效的主要节能技术及其应用,并对发展我国铸造节能技术提出几点措施建议。

  1.问题的提出能源是一种重要的地球资源,是人类社会发展的物惯基础。能源资源问题是关系我国经济社会发展全局的一个重大战略问题。能源供应和利用状况直接关系到国民经济的持续、稳定、协调发展。开发、合理有效地利用能源,既可保持社会的适度发展,又可减少资源消耗。

  目前我们所利用的能源主要是以煤、石油、天然气等不可再生的一次性能源,用一点少一点,迟早有一天消耗殆尽。我国能源资源从数量上看比较丰富,但人均占有量远低于世界平均水平,而且能源利用率低,其中煤利用率不到10%。据报导,我围GDP的50%来源于高能耗。2003年我国GDP总量达11.58万亿元,消耗16亿吨煤,2.5亿吨原油,2亿多吨钢材,8亿吨水泥。2004年我国GDP总量达l3.65万亿元,消耗能源更多。

  我国经济增长的成本高于世界平均水平25%以上,我国每创造l美元产值所消耗的能源是美国的4.3倍,德国和法国的7.7倍,日本的11.5倍。我国传统的高投入、高消耗、高成本、低产出的经济增长方式应彻底改变。我国节约能源法规定,“节能是国家发展经济的一项长远战略方针。”铸造行业是个高能耗的行业,除做好能源的开发、有效利用外,长期战略任务就是大力开展节能降耗工怍。2.铸造行业能源利用现状铸造在机械制造业中占有十分重要的地位,铸造技术是国民经济可持续发展的主体技术之一,是机械产品毛坯的供应者。仅2003年就为国民经济各部门提供1987万吨铸件。但铸造是一个大量耗能的生产过程,是个高投入、高消耗、高或本、低产出的既传统又不可缺少的行业。仅2004年,我国铸造行业就消耗焦炭300万吨,生铁1000万吨,新砂1000万吨,各种粘结剂30—40万吨。近些年来,由于我国铸造业取得长足发展,铸件产量是以牺牲环境保护、浪费能源和材料为代价。在我国铸造生产中,能源和材料的投人约占其产值的55%-70%。是机械工业的耗能大户,其能耗占机械工业总能耗的23%-62%,能耗利用率为l5%-25%。我国每吨铸件所需能源是工业发达国家的2—3倍。

     我国每生产1吨合格铸铁件的能耗为500-700kg标煤,占生产成本的15%,而日本每吨铸铁件能耗仅占生产成本4.3%。我国每生产1吨合格铸钢件的能耗为800-1000kg标煤,国外仅为500-800kg标煤。造成我国铸造业能耗高的主要原因是多方面的。2.1经济规模差专业化程度低我国现有铸造厂点约2.2万个,点多规模小,专业化程度低。按2003年我国铸件总量1987万吨计,平均每一铸造企业的产量不足1000吨,其中300吨以下企业约占1/3,年产300-5000吨的企业占l/2以上,年产5000吨以上企业只占l/6,年产万吨以上的企业约占1%。工业发达国家的铸造企业一般规模都在5000吨以上,万吨以上的企业所占的比例很大,还有10万吨甚至60万吨的企业。我国铸造专业化程度只有30%,工业发达国家达80%-90%。不难看出,我国有上万家铸造企业生产规模在几百吨,而且还有相当多的铸造企业是“大而全”,“小而全”,没有形成技术特色、产品特色,设备配置不合理,利用率低,大马拉小车现象普遍存在,造成能源损失大。2.2铸造生产工艺技术装备等基础条件差我国铸造生产过程和检测手段不够完善是造成能耗高的重要原因之一。

  (1)熔炼在铸造生产中,用于熔炼的能耗约占整个铸件生产能耗的50%。熔炼铸铁时,工业发达国家大多数采用热风连续作业的长炉龄冲天炉,而我国只有少数企业采用长炉龄热风冲天炉。大多数冲天炉只开4-8h就打炉,造成炉体蓄热损失(约占熔化能耗10%以上)和打炉底焦的热损失。铁水温度普遍在1380℃-1450℃(国外为1500℃一1550℃)。熔炼铸钢时,工业发达国家在冶炼合金钢时多采用AOD、VOD设备,我国只有少数厂家采用,大多数仍采用电弧炉生产方式。有时企业由于电力供应不足,采取夜间低谷用电,每次只能开4—5炉次就停炉。每新开一次炉就增加一次炉体的蓄热损失。一般第一次炉钢水的耗电量在1000-1200kWh/t钢液,从第三炉开始耗电量一般都低于800kWh/t钢液,如果每一次开炉的炉次越少,平均每吨钢水耗电量就相应增高。熔炼有色合金时,国外采用工频感应电炉熔炼,热效率达45%,我国有不少企业在采用燃油坩埚炉、焦炭坩埚炉或电阻炉,这些炉子的热效率低,分别为l1%、3%-7%、25%。

  (2)造型、制芯国内除少数为汽车、内燃机配套的铸造骨干企业采用高密度的高压、静压、射压、气冲造型等先进高效流水线造型和树脂砂热芯盒、冷芯盒制芯工艺外,大多数铸造企业仍采用震压式造型机造型或手工造型或粘土干型、水玻璃砂工艺和以桐油、合脂、粘土等粘结剂为主的制芯工艺,生产周期长,能耗高。

  (3)工艺设计国外普遍采用CAD/CAM,而我国除少数企业外,多数凭工艺员经验设计,铸件浇冒口大,肥头大耳,加工余量大,铸件超重超厚现象普遍存在。我国铸件尺寸精度比国外普遍低1-2级,表面粗糙度比国外差l-2级,加工余量比国外高出1倍以上,铸件壁厚也比国外厚得多。铸件废品率也比国外高得多,我国铸铁件废品率通常为9%-15%,铸钢件废品率为5%一l5%,而国外的铸铁件和铸钢件的废品率均低于5%。由此可见,铸件浇冒口大,铸件超重超厚,铸件尺寸精度低,表面粗糙,铸件废品率高都直接或间接加大了能源消耗。2.3缺乏科学管理长期以来,由于普遍存在重冷轻热思想,铸造行业一直不被重视。政府有关部门未能对铸造行业的能源合理利用和节约进行全面规划和政策引导。铸造行业的能源管理体系尚未健全完善,节约能源的法规和标准化体系也尚未建立。不少铸造企业的领导对能源的管理缺乏足够重视。节能工作尚未提到议事日程上来,既没有建立能源管理机构,又没有从事能源管理、节能技术推广的专门管理人员。只重产值,不计能耗,只重使用能源,忽视能源节约,从而造成了铸造行业能耗高、能源浪费的局面。

  3.铸造生产的节能技术与节能措施经过我国铸造工作者长期不懈的努力,取得了一系列铸造生产的节能技术与节能措施,这些节能技术仍具有现实的适用价值,值得推广应用。

  3.1以熔炼为中心的节能技术铸件熔炼部分的能耗约占铸件生产总能耗的50%,由于熔炼原因而造成的铸件废品约占总废品的50%。因此,采用先进适用的熔炼设备和熔炼工艺是节能的主要措施。3.1.1铸铁熔炼的节能技术(1)推广采用热风、水冷、连续作业长炉龄冲天炉冲天炉向大型化、长时间连续作业方向发展是必然趋势。国外的铸造企业把它作为一项重要节能措施加以应用。近些年来,国内也在这方面做了大量的工作,已有部分企业采用,取得了明显的节能效果。例如,采用大排距双层送风冲天炉技术,可节约焦炭20%-30%,降低废品率5%,Si、Mn烧损分别降低5%-10%;水冷无炉衬和薄炉衬冲天炉,连续作业时间长,可节能30%以上;热风冲天炉既节能又环保。(2)推广冲天炉一电炉双联熔炼工艺冲天炉一电炉双联熔炼是利用冲天炉预热、熔化效率高和感应电炉过热效率高的优点,来提高铁液质量,达到降低能耗的目的。近些年来,随着焦炭、生铁等原材料价格大幅上扬和铸件品质要求越来越高,单独使用电炉熔炼日益增多,利用夜间低谷电生产,也取得了较好的经济效益和节能效果。

     (3)推广应用铸造焦冲天炉熔炼采用铸造焦燃料是提高铁液温度和质量的有效途径。国外大多数冲天炉熔炼采用铸造焦。由于铸造焦价格高或是由于习惯等原因至今国内大多数企业仍使用冶金焦,甚至有的企业使用土焦,这不仅影响铸件质量,而且焦耗量大。如应用铸造焦,废品率可下降2%。因此,发展铸造焦生产,降低铸造焦生产成本,推广应用铸造焦是提高铸件质量,降低能源消耗的措施之一。(4)冲天炉富氧、除湿送风冲天炉使用冶金焦时,铁液温度很难稳定达到1500℃,如采用3%的富氧送风就能保证,并且每吨铁液可净降低能耗l0kg左右标煤。冲天炉除湿送风通常在南方潮湿地区使用,它可以提高铁液温度,减少硅、锰等元素的烧损,提高铁液质量和熔化率,降低焦耗13%-17%。(5)冲天炉采用计算机控制技术冲天炉采用计算机控制包含计算机配料、炉料自动称量定量和熔化过程的自动化控制。使冲天炉处在优化状态下工作,可获得高质量的铁液和合适的铁液温度。与手工控制相比,可节约焦炭10%-15%。(6)推广使用冲天炉专用高压离心节能风机目前国内仍有不少冲天炉使用罗茨或叶氏容积式风机,能耗大噪声高。采用冲天炉专用的高压离心风机,可节电50%-60%,熔化率提高33%左右。3.1.2铸钢熔炼的节能技术目前国内仍有不少企业采用燃油坩埚炉和焦炭坩埚炉熔炼有色金属,这两种熔炼设备不仅效率低,而且造成环境污染,应尽快淘汰,代之采用热效率高、作业环境好、熔炼金属液质量高的感应电炉熔炼。