8 新型无碳粘土湿型砂铸造技术
一、技术名称:新型无碳粘土湿型砂铸造技术
二、技术类别:减碳技术
三、所属领域及适用范围:机械行业 铸造领域 适用于各行业机械装 备零件的铸造
四、该技术应用现状及产业化情况
铸造业是我国装备制 造业的基础和前端产业,产量约占世界的40%。我国铸造行业长期存在能源平均利用率低、能耗高、污染严重等 问题。2019 年,我国铸件产量约 4950 万吨,采用煤粉湿型砂铸造技术 生产约 3500 万吨,粉尘污染排放约 150 万吨,废气污染排放约 530 亿 立方米,废砂约 3000 万吨。新型无碳粘土湿型砂铸造技术解决了现行 的铸造用煤粉湿型砂长期存在污染的难题,该技术只需对原有铸造工 艺稍作改进,即可从源头上控制、消减铸造过程中产生的废气、粉尘和 固体废弃物造成的污染,从而减少二氧化碳排放量。目前,该技术已在 天津、江苏、安徽等地 100 多家铸造企业成功应用。
五、技术内容
1.技术原理
传统砂型铸造工艺的型砂由原砂、陶土、煤粉等原材料混合制成,在铸造高温作用下,煤粉燃烧会产生大量的气体、粉尘和固体废弃物, 造成严重的环境污染。新型无碳粘土湿型砂铸造技术的型砂由原砂、 粘土混合制成,其成分以 SiO2 等氧化物为主,是无毒无味的无机材料, 不含碳质材料等有机物,在高温铁水浇注过程中不会燃烧而产生气体和粉尘,经高温作用后回用的型砂再次经受高温作用时性能更加稳定,并且不会对型砂造成污染。同时,利用金属铸件及无碳粘土砂铸型的 界面作用,可实现凝固后铸件表面不粘砂,有效提升铸件的成品率。与 传统铸造技术相比,该技术具有节煤、节约粘结剂,铸件成品率高,且 铸造过程中不产生气体等优点,极大地减少了粉尘和固废的排放,因 此具有良好的节能减碳和环保效益。
2.关键技术
(1)无碳粘土砂铸型/金属铸件的界面作用调控技术
利用无碳粘土砂与金属液的化学物理界面相互作用,防止铸件粘砂,有效保证铸件的表面质量。同时,由于新型无碳粘土湿型砂采用纯 无机物为原料,型砂中不添加煤粉、不含任何碳质材料和有机物,在高 温铁水浇注过程中不燃烧、不产生气体,保证了铸件的品质。
(2)适应各种造型生产线的无碳粘土砂型铸造工艺和设备技术
开发了适用于水平造型生产和垂直分型自动造型生产线用无碳粘土砂的制备工艺、无碳粘土砂造型工艺和设备技术。核心是无碳粘土 砂,型砂由原砂、粘土混合制成,其成分以 SiO2 等氧化物为主,匹配 了适于各种造型生产线的铸造工艺和设备技术。
3.工艺流程
将旧砂、新砂、粘土干混,再加水湿混均匀制成型(芯)砂,用混制的砂造型(制芯)合箱,浇注铁水、凝固冷却、落砂清理后即可获得 铸件。工艺流程如图 1 所示:
六、主要技术指标
1.新型铸造型砂不含煤粉等有机物或碳材料,煤粉减少 100%;
2.新型铸造型砂回用率≥95%,粘结剂补加量减少 30~60%;
3.铸件成品率平均提高 2~6%;
4.原材料无自燃爆炸问题,无安全生产风险;
5.生产每吨铸件,节约 0.118tce,碳减排 0.31tCO2。
七、技术鉴定及获奖情况
该技术已获得国家发明专利 1 项。2018 年 10 月,该技术通过中 国铸造协会组织的科技成果评价,被认定为原创性科技成果,达到国 际领先水平,可为我国铸造行业转型升级绿色发展提供有力的技术支 持;2020 年 8 月,荣获第十八届国际铸造博览会“全国铸造材料金鼎 奖”。
八、典型用户及投资效益
典型用户:勤威(天津)工业有限公司、江苏跃亿机械制造有限公 司等
典型案例1
案例名称:新东 HWS 自动生产线用无碳粘土砂技术改造项目
建设规模:垂直分型自动生产线年产 6300t 球铁、灰铁铸件。
建设条件:对原有的传统煤粉湿型砂铸造技术进行改造。主要建设内容:全 面使用无碳粘土砂铸造新技术并形成配套的工艺技术。主要设备:在 原有的德国新东 HWS 生产线上进行,无需增加新设备。项目投资额 36 万元,建设周期 2 周。年碳减排量 3680tCO2,碳减排成本为 90~110 元/tCO2。年经济效益 146 万元,项目投资回收期约 3个月。
典型案例2
案例名称:QJ-1 型铸造生产线用无碳粘土砂技术改造项目
建设规模:水平分型自动生产线年产 4650t 球铁、灰铁铸件。
建设条件:对原有的传统煤粉湿型砂铸造技术进行改造。主要建设内容:全 面使用无碳粘土砂铸造新技术并形成配套的工艺技术。主要设备:在 原有的 QJ-1 型铸造生产线上进行,不增加新设备。项目投资额 12 万 元,建设周期 2 周。年碳减排量 640tCO2,碳减排成本为 170~190 元/tCO2。年经济效益 209 万元,项目投资回收期小于 1 个月。
九、推广前景和减排潜力
新型无碳粘土湿型砂铸造技术可以从源头上解决铸造行业高能耗、 高污染等问题,升级简便,成本极低。预计未来五年,该技术可在全国 铸造行业推广应用比例将达到 65%,预计用于新建或改造项目总投资约 60 亿元,可形成的年碳减排能力约 760 万 tCO2。
由武汉节能协会办公室整理