消失模工藝系統環境治理

董慶安

（一拖（洛陽）鑄造有限公司，河南洛陽471003）

?

消失模工藝系統環境治理

董慶安

（一拖（洛陽）鑄造有限公司，河南洛陽471003）

摘要：消失模鑄造工藝在生產過程中產生粉塵、噪聲及有機廢氣，會對周圍環境、產品質量造成不良影響，也會對職工的職業健康產生一定危害。因此，如何能夠改善消失模生產系統的作業環境，符合國家環保要求，是一項重要而又帶普遍性的問題，也是企業實現綠色鑄造必不可少的環節。

關鍵詞：消失模；環境治理；措施

稿件編號:1510- 1089

0 引言

眾所周知,鑄造業是高耗能、高污染行業，環境污染一直是困擾我國鑄造生產企業生存、發展的重要問題，它直接影響著職工的身體健康及周圍的生態環境。洛陽市委、市政府早在2006年就做出“碧水藍天、青山綠地”規劃。為此，實現綠色鑄造，采取新技術、新工藝有效的保護環境，實現節能降耗，是鑄造業生存和發展的先決條件。

2014 年12月我公司成功新建一條年產1.5萬噸消失模全自動生產線。根據建設項目“三同時”管理規定要求以及建設方案總體規劃設計，消失模全自動生產線既要符合先進、合理、適用的原則，又要具備環保、節能特性。項目實施完成后，環保、節能、勞動生產率、質量等方面均達到國內一線水平。消失模鑄造工藝在生產過程中產生的粉塵、噪聲及廢氣，消失模生產系統均采取有效的防范與治理措施，嚴格限制污染源對周圍環境及作業環境造成的不良影響，最終實現企業可持續健康發展。

1 粉塵環境的治理

消失模鑄造工藝中，型砂是循環利用的。用過的型砂需要進入砂處理系統冷卻、凈化后再使用。在這個過程中如何使整個生產系統的塵源點治理既要滿足環境要求，又要考慮其經濟成本，是消失模工藝系統環境治理的重要課題。我公司萬噸消失模生產線粉塵治理點一共22處，主要包括落砂床、水冷床、皮帶機、雨淋加砂、砂庫等。由于消失模鑄造工藝是采用流動性好的干砂造型，省去了諸多混砂設備，簡化了造型緊實，且揚塵設備均裝有良好的密閉護罩。因此，有效的減少了粉塵在車間內的擴散以及通過廠房外排。我公司除塵系統選用氣箱脈沖袋式除塵器，對微細塵捕集率99.9%，結構和維護較為簡單。各揚塵點均設有氣動蝶閥控制各點的除塵風量及開啟時間。總排風量90 000 m3/h，設備總除塵風量88 000 m3/h、過濾面積1 056㎡。經調試生產4個月環保專業部門檢測,粉塵排放濃度6.3 mg/m3，除塵效率96.49%。以下便是對一些塵源點所采取的治理措施。

圖1 雨淋加砂裝置

1.1 雨淋加砂裝置加裝環形吸風口

雨淋加砂是消失模生產系統的重要設備，雨淋加砂在結構上與砂箱內尺寸相匹配，下部配備不銹鋼篩網，篩網下口設置防塵罩與環行抽風口，在粉塵剛開始下落的初期便被抽風口完全吸走。此舉能夠有效的防止加砂、填充與緊實過程中灰塵外逸，保護操作環境，同時也可去除型砂中的細塵，保持回用砂的顆粒度、潔凈度，確保澆注時真空負壓效果。因干砂的落差一般在1 m左右，采用雨淋加砂方案同時又有效的避免了干砂在下落過程中對合格的模束表面涂料的破壞，避免了鑄件缺陷。經工藝驗證使用效果很好。設計除塵總風量16 000 m3/h。

1.2 落砂床加裝除塵間

落砂床是澆注冷卻后鑄件倒出的部位，粉塵污染尤為嚴重。我公司采用全封閉式結構，僅在鑄件出口留夠合適大小的開口，并采用軟皮簾進行封閉，將粉塵完全控制在狹小封閉空間內。除塵間與振動設備相分離，避免了由于設備振動帶來的不利影響。粉塵由除塵間頂部集塵罩抽風管路抽走。設計除塵風量20 000 m3/h。

圖2 落砂床

1.3 斗提機下砂口揚塵治理

我公司消失模生產線工藝布置斗提機共計5臺，其中鏈式斗提機1臺，帶式斗提機4臺。所有斗提機上端與下一單元設備過渡處均設有抽風口，不僅能夠依靠抽風降低型砂里的粉塵含量使型砂更加潔凈，另一方面由于采用全封閉方式，也控制了設備外部污染。設計斗提機總風量5 000 m3/h。

圖3 斗提機下砂口

1.4 除塵器粉塵收集治理

我公司選用的除塵器是氣箱脈沖袋式除塵器，是在引進美國公司技術基礎上，吸收國外先進的收塵技術優點，結合我國國情研制開發的高效率除塵設備。其脈沖反吹強度和頻率可調，清灰效果好，是目前應用最廣泛的除塵設備。經使用驗證，符合國家對煙塵環境的達標排放標準（GB/T15432—1995）。程序采用先進的PLC可編程序控制裝置，定時或定阻分室輪換自動噴吹清灰。當前，我公司消失模生產線為一期建設，二期建設區域與一期僅一墻之隔，為不影響今后二期建設并滿足生產區域整體美觀亮化要求。在除塵器螺旋輸送出灰口部位采用積塵袋來代替原有積塵斗，有效的避免粉塵外溢。收集滿的積塵袋連帶專用托盤由叉車負責清走。為徹底隔絕粉塵在收集、轉運過程中對環境的二次污染，加蓋粉塵收集間保證設備周圍達到5S管理標準。

圖4 除塵器粉塵收集

2 噪聲環境的治理

消失模生產系統的噪聲源主要分為：設備振動噪聲、機械摩擦噪聲、空氣動力噪聲。其中，設備振動噪聲源雖然較多，但多數是由于振動設備床體本身發出的噪聲，比較容易治理。在消失模生產系統，直接反映在落砂床、振動輸送篩分機、直線振動篩、振動輸送槽等。

機械摩 擦產生的噪聲主要有輥道輸送系統、自動加砂門、電機運行等。噪聲源雖然較為分散，但現場實際產生的噪聲分貝非常低，且多數設備生產廠家在設備出廠時已做了降噪處理。因此，大多可以忽略不計。空氣動力產生的噪聲主要有沸騰冷卻床離心風機、除塵系統離心風機、液壓設備、水循環系統、真空負壓系統等。空氣動力產生的噪聲源是治理的難點，需要系統地分析產生的原因，做出精準判斷，采取科學的處理方案才能得以解決。以下是噪聲問題治理的兩個具體實例。

2.1 沸騰冷卻床噪聲治理

沸騰冷卻床是砂處理系統重要的降溫設備，一般作為第一級冷卻使用，工作介質是水和空氣。工藝流程是當熱砂進入水冷床后，由底部風箱鼓入的環境空氣將熱砂均勻吹起并產生“沸騰”效應，在沸騰床內與多排冷卻水管充分接觸進行熱交換，同時細小粉塵由頂部抽風口抽走。它是集水冷與風冷、除塵、輸送為一體具有綜合功效的一種熱交換器，冷卻后型砂溫差300～400 ℃。由于其冷卻介質中需要配備離心通風機這種大功率、高效能的風機來達到沸騰效果，因此在較大的風速、風壓下與輸送管道勢必產生摩擦、共振，管道越長噪聲越大。我公司風機選用功率75 kW，流量13 475 m3/h ，全壓12 300 Pa離心風機。型砂輸送量50 t/h。

主要采取以下治理措施：

(1)風機排風口剛性連接改為軟連接；

(2)風機吸風口加裝消音裝置；

(3)風機排風管地面以上安裝改為地下管溝內安裝并填埋干砂；

(4)風機排風管道與沸騰床入風口剛性直角連接改為剛性夾角聯接；

(5)風管材料壁厚加大；

(6)地面裸露風管懸空部位加裝固定支撐點，外表面包裹隔音材料。

在設備調試初期環境噪聲108 db，改造后降至80 db。降噪效果明顯。

圖5 沸騰冷卻床

2.2 落砂床噪聲治理

落砂床是砂處理系統的第一臺工藝設備，不僅是粉塵治理的重點，同時也是噪聲治理的重點。機械產生的碰撞不僅會對床體本身產生較大破壞力，并且對環境職業健康也會產生嚴重的危害。

國內目前有的企業員工長期在高噪聲環境下工作，未采取降噪措施，最終導致耳膜穿孔、聽力下降、心率失常等職業健康問題頻頻發生。在國家對機械行業落砂機的執行標準（JB/T6575—2006第5.6.10）中有明確規定“落砂機在空運轉條件下的噪聲聲壓級不應大于93 db（A），采用電動激振器激振的不應大于90 db（A）”。

為此，采取以下措施進行降噪：

(1)調整合理的振幅、頻率，在滿足使用條件的情況下參數調整到最佳狀態；

(2)減震剛性彈簧兩端加裝橡膠減震墊；

(3) 除塵間內壁加裝吸聲棉。

(4)控制篩網密度。在滿足生產節拍的前提下，有效控制下砂量，既防止鑄件與落砂床磕碰產生噪聲，也實現了鑄件在落砂床出口處不把砂子帶入下道單元，同時也有效地減少了鑄件的磕碰傷。

3 環境廢氣的治理

消失模鑄造在澆注過程中，EPS發生熱分解，分解后會產生苯乙烯、苯、甲苯等芳香烴類氣體，雖然這些有機廢氣在車間內的濃度較低，遠遠小于TJ36—1979環境標準所規定的值，不會直接危害操作工人的身體健康，但隨著人們生活水平的提高和國家對環保要求力度的加大，這些有機廢氣在排入到大氣之前必須進行凈化處理。同時，這些有機廢氣殘留在鑄型中也易造成鑄件的碳缺陷。目前，國外已經成功使用了專門的催化燃燒裝置來處理消失模鑄造車間的有機廢氣。經過國內外相關行業廢氣凈化處理方法分析對比（見表1），最終我公司選定采取催化燃燒的方式來處理廢氣。

3.1 凈化原理

催化燃燒法是將含有有機污染物的廢氣，在催化劑鉑、鈀的作用下，可以在較低的溫度下將廢氣中的有機污染物氧化成二氧化碳和水。在反應廢氣入口180～400 ℃條件下，凈化效率≥98%。從而實現達標排放。反應原理可用下面方程式表示：

3.2 廢氣凈化處理方法

廢氣凈化處理裝置主要包括汽水分離器、催化床、預熱室、換熱器、風機等。工藝流程如圖1所示。

圖1 廢氣凈化工藝處理流程

生產中的廢氣在正常情況下送入廢氣凈化裝置進行廢氣處理，若廢氣凈化裝置在啟動遇故障時則可以通過旁通道應急排空。廢氣凈化裝置啟動時，首先新鮮空氣閥門開啟小風量運行，由加熱器加熱氣體，對催化劑進行預熱，催化劑達到設計的催化起燃溫度后，設備主進閥門逐漸開啟，新鮮空氣閥門逐漸關閉，隨著加熱器的加熱和廢氣反應熱的生成，直至新鮮空氣閥門全關、主進閥門全開，廢氣全部進入催化燃燒凈化裝置凈化處理。另外為了避免熱空氣對風機的影響，采用補充冷 空氣的辦法來進行冷卻。

表1 常用有機廢氣的凈化方法

3.3 設備主要參數及說明

設備主要參數及說明見表2。

表2 設備主要參數及說明

3.4 廢氣凈化處理后的效果

經過4個多月的設備運行，通過專業檢測單位進行氣相色譜分析，廢氣濃度均遠遠低于TJ36—1979國家標準，順利通過了環保部門驗收。同時該設備操作簡單，使用可靠，達到了預期效果。進、排口各種有害物質成分及含量檢測結果見表3。

表3 廢氣排濃度檢測結果 mg/m3

4 結語

我公司消失模生產系統通過對粉塵、噪聲、廢氣等有害環境因素的綜合治理，對各種有害因素制定相應的應對措施，大膽采用新技術、新工藝，既有效抑制了消失模工藝對職業健康及環境所產生的危害，也提高了工藝設備的安全性。

參考文獻

[1] 鄧宏運，陰世河，等.消失模鑄造及實型鑄造技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2012.11

[2] 蘭冬云. 消失模鑄造車間環境污染治理特點分析及措施[J]. 中國鑄造裝備與技術, 2013(5).

Environmental governance of lost foam production systems

DONG QingAn
（ YTO (Luoyang) Casting Co., Ltd., Luoyang 471003,Henan,China）

Abstract:Dust, noise and organic waste produced in the lost foam production process can cause adverse effects on the surrounding environment, product quality, also certain harm about the worker of occupational health. Therefore, how to improve the working environment of lost foam production systems, in line with national environmental requirements, is an important and universal problem, also is the indispensable link of the implementation of the green casting enterprise.

Keywords:lost foam; environmental governance；measure

中圖分類號：TG28；

文獻標識碼：A；

文章編號:1006-9658（2016）02-0044-04

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.02.015

收稿日期:2015- 10- 12

作者簡介：董慶安（1974—），男，助理工程師，主要從事鑄造設備技術開發應用和工藝實施研究.