環(huán)保改造技術(shù)在鑄造行業(yè)的應(yīng)用

王 輝，王季葉，汪繼革，劉 陽

（濰柴重機(jī)股份有限公司大缸徑材料成型中心，山東濰坊 261001）

0 引言

隨著生產(chǎn)力的提高，我國鑄造行業(yè)2020 年產(chǎn)量突破5000 萬t（見圖1），近十幾年來產(chǎn)量持續(xù)占領(lǐng)鑄造行業(yè)世界第一的位置。但是，鑄造業(yè)屬于高能耗高污染的行業(yè)，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的粉塵、VOCs 等造成環(huán)境污染，破壞生態(tài)，危害人類健康。國家為引導(dǎo)鑄造行業(yè)走綠色健康、高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展道路，促進(jìn)行業(yè)升級，制定了一系列環(huán)保法律法規(guī)和大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)，許多企業(yè)面臨停產(chǎn)、限產(chǎn)等問題，為了企業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，鑄造行業(yè)必須在環(huán)保方面做改造工作，打造A 級績效企業(yè)。

圖1 近5 年我國鑄件總產(chǎn)量（單位：萬t）

1 現(xiàn)狀描述

公司生產(chǎn)船用發(fā)動機(jī)機(jī)體、曲軸、缸蓋等零部件毛坯，采用樹脂砂造型工藝，生產(chǎn)主要由造型、熔煉、清理三大工序組成，生產(chǎn)工藝流程如圖2 所示。

圖2 生產(chǎn)工藝流程

船用發(fā)動機(jī)零部件種類多、尺寸重量范圍廣，涵蓋的生產(chǎn)方式有生產(chǎn)線模式和手工模式。廠內(nèi)的主要生產(chǎn)設(shè)備有造型設(shè)備：混砂機(jī)、造型線、射芯機(jī)、烘干窯等；熔煉設(shè)備：中頻電爐、澆注機(jī)等；清理設(shè)備：落砂機(jī)、拋丸機(jī)、熱處理爐窯和噴漆設(shè)備等；輔助設(shè)備：轉(zhuǎn)運車輛、行車等。毛坯的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生多種類的污染物，如不經(jīng)處理會對人員和環(huán)境造成危害（如表1 所示）。

表1 生產(chǎn)過程產(chǎn)生的污染物

2 環(huán)保升級改造的措施

環(huán)保升級改造主要針對污染物的收集、治理、排放檢測三個重點做環(huán)保設(shè)備的設(shè)計和工藝選擇。

2.1 污染物的收集

（1）粉塵顆粒物的收集，最有效的方式是將作業(yè)區(qū)域或生產(chǎn)設(shè)備封閉或半封閉（圖3 所示）：在鑄件冷卻、打箱等區(qū)域設(shè)計伸縮房，并在開口處使用風(fēng)幕有效阻止粉塵外溢，伸縮房根據(jù)要處理的粉塵量和伸縮尺寸設(shè)計合理的負(fù)壓值，通常在處理高粉塵含量時建議內(nèi)部風(fēng)速為2.5～10m/s。

圖3 移動伸縮集塵罩的設(shè)計和制作使用

（2）制芯和噴漆過程中產(chǎn)生的VOCs 收集可借鑒粉塵收集的方式，將作業(yè)區(qū)域和作業(yè)設(shè)備密封。針對澆注過程中產(chǎn)生大量的VOCs 設(shè)計兩種集氣結(jié)構(gòu)，部分產(chǎn)品尺寸重量及數(shù)量可滿足生產(chǎn)線作業(yè)方式、使用澆注機(jī)澆注，該類作業(yè)可設(shè)計制作區(qū)域封閉，在澆注工位設(shè)計側(cè)吸罩或頂吸罩，在整個空間設(shè)計吸風(fēng)口，實現(xiàn)VOCs 收集（圖4 所示）。

圖4 澆注機(jī)集氣罩的設(shè)計和應(yīng)用

其余部分產(chǎn)品砂箱尺寸可達(dá)5050mm×2400mm×1700mm,尺寸較大、產(chǎn)量較小，在生產(chǎn)過程中面臨以下兩個問題：地面作業(yè)方式，組芯、研箱的位置不固定；采用人工澆注模式，需要行車吊運鐵水包，吊鏈懸掛不能有干涉。為解決以上兩個問題，設(shè)計制作開口式、可移動、可伸縮的作業(yè)空間和集氣罩（圖5 所示），合理的使用風(fēng)幕、移動罩、伸縮罩可有效的收集鑄件在澆注過程和冷卻過程中產(chǎn)生的VOCs。

圖5 人工澆注模式的集氣罩

移動集氣罩需根據(jù)砂箱擺放調(diào)節(jié)位置，集氣罩和伸縮罩吸氣管道跟隨行走輪位置不斷變化，為解決管道連接問題，設(shè)計制作滑動風(fēng)道（如圖6所示），風(fēng)道連接后端污染物治理設(shè)備，吸氣管道連接到滑動吸風(fēng)小車，滑動吸風(fēng)小車通過皮帶和壓輥固定在風(fēng)道上，可實現(xiàn)任意位置澆注集氣。

圖6 滑動風(fēng)道示意圖

（3）NOx、CO、SO2等污染物主要在鑄件熱處理、砂芯烘干等天然氣使用過程中產(chǎn)生，天然氣主要在爐窯設(shè)備內(nèi)燃燒，爐窯設(shè)備本身是一個封閉或半封閉空間，設(shè)備本身可滿足污染物的收集。

2.2 污染物的治理

粉塵的處理是通過除塵器實現(xiàn)的，采用濾袋式或濾筒式除塵器凈化含塵氣體。濾筒除塵器和濾袋除塵器（圖7、8 所示）有其各自的特點，在選用除塵方式時要根據(jù)處理的煙塵量、使用工況等因素綜合考慮。

圖7 清理工序濾袋除塵器

圖8 電爐熔煉用濾筒除塵器

VOCs 的治理有多種工藝，我公司在VOCs 處理工藝選擇上綜合考慮治理效果、成本、應(yīng)用工況等因素，選擇使用活性炭吸附脫附+催化燃燒和乳化液吸收法、噴淋塔中和法三種工藝分別處理噴漆、澆注、制芯過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物?；钚蕴课矫摳?催化燃燒工藝是利用活性炭的物理特性，對有機(jī)氣體進(jìn)行吸附，當(dāng)活性炭吸附飽和后，通過熱風(fēng)對活性炭進(jìn)行脫附處理，并壓縮有機(jī)物加熱燃燒達(dá)到處理VOCs 的目的（圖9、10 所示），活性炭適合處理溫度不宜超過70℃且不含粉塵顆粒物的廢氣。

圖9 活性炭吸附原理

圖10 噴漆使用的活性炭處理

乳化液吸收法是利用有機(jī)混合物的物理特性和VOCs 的相溶性對其進(jìn)行物理吸收，是一種較新興的處理工藝。乳化液是將兩種互不相溶的液體混合在一起，借助外力的作用將其中一種分散在另外一種液體中，揮發(fā)性低、穩(wěn)定性高、對有機(jī)物有較強吸收能力的有機(jī)溶液。溶液通過噴淋塔噴淋霧化，對氣體中的揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行充分包裹混合、沉淀、破解，最終將氣體中的有機(jī)物濃縮混合，集中收集處理。噴淋塔中和法是利用化學(xué)方法，通過磷酸和三乙胺化學(xué)反應(yīng)處理制芯過程中產(chǎn)生的三乙胺。兩種工藝均使用噴淋塔，其設(shè)備工作原理相似（圖11、圖12 所示）。

圖11 噴淋塔工作原理

圖12 制芯使用的三乙胺凈化設(shè)備

爐窯設(shè)備使用的天然氣本身屬于清潔能源，熱處理過程中產(chǎn)生NOx、CO 等污染物的主要原因是能源燃燒不充分，為解決此類問題，一是使用低氮燃燒器更換現(xiàn)有的燃燒器，二是更換加熱方式，使用電加熱模式代替天然氣加熱。

2.3 污染物的排放檢測

每種污染物都有其排放標(biāo)準(zhǔn)，在檢測時應(yīng)選用符合國家或地方標(biāo)準(zhǔn)的檢測方法，如：固定污染源廢氣低濃度顆粒物測定使用HJ 836 重量法測定，二氧化硫的測定使用HJ/T 57 定電位電解法，苯系物采用HJ734 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量，只有正確選用檢測方式才能得到可靠準(zhǔn)確的檢測數(shù)據(jù)。

3 改造后的效果

經(jīng)過一系列環(huán)保改造，我公司實現(xiàn)了毛坯從造型、澆注到清理全過程的污染物收集治理，徹底解決了無組織排放、三乙胺異味、澆注煙氣外溢等問題，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。經(jīng)檢測，所有污染物的排放值都低于排放標(biāo)準(zhǔn)，符合環(huán)保要求（表2 所示）。

表2 污染物收集治理后的檢測數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

我們在鑄造行業(yè)環(huán)保改造污染物治理中獲取成功的經(jīng)驗：根據(jù)生產(chǎn)工藝從污染物產(chǎn)生源頭分析，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)計制作環(huán)保設(shè)備，污染物治理應(yīng)借鑒成熟工藝，大膽嘗試新工藝，綜合應(yīng)用多重技術(shù)。