“绿色铸造技术”在铁路货车大型铸钢件上的应用.pdf

26 2016年第6期 铸造工程 Foundry Engineering “绿色铸造技术”在铁路货车大型铸钢件上的应用 胡昌军 （中车齐齐哈尔车辆有限公司，黑龙江齐齐哈尔 161002） 摘要：中车齐齐哈尔车辆有限公司新建的铸造装备中，在绿色铸造技术方面进行了大量的技术 创新，取得了绿色铸造技术的重大突破，在实际生产中取得了良好的应用效果。这对于相关铸 造企业走“低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环”的绿色发展之路具有相当的参考价值 和指导意义。 关键词： 绿色铸造； 铁路货车；大型铸钢件；可持续发展 中图分类号：TG234 + .6 文献标识码：B 文章编号：1673-3320（2016）06-0026-05 Application of Green Casting Technology to Large-sized Steel Castings for Railway Goods Train HU Changjun (CRRC QIQIHAR ROLLING STOCK CO.,LTD. Qiqihar 161002, Helongjiang ,China) Abstract: There is a large amount of technical innovation related to green casting technology in casting equipment newly established in Crrc Qiqihar Rolling Stock Co., and significant progress of the green casting technology has been obtained, producing good application results in the actual production. These may give a reference and guide to development of related foundry enterprises to low input, high output, low energy consumption, little emission, and circulative or recoverable utilization. Keywords: green casting; railway goods train; large-sized steel casting; endurable development 在铸造过程中消耗大量的能源，其排放的废 砂、废气和废水在一定的程度上污染环境。进入 “十二·五”期间，大力倡导绿色低碳已经成为 铸造行业发展的流行趋势，同时，“绿色低碳” 已经成为不可抗拒的世界潮流，中国已经把“绿 色、低碳、可持续发展”作为国家战略和基本国 策。作为企业，走“低投入、高产出、低消耗、 少排放、能循环、可持续”的绿色发展之路，已 势在必行。齐齐哈尔车辆有限公司多年来坚持以 人为本的理念，坚持自然环境和谐发展的原则， 每年投入了大量的资金进行相关设备的改造。 2011年～2012年，齐齐哈尔车辆有限公司在牡丹 江新建了占地面积4万m 2 ，年产10万吨的铁路货车 大型部件的铸造生产基地，该项目在清洁生产、 降低劳动强度和资源的可循环利用等绿色铸造方 面进行了大量的技术创新，取得了相关技术的重 大突破，在实际生产中取得了良好的应用效果。 1 铸件连续清理流水线 1.1 背景 铸件的清理工序，是铸造生产流程中劳动 强度最大、工作环境最差的工序之一，目前各铸 件生产企业主要清理方式仍然是采用手工清理， 即将铸件平铺在固定托架上，然后由人工对每一 件铸件逐一进行切割浇冒口、气刨和割芯铁的工 作。铸件在切割浇冒口、气刨过程中会产生浇冒 口、铸件飞边，其金属液及砂粒等杂物等较多， 同时烟尘及粉尘飞散量也大，因手工清理需要将 铸件平铺，分散面大，造成除尘设备难以设置， 烟尘、粉尘在有限的空间里任意飘散，影响周边 收稿日期： 2016-10-12 作者简介： 胡昌军（1978- ） ，男，高级工程师，主要从事铸造工艺设计及技术改造。 生产技术 铸造工程 Foundry Engineering 27 2016年第6期 环境。 1.2 手工清理的缺点 手工清理的主要缺点： （1）因铸件平铺在固定托架上，工作面积 大，要对每一个铸件逐一进行割浇冒口、气刨和 割芯铁的工作，劳动强度大，生产效率低。 （2）作业分散面大，造成除尘设备难以设 置，烟尘、粉尘在有限的空间里任意飘散，现场 环境差。 （3）切割下来的浇、冒口等残料分散在整个 作业面，不易收集。 （4）工序流程及内容不清晰，交叉作业时易 造成工作内容、项点遗漏。 （5）占用工作场地面积过大。 1.3 铸件连续清理流水线工艺原理 为实现铸件清理过程中各项工作的机械化、 连续性作业，将整个清理流水线设置上下两层， 铸件通过工位上的底板衬托，进行各个工位的流 转。上层流水线分为底板给进工位、上件工位、 一次切割工位、一次气刨工位、翻转工位、二次 切割工位、二次气刨工位、下件工位、底板自动 清理及回位工位等9个工位（见图1）；下层流水 线为空底板回位线。 图1 流水线工艺布局 底板给进工位采用液压机和机动辊道配合， 实现底板的上升给进的功能；上件工位至下件工 位采用机动辊道传送方式，实现各个工位的运 转；底板自动清理及回位工位通过液压机构实现 底板倾斜30°～40°，将底板上剩余的残料倒 在料斗里，回位后将空底板送至下层回位线；下 层回位线将空底板送至底板给进工位，实现整条 线的自动循环。整条流水线以2块底板（带2箱 铸件）为一组进行脉动，以10 min为一个脉动周 期，共计9组（见图2）。图2 底板循环系统原理图 现场主要烟尘为热量上浮产生的烟尘和气刨碳 棒经高温电弧燃烧产生的烟尘，因此采用顶罩式集 尘器的型式对整个清理线进行除尘。即在对应的工 位操作点顶部设置积尘罩对烟尘进行捕捉，烟尘通 过管道集中进入净化主机进行过滤分离，净化后的 洁净空气进行排放，除尘方案图见图3。 图3 除尘方案图 1.4 解决的技术问题 铸件连续清理流水线解决了现有技术的缺 点： （1）铸件清理过程中各项工作内容实现机械 化、流水化作业。 （2）将产生烟尘、灰尘大的气刨和气割工作 集中在“点”上（流水线的个别工位），便于烟 尘收集，改善了现场环境。 （3）浇、冒口等残料在流水线的终端自动收 集，节约人力消耗。 （4）工作内容按流水线工艺流程流转，不产 生交叉作业，不易造成工作内容、项点遗漏。 “绿色铸造技术”在铁路货车大型铸钢件上的应用 胡昌军 28 2016年第6期 铸造工程 Foundry Engineering （5）减少工作场地面积。 连续清理流水线内部图见图4，连续清理流水 线外观图见图5。 图4 连续清理流水线内部图 图5 连续清理流水线外观图 1.5 应用效果 该技术解决了长期困扰铸造企业清理场地烟 尘无法收集的难题,具有改善作业环境、减少对外 界环境的污染、实现铸件清理过程中各项工作内 容机械化流水化、提高工作效率和减少劳动强度 等优点。 该项目中共2台连续清理流水线，每台清理 流水线除尘器的风量为120 000 m 3 /h，除尘器处理 前烟尘平均浓度为545.6 mg/m 3 ，处理后的浓度为 36.8 mg/m 3 ，可有效地减少烟尘排放。 2 落砂湿式自激除尘系统 2.1 背景 铸件在落砂过程中会产生大量的烟尘，采用 酯硬化水玻璃型砂工艺时粉尘黏度大，传统的落 砂除尘器均为干式除尘器，布袋或滤筒除尘器非 常容易被糊死板结，以往使用的除尘器一般在3个 月左右就失去了除尘效果，如果要满足国家排放 标准，1个月左右就要对布袋或滤筒进行更换，增 加了设备运行成本。 2.2 背景技术 （1）脉冲袋式除尘器 脉冲袋式除尘器作为干式除尘器的一员在 各种工况中广泛应用，构成除尘滤袋的材料目前 基本有两类：一是机织纤维构成的滤布；二是通 过针刺的方式制作的一类类似毡料的滤布。这两 类滤料的共同特点都是通过滤料的孔隙率来过滤 掉气体中的粉尘，所以维持滤料的孔隙率正常是 非常必要的，这是维持除尘器正常工作的必要条 件。该类型的除尘器广范应用于铸造行业的落砂 除尘、电炉除尘及抛丸除尘等。 （2）湿式除尘器 湿式除尘器泛指在含尘气体净化过程中有液 体参与的除尘器，这类除尘器有水膜除尘、气液 滤网除尘和湿式自激除尘等。湿式除尘器目前主 要应用于各类工业粉尘、有机异味及酸碱废气吸 收净化等有害气体的洗涤净化。 2.3 湿式自激除尘器 鉴于以上的干、湿除尘器工作原理可以看出: 干式除尘（脉冲袋式除尘）由于在对含尘气体的 净化过程中必须保持滤料的孔隙率正常，所以要 使其处理有黏度且含湿的含尘气体时滤料的孔隙 就会被逐渐的堵塞，最终滤料失效，除尘过程终 止。而湿式自激除尘器（特指自激除尘器）只要 是含尘气体中的粉尘粒子溶于水则除尘器就会有 效的工作。落砂机产生的粉尘亲水性非常好，含 尘气体中的粉尘粒子与水亲和的非常快，这样就 给用湿式自激除尘器处理落砂机产生的含尘气体 提供了有力的条件。 由于水膜除尘、气液滤网除尘的效率较为低 下，因此，主要对自激除尘器进行了研究。湿式 自激除尘器（图6）应用于铸造落砂存在的主要问 题是净化效率低和脱水率不足的问题。在实践中 对湿式自激除尘器进行了多次优化设计，最终通 过增加双S除尘通道和二级脱水装置达到了预期的 除尘效果。 除尘器工作时会激起水雾使其与含尘气体中 的粉尘粒子充分接触达到含尘气体被充分洗涤， 同时除尘器中的S型板也对含尘的水进行二次分离 将泥浆推入除尘器水槽下面，净化后的气体尚含 有一定的水分则通过除尘器上部的脱水版来将其 中的水分分离掉从而完成除尘过程，通过对湿式 自激除尘器的优化使其净化效率和脱水率都大浮 提高。改进后的湿式自激除尘器（见图7）。 铸造工程 Foundry Engineering 29 2016年第6期 图6 湿式自激除尘器 图7 改进后的湿式自激除尘器 2.4 应用效果 该除尘器的烟尘收集系统可将铸件落砂过程 中产生的90%以上的烟尘进行收集，粉尘排放符 合国家相关标准的要求。在运行成本方面由于设 备不需布袋或滤筒的更换，产生的少量废水又可 以循环利用，运行成本较低，该技术大幅度改善 了铸造车间的作业环境和周围环境。 采用湿式自激除尘器，处理前烟尘平均浓度 为835.9 mg/m 3 ，处理后的浓度为45.5 mg/m 3 ，可 有效地减少烟尘排放；年节约成本486.28万元。 3 冶炼除尘系统 3.1 背景 电炉在冶炼过程中会产生产大量烟尘，该烟 尘的收集和处理情况对铸造车间的生产环境起决 定作用。传统电炉除尘系统一般采用顶吸罩的方 式（见图8），烟尘的捕集率不足50%，冶炼过程 中产生的大量烟尘排放到厂房内，严重污染了作 业环境。除尘器所用布袋数量巨大，一般使用期 为2～3年，一次更换布袋的费用要几十万元甚至 上百万，运行成本较高。 3.2 EBT-LF双联法冶炼除尘系统 （1）采用半封闭移动集尘罩+屋面集尘罩的 集尘方式 电炉在冶炼过程中,大部分烟气进入吸尘罩， 加料和出钢时产生的烟（尘）通过屋面集尘罩收 集后进入除尘器。半封闭移动式集尘罩安装在平 台轨道上，可沿平台轨道移动。电弧炉出钢、加 料时，此罩移开，电弧炉加料完毕后，此罩移 入，除尘器自动将烟（尘）吸至此罩，屋面集尘 罩自动停止工作。烟尘的捕集率达到95%以上， 排气筒高度为25 m。半封闭移动集尘罩+屋面集尘 罩的集尘方式见图9。 图8 传统电炉顶吸罩方式 图9 半封闭移动集尘罩+屋面集尘罩的集尘方式 （2）电炉炼钢长袋低压脉冲袋式除尘技术 该技术的核心是脉冲袋式除尘器的滤料选择 和气布比适应电炉烟尘的特性。目前，长袋低压 脉冲袋式除尘技术应用在电炉除尘系统的使用已 经近乎于常规，但大部分长袋低压脉冲袋式除尘 器其结构是方型结构，气流不均匀造成滤袋收集 粉尘的效能不均，致使滤袋袋压不平衡而影响滤 袋的使用寿命，且气流容易形成“涡流”，其结 构性的气密性不严、漏风率高的缺陷使该除尘器 收尘效果下降，严重的使带有黏性的电炉粉尘粘 袋而失去除尘功能。此次采用组合式圆筒长袋低 压脉冲袋式除尘器,有效地解决了上述问题,增加除 尘器的使用效果和延长使用寿命。 （3）设置烟气冷却混合器 由于电炉生产温度较高,有时会发生冲火而烧 毁滤袋和设备的情况, 为保证整个除尘器安全稳定 的运行,系统设置烟气冷却混合器,一方面混合烟气 平衡压力，一方面在温度高于滤袋使用温度的时 候快速冷却降温,以保证除尘器系统的安全运行。 （4）滤料采用涤沦滤料 “绿色铸造技术”在铁路货车大型铸钢件上的应用 胡昌军 30 2016年第6期 铸造工程 Foundry Engineering 该滤料具有良好的表面过滤性能，粉尘与滤 袋剥离性较好，清灰效能强，除尘器运行阻力平 稳。 3.3 应用效果 该除尘系统将烟尘的捕集率由不足50%提高 到95%以上, 改善了铸造车间的作业环境和对周围 环境的影响；除尘系统布袋的寿命由2～3年提高 到4年以上, 降低了除尘系统的运行成本。 除尘器风量为430 000 m 3 /h，除尘器处理前烟 尘平均浓度为平均浓度为954.8 mg/m 3 , 处理后的 浓度为18.8 mg/m 3 ，捕集效率为95％，可有效地 减少烟尘排放。 4 总结 本文所述的铸件连续清理流水线、落砂湿式 自激除尘系统和EBT-LF双联法冶炼除尘系统， 从根本上解决了长期困扰铸造车间的关键污染源 烟、尘及有害气体的收集和处理的难题，改善了 铸造车间的作业环境及对外界环境的污染，产生 了相当的社会效益和经济效益。 本项目的实施为相关铸造企业走“低投入、 高产出、低消耗、少排放、能循环、可持续”的 绿色发展之路提供一定的参考价值和技术支撑， 具有良好的应用价值及推广前景。 2017 “铸博会” “压铸展” ——展会签约火爆， 80%展位已被预订 “第十五届中国国际铸造博览会”暨“第十二届中国压铸工业展览会”展位销售启动后，经过两轮 展商优先选位工作，取得了喜人成绩。日前，从主办方处了解到，10月下旬展位面积预订已超过80%。 2017“铸博会”“压铸展”将于2017年6月13-16日在上海新国际博览中心举行。展览总面积达到11 万平米。展会将以更加细分的形式集中展示各类产品，铸博会：将展馆划分为国际馆（N1馆）、优质铸 件馆、铸造展团馆（W3馆）、铸造材料馆（W2馆）、铸造设备馆（W1馆）； 压铸展：W4、W5馆；由于本届展会压铸企业报名踊跃，为了满足更多压铸企业参展需求，主办方 对展馆分配进行了调整，在原有一个展馆（W5）的基础上又增加了一个展馆（W4），压铸展馆总面积 增加到2万多平米。 馆内各区域更加深度细分、精铸展区、铸造模具展区、铸造机器人展区、产业集群展区等。方便专 业观众的参观洽谈。 展出内容包括：铸博会（铸件、铸造设备、铸造原辅材料、铸造模具、铸造技术、铸造产业集群、 检测设备、铸造专用机器人等）；压铸展（压铸件、压铸机、压铸机周边设备、压铸合金、压铸辅助材 料、压铸岛、压铸专用机器人、压铸件后处理设备等）。 另外，展会同期，还将举办多场学术交流会、采购洽谈会、新产品新技术发布会等，行业专家团也 将重新上阵，为参展企业和专业观众答疑解惑，排忧解难。 据中国铸造协会展览部负责人透露，今年展会报名呈现两大特点：一是行业骨干企业多；二是特装 展位多。 更多信息敬请登陆展会官网www.expochina.cn 或拨打咨询热线010-88514541； 了解更多展会资讯，欢迎关注中国铸造协会展览网微信公众号： 展会官网在线报名：www.expochina.cn 咨询热线： 联系人：姜蹬坤（手机18911227988） 刘雨豪（手机：18911226538） 电 话：010-88514541 E-mail: jiangdengkun@foundry.com.cn liuyuhao@foundry.com.cn