文/重庆长安铃木汽车有限公司/雷清明 曾德友 周久兵

摘要：文章通过分析中国铸造行业在能耗上与世界水平的差异，提出了铸造企业合理布置产品结构、推动产品的轻量化；循环利用、提高资源的利用率、建立节约型企业；提倡使用清洁能源和新技术、新设备等措施来达到产品轻量化和节能减排的目的。并通过长安铃木公司实践，介绍了具体的实施措施。

关键词：铸造企业、轻量化、节能减排、资源利用率、清洁能源、新技术、新设备、铸造行业现状

铸造业是我国的传统产业和国民经济的基础产业。据统计，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。（以上数据摘自《浅谈铸造企业节能措施》作者李化芳、任立军、王年生）我国铸件重量比国外平均重10%-20%，加工余量大1-3倍。我国每生产1吨合格的铸件，大约要排放粉尘50kg ，废气1000--2000m3，废砂1.3—1.5吨，废渣300 kg。我国的三废排放量是工业发达国家生产1吨铸件的10倍。工业发达国家铸造企业用于环保投资占整个铸造企业设备投资的20％--30％，而我国只占5％--8％（以上数据摘自国家发展改革委员会工业司、中国铸造协会—我国铸造业的长远发展思路与措施）。如图1，将上述的数据我们以国外的平均水平为系数1，我们从而得出我国与国外铸造行业平均水平主要指标的对照（表1），指标对照（图1）：

在我国《十一五规划》中明确提出了到2010年，每万元国内生产总值能耗要由2005年的1.22吨标准煤下降到1吨标准煤以下，将能耗降低20％左右的奋斗目标。在我国正处于调整产业结构，控制高能耗高污染行业过快增长的产业政策下，做好铸造产业的产品轻量化和节能减排工作刻不容缓。

近年来，在重庆地区，在汽车和摩托车产业的带动下，铸造业不管是在产业规模还是在技术水平上取得了长足的发展。如（表2）是重庆部分铸造企业铸件能耗统计表：

2、铸造企业节能减排的工作方向

铸造行业企业开展节能减排工作必须从铸造生产的源头开始，即原材料的选择和减少使用量，节省能耗、提高能源利用率，直到铸造生产过程的中间环节和最后环节的各种废弃物的排放，各种有害气体，废水废渣的排放，达到既节省原料、能源，实现劳动条件、环境友好，又能构建“和谐铸造”和实现“可持续发展”的目的。

（一）、合理布置产品结构、推动产品轻量化。目前我国现有各类铸造企业约3万家，比世界上发布统计数据的35个国家和地区铸造企业的总和还多得多。我国各类铸件总产量已稳居世界各国的首位。我国铸造业在过去近二十几年里，更多的是依靠低廉的劳动力，通过低成本扩张、产能扩大来达到快速发展。随着产业结构的调整，在铸造企业内部，就必须制订本企业的长期发展规划，通过改进产品结构，逐步淘汰超能耗的产品和工艺、并推动产品的轻量化。汽车重量每降低1%，油耗可以降低0.7%，轻量化对减轻汽车自重，提高整车燃料经济性至关重要。轻量化可以通过轻量化的材质，高性能薄壁件，铸件的合理设计减轻重量来实现。

（二）、循环利用、提高资源的利用率、建立节约型企业。推动铸造企业在原材料、水资源等生产过程中实现循环利用，减少废物的产生。同时，在产品设计上，通过提高铸造过程中的产品工艺出品率，减少加工余量来减少材料的重熔；通过报废铸件回炉、重熔，缺陷的铸件的修复、废砂的再生利用等措施来提高资源利用效率。

 （三）、提倡使用清洁能源和新技术、新设备。技术进步才是实现节能降耗的最重要的措施。研究分析显示，技术进步对节能贡献率达到40%~60%。铸造熔炼炉所用能源为电、天然气、焦炭等，熔炼能耗约占铸件生产总能耗的50%以上，采用先进适用的熔炼设备和熔炼工艺是节能的主要措施。并围绕着这个工艺，选择节能型设备。围绕资源高效循环利用，积极开展替代技术、再利用技术、资源化技术、系统化技术等关键技术引进和改造。

3、长安铃木铸造工厂产品轻量化和节能减排的具体措施

长安铃木以“为中国人，圆轿车梦”为使命，恪守“服务大众、回馈社会”的承诺，坚持“科技成就低能耗、高品质”的造车理念，为广大消费者提供了“科技、安全、节能、环保”的精品轿车。那么作为长安铃木公司下的铸造工厂，我们在生产过程中如何做好产品轻量化和节能减排的呢？

（一）、选用铝合金作为发动机铸件原材料、建立清洁的铸造工厂

首先我们依照上面提到的铸造企业节能减排工作方向的思路。在铸造工厂建立之初通过市场分析调查分析和公司未来发展规划。淘汰了建立砂型铸造工厂，分别建成了2条铝合金低压铸造生产线和4条铝合金高压铸造线。在产品结构上，主要生产羚羊、雨燕、天语发动机上的缸体、缸盖和变速箱体，都是以铝合金为原材料进行压力铸造。其原因如下：

（1）铝具有良好的机械性能，其密度只有钢铁的1／3，机械加工性能比铁高4．5倍，耐腐蚀性、导热性好。其合金还具有高强度、易回收、吸能性好等特点。汽车工业运用最多的是铸造铝合金和形变铝合金。在汽车发动机上已广泛使用，在高端汽车上车门已采用铝合金压铸。

（2）铝合金压力铸造工厂污染少，是清洁的铸造方法。铸造按照成型工艺分为： 1.重力浇铸：砂铸，硬模铸造。依靠重力将熔融金属液浇入型腔。2.压力铸造：低压浇铸，高压铸造。依靠额外增加的压力将熔融金属液瞬间压入铸造型腔。重力浇铸中的砂型铸造是铸造工艺的主要方法，占整个铸件生产的70%～80%，但是由砂型铸造的造型材料带来的粉尘污染、空气污染及固体污染最为严重，已成为铸造生产的主要污染源。

（二）、循环利用、提高资源的利用率、建立节约型企业

一）、产品设计轻量化

首先我们在产品设计上遵循轻量化原则。产品轻量化绝非是简单地将其减少重量而已。首先应保持产品原有的性能的情况下，既要达到减轻自身的重量，又要保证产品的安全性和经济性。汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计和轻量化材料的使用两大方面。一方面汽车轻量化与材料密切相关；另一方面，优化汽车结构设计也是实现汽车轻量化的有效途径。高强度钢板、铝合金发动机、镁合金方向盘，已在我公司的轿车上得到运用。在我公司的铸造厂内产品轻量化主要做了以下工作：

（i）产品设计上铸件设计时做到均匀壁厚。通过使用减轻槽和加强筋等设计，在满足结构强度的要求下，减轻铸件重量，提高铸件的合格率；

（ii）工艺设计上通过不同方案的对比，在满足铸件合格率的前提下，在铸造生产中，铸件工艺出品率是衡量铸造工艺水平的重要指标。在获得优质铸件的条件下，提高工艺出品率，以提高劳动生产率和金属液的利用率，减少对材料的重熔能耗损失；铸件工艺出品率对铸造企业的运营效率，尤其是能源方面有着重大影响。工艺出品率较低，无形中给企业增加额外的运营成本：大量过剩的金属的收集、回炉，需要花费大量的成本；金属的熔炼与保温再次消耗能源；加重了设备的金属处理能力所带来的资金投入；铸件清理的额外成本；收集、分类金属的耗时；设备维护费用。

（iii）工艺设计上通过提高铸件精度来减少加工余量，提高材料的利用率；

综合上面的措施，我们把长安铃木的产品与日本铃木公司进行了对比，对比情况如（表3、表4、图2）。

二）、加大原材料、水的循环利用设施以及环保设施的投入；

（i）在生产线建设时，我们采用一次性投入冷却水循环系统。将整个工厂内的循环水在一个封闭循环系统内循环；铸造时产生的废水也通过废水处理系统，进行达标排放；如（图3） 长安铃木冷却用循环水系统

（ii）在铸件生产过程中产生的回炉料，我们在每一条生产线上都布置了相应的自动回收传送装置，然后进行重熔，原材料的回收几乎是100%；

（iii）废砂的回收再生

1）在低压压力铸造中，虽然也产生少量的以废砂为主的固体废物，但通过型砂造型材料厂的技术研发，铸造废砂低温焙烧再生能够达到优质低能耗的效果。再生砂的用量已达到产量的70%。在我公司生产使用的覆膜砂100%使用后由型砂造型材料厂进行回收、再生，加大了资源的利用率，减少了对环境污染。如（表5 ）各种砂再生前后的性能对比表。

实验表明：再生砂的发气量和焙烧砂相当，低干烘大林砂1 ml/g多。耗酸值也较低，可以适当减少热芯盒制芯固化剂的加入量。再生粘土砂急热膨胀率低，有利于生产做低膨胀砂，减少铸件产生脉纹、毛刺和尺寸变形。

2）再生砂和新砂配制成覆膜砂的性能对比

覆膜砂工艺：树脂加入量2%，固化剂加入量14%（占树脂）。砂为再生砂和新砂，如（表6） ：再生砂和新砂配制成覆膜砂的性能对比表：

实验表明：再生过的砂制成的覆膜砂热态的和常态强度均比新砂高，强度和焙烧砂相当。再生修形后砂强度更高，可用作高强度低发气的覆膜砂。

（iv）除尘、除臭环保设备投入，排放的废气、粉尘超过了国家GB16297－1996 《大气污染物综合排放标准》中二级标准的要求。废气总处理能力：47.9万m3/h，其中除尘处理能力是13.5万m3/h，除臭处理能力是34.4万m3/h。（对照表：表7、表8、表9）

本套系统建成后，每年去除粉尘600～1000t左右，年去除量苯酚、甲醛等有机物130t左右，对改善区域大气环境质量具有重要意义。同时，工房内经过通风、治理后，大大降低了室内污染物浓度，达到《工业企业卫生设计标准》的要求，切实保护了工人的身体健康。如（图4）长安铃木除尘、除臭环保系统；
（三）新技术、新设备、新工艺的使用，提高能源利用率

（i）在熔化炉上使用热值高的清洁能源，减少有害气体排放；

我们都知道传统的热源如煤、木材、可燃气体、石油等是一次能源，而电作为二次能源，在其转换过程中会产生热效率损失。所以一般来说应优先使用一次能源作为加热源。然而前些年由于我国能源开发上存在的问题，国家对工业用油、可燃气体有所限制，所以一般都采用煤或电作为加热源。由于这些传统上的原因，许多人很难理解为什么用气会比用煤或电更加经济。请看（表10） 几种能源性能综合比较表。

通过表（10） 的分析我们不难看出,以上三种能源中电虽无污染，但价格高；而焦碳虽便宜，但使用不方便、污染大、工作环境差，加之国家对环境保护的重视，现在已有好多城市不能用煤及焦碳，同时也无法保证铝水的温度（合适的熔解温度是720～750℃）和铝水的品质，因此在铝合金熔解上最为合理的燃料应是天然气。（表10） 中比较可以看出不管从环境保护角度来看，还是从经济角度来看（1.0 Nm3天然气的发热量相当于 9.7度电的发热量、且无污染），更加肯定了使用天然气作为加热的燃料是最经济最合理的。

（ii）使用集中熔化炉，利用熔化炉的排气预热铝锭，提高能源利用率；

前面提到的在我国铸造生产中，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％，而熔炼能耗约占铸件生产总能耗的50%以上，所以控制好熔化炉的能耗及排放在铸造工厂的排放至关重要。

（1.）从生产环境与环境保护角度上来看

A、集中熔化兼保温炉的占地面积小，噪声低。

B、由于采用了全自动控制系统，无须专人看管，可以大大降低劳动强度。

C、燃烧系统设计先进,烟气排放可以达到林格曼黑度零级以下,可通过烟道直接排放。

（2.）从降低燃料、减少烧损，即降低成本上来看

集中熔化兼保温炉采用了烟道废气预热铝材的原理，使室温的铝材在投料塔内预热至350℃后才正式进入熔解区进行熔解，加之采用了特殊的燃烧器和超级断热保温板，从而使熔化能源指标大大降低，热效率可达45%以上，而一般反射炉的热效率只能在20%以下。那么接下来我们不妨对各种炉型熔解炉在能耗上、材料的烧损上及其它性能上再做一次比较，请看以下各炉型性能综合比较表（表11）。

（3.）按铝材15500元/吨来计算

通过表3-2和以上的分析我们可以看到集中溶化炉在燃料消耗和材料烧损上远远超过其他溶化设备，选用电炉是成本最高；用焦炭炉虽说相对电炉来说成本低了很多，但工作环境差、污染大、劳动强度大；用国产一般熔解炉虽说与电炉相比，大大降低了成本，与焦炭相比大大改善了环境；但与集中熔解炉相比，成本仍然很高，劳动强度大。如（图5）长安铃木铝合金铸造用集中熔化炉：

（iii）优化铸造工艺是节能降耗的重要内容，技术进步才是实现节能降耗的最重要的措施。研究分析显示，技术进步对节能贡献率达到40%~60%。除了上提到的熔解保温设备提高能源利用率以外，通过建立高度自动化和集成化的铸造生产线，提高生产节拍、设备开动率、铸件合格率也是长效节能降耗的措施。在长安铃木生产线：A、压铸采用定量炉保温、浇注、实时控制压铸技术、模温控制、模具高压冷却与点冷技术进行模具快速冷却、真空压铸，提高了材料利用率，减少铸件内部组织的缩孔、缩松，提高了铸件流出合格率，压铸件综合良品率在96%以上；B、低压铸造采用伺服加压系统、水冷流量控制；降低了铸件焊补修正率，焊补修正率仅为2%；减少铸件内部组织的缩孔、缩松，提高了铸件流出合格率，低压铸造件综合良品率在95%以上，超过行业水平2～3%。此项可以节约100万/年：减少烟尘排放12～30T/年，减少酚醛等有机物4T/年；

（iv）改进生产线配置、提高能源利用率

通过优化生产线设备配置和铸造工艺，可以提高能源利用率，从而降低成本。优化铸造工艺，要平衡许多相关因素：如燃料及运营成本、金属生产需求、对环境的影响及环保成本、对法规及其他有关操作、管理各方面的考虑。建立有效的能源审计与监控系统，以全面地分析能源使用问题。生产线设备配置如：关闭不必要的冷却风扇及其辅助设备；安装节能型照明系统；改进铝液的保温技术；采用变频控制，根据工位的工作状态，自动调整功率；如（图6）铸造工厂工位除尘、除臭环保系统采用ABB自动变频风机功率控制。采用变频控制的效率是普通风门调整效率的3倍，此项年节省运行费用在35万元以上。

4、结束语

我国虽是铸造大国，但还不是铸造强国。我们在应对全球变暖、新能源正处于起步阶段，在现有的能源形式下，节能减排工作任重道远，通过产品轻量化的研究和开发运用，以及通过新设备、新技术的开发运用，来提高材料和能源的有效利用，达到节能减排的目的。每个企业都应该积极行动起来，节约每一吨煤、每一度电、每一吨油，为建设资源节约型、环境友好型社会做出贡献，最终实现中国的“铸造强国之梦”。