第七節  機械加工企業的節能監測

一、機械加工工業的能耗概述

當前我國機械工業發展速度已連續5年超過20%，總規模位居世界前列，但總體水平與發達國家相比仍有較大差距，主要體現在：產業結構不盡合理;大部分企業自主創新能力較弱，產品升級換代緩慢;能源和原材料消耗大，污染嚴重。

對于機械工業而言，單位增加值能耗不高，總量卻不小，各行業綜合能耗水平差異較大。近年來，我國機械工業全行業和大中型企業綜合能耗逐年下降，2004年萬元增加值綜合能耗為0.73t標準煤，2005年為0.65t標準煤，2006年為0.56t標準煤。

2006年，機械工業行業總能耗約8134.2萬t標準煤，占工業能耗的4.6%，占全國能耗總量的3.3%;萬元增加值能耗為0.56t標準煤，相當于全國工業萬元增加值能耗的24.8%，全國GDP綜合能耗的47.4%。與此同時.機械工業十分重視高效節能產品的研發，開發了許多高效節能重大技術裝備和量大面廣的通用產品，節能效果顯著。例如，火力發電設備制造業實現由亞臨界參數向超臨界、超超臨界的升級，機組效率提高了2%～5%;發展高效電動機，比普通電動機效率提高5%～2%，2005年產量達3000萬kW，約占全部產量的23%;在關鍵部件應用方面，以電力電子技術實現變頻調速，節約了大量能量;積極推廣節能變壓器;開發了風機、水泵、壓縮機等高效通用機械產品。

盡管我國機械工業單位增加值能耗遠遠低于高耗能行業，也低于全國萬元GDP能耗，但單位產品綜合能耗與工業發達國家相比還有差距。熱加工工藝是機械工業制造過程中的主要耗能環節。2006年，我國鑄造、熱處理和鍛造等行業消耗能源4056.8萬t標準煤，占機械工業總能耗的49.9%。鑄造行業每生產It鑄鐵件能耗為0.55～0.7t標準煤，國外為0.3--0.4t標準煤;鍛造行業每噸鍛件平均能耗約為0.88t標準煤，日本僅為0.515t標準煤;重型行業煉鋼平均噸鋼總能耗為800～100OkWh，國外先進水平僅為550～600kWh。

作為高耗材行業，機械行業2004年消費鋼材12510方t，占同期全國鋼材產量的39%;消費銅材為358萬t(國產僅有220萬t);消耗鋁材為152萬t，占全國鋁材產量的28%。在材料利用方面，國內軸承生產企業軸承套圈材料利用率一般水平在50%左右，而發達國家可達75%。

二、機械加工企業工藝及能耗分析

(一)鑄造工藝

1.工藝流程

鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經冷卻凝固、清整處理后得到有預定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛坯因近乎成形，而達到免機械加工或少量加工的目的，降低了成本并在一定程度上減少了時間。鑄造是現代機械制造工業的基礎工藝之一。

鑄造種類很多，按造型方法可分為：普通砂型鑄造，包括濕砂型、干砂型和化學硬化砂型3類;特種鑄造，按造型材料又可分為以天然礦產砂石為主要造型材料的特種鑄造(如熔模鑄造、泥型鑄造、鑄造車間殼型鑄造、負壓鑄造、實型鑄造、陶瓷型鑄造等)和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造(如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等)兩類。

鑄造工藝通常包括：

(1)鑄型(使液態金屬成為固態鑄件的容器)準備，鑄型按所用材料可分為砂型、金屬型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次數可分為一次性型、半永久型和永久型，鑄型準備的優劣是影響鑄件質量的主要因素。

(2)鑄造金屬的熔化與澆注，鑄造金屬(鑄造合金)主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。

(3)鑄件處理和檢驗，鑄件處理包括清除型芯和鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物以及熱處理、整形、防銹處理和粗加工等。

不同的鑄造方法有不同的鑄型準備內容。以應用最廣泛的砂型鑄造為例，鑄型準備包括造型材料準備和造型造芯兩大項工作。砂型鑄造中用來造型造芯的各種原材料，如鑄造砂、型砂黏結劑和其他輔料，以及由它們配制成的型砂、芯砂、涂料等統稱為造型材料，造型材料準備的任務是按照鑄件的要求、金屬的性質，選擇合適的原砂、黏結劑和輔料，然后按一定的比例把它們混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂設備有碾輪式混砂機、逆流式混砂機和葉片溝槽式混砂機。

造型造芯是根據鑄造工藝要求，在確定好造型方法，準備好造型材料的基礎上進行的。鑄件的精度和全部生產過程的經濟效果，主要取決于這道工序。在很多現代化的鑄造車間里，造型造芯都實現了機械化或自動化。常用的砂型造型造芯設備有高、中、低壓造型機、拋砂機、無箱射壓造型機、射芯機、冷和熱芯盒機等。

鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出后，有澆口、胃口及金屬毛刺披縫，砂型鑄造的鑄件還黏附著砂子，因此必須經過清理工序。進行這種工作的設備有拋丸機、澆口冒口切割機等。砂型鑄件落砂清理是勞動條件較差的一道工序，所以在選擇造型方法時，應盡量考慮到為落砂清理創造方便條件。有些鑄件因特殊要求，還要經鑄件后處理，如熱處理、整形、防銹處理、粗加工等。

鑄造是比較經濟的毛坯成型方法，對于形狀復雜的零件更能顯示出它的經濟性。如汽車發動機的缸體和缸蓋，船舶螺旋槳以及精致的藝術品等。有些難以切削的零件，如燃汽輪機的鎳基合金零件不用鑄造方法無法成形。

男外，鑄造的零件尺寸和重量的適應范圍很寬，金屬種類幾乎不受限制;零件在具有一般機械性能的同時，還具有耐磨、耐腐蝕、吸震等綜合性能，是其他金屬成型方法如鍛、軋、焊、沖等所做不到的。因此在機械制造業中用鑄造方法生產的毛坯零件，在數量和噸位上迄今仍是最多的。

鑄造生產經常要用的材料有各種金屬、焦炭、木材、塑料、氣體和液體燃料、造型材料等。所需設備有冶煉金屬用的各種爐子，有混砂用的各種混砂機，有造型造芯用的各種造型機、造芯機，有清理鑄件用的落砂機、拋丸機等。還有供特種鑄造用的機器和設備以及許多運輸和物料處理的設備。

鑄造生產有與其他工藝不同的特點，主要是適應性廣、需用材料和設備多。鑄造生產會產生粉塵、有害氣體和噪聲對環境的污染，比起其他機械制造工藝更為嚴重，需要采取措施進行控制。

2.工藝節能建議

鑄造行業是機械工業的耗能大戶，能耗高、能源利用率低、污染嚴重、經濟效益差等制約了鑄造行業的發展。節能技術與節能措施包含以下幾個方面。

(1)黏結劑的循環再利用。環保型砂芯無機黏結劑和砂處理及再生技術得到越來越多的關注。Laempe公司的Beach-BoX無機黏結劑是含有多種礦物質的流體，芯砂用95%砂及5%黏結劑，如鑄件用干法除芯，黏結劑殘留在砂中，為激活黏結劑，只要加入2.5%的水可重復使用多次而不用再加新的黏結劑，這就意味著在生產中每批最大黏結劑加入量僅為1.6%，通過除水導致黏結劑組分的化學反應而硬化，可使用時間無限制，但相對濕度不應超過70%，混制好的砂密封好可長期儲存。FoundryAutomation和MEG的黏結劑為粉狀，用于鋁合金制芯、儲存和澆注過程中均不發氣，且均無樹脂類黏結劑可能引起的環境問題。濕法清砂的水可回用85%，回收的材料可100%再使用。

(2)舊砂回收與再利用。在歐美工業發達國家，一直把舊砂再利用作為一項重大研究課題，取得了較好的研究成果，并已經付諸工業生產。在澆鑄有色金屬件、鑄鐵件以及鑄鋼件時，根據舊砂的燒結溫度，用機械法再生舊砂，其再生率大致分別為90%、80%及70%。舊砂回用與濕法再生結合是最經濟最理想的選擇，兩級濕法再生去除率(Na20)達85%～95%，單級也可達70%。90%的舊砂回收再利用，質量接近新砂。英國理查德(Richard)公司采用熱法再生，可以提高再生率10%～20%。而且，熱法舊砂再生成套設備的成本回收期較短，一般運轉兩年就可收回成本。回收得到的無法用機械法再生處理的鋯砂采用熱法處理后，再生砂的質量優于新砂。在美國，鑄造行業用砂年消耗量在500萬t左右，研究發現，鑄造用后的舊砂用于高速公路路基材料，完全可以滿足高速路建設所用材料的性能要求，其性能同樣優于同品種的新砂。