Liu Xiao-long

(SCIVIC Engineering Corporation, Luoyang 471039, Henan)

Abstract: This paper introduces what modern foundry is from general planning, engineering design, equipment selection, production management, etc. And how to realize the modernization of foundry is described by department. This has something referential value to the construction of china foundry.

Keywords: Foundry, automation; Waste heat; Waste; Environmental improvement; Management

1 何谓现代化的铸造厂

一般认为现代化就是指一个国家（地区）由落后的农业国家（地区）发展为先进的工业国家（地区）的历史过程。现代化的最基本内容就是工业化。所以一种观点认为，“广义的工业化过程就是现代化过程，具体是由狭义工业化和狭义现代化（高度工业化）两个时期组成”。按照此定义，结合铸造的特点，我认为现代化的铸造厂就是整体布局合理、物流顺畅、环境宜人、生产过程大量采用机械化和自动化的铸造装备，就目前来说，人均年产铸件100吨以上。

2 如何实现现代化的铸造厂 2.1 设计要合理

据统计，项目前期工作对项目投资的影响程度在70-80%，因此，前期准备和规划相当重要，但许多企业往往忽视这一重要环节，项目不作总体设计，认为买谁的设备，谁管设计就行，自认为这样还可以省掉一笔设计费，这种想法是很不科学的，也是错误的，现实生活中很多例子已经证明这一点。例如：某厂在建设初期没有找正规设计单位，建设过程中多次实施不下去了，勉强实施完毕，已过去了5年！目前虽已投入生产4年，但设备整体生产率只是设计能力的40%不到，且4年之中在不断改造，车间布局和物流都极不合理。还有某厂找了一个没有经验且不是本行业的设计单位设计，结果厂区物流不合理，厂区没有炉料库、砂库等，车间内物流更乱，一期建设没考虑二、三期的物流，导致目前二期、三期项目建设很难实施，生产区和生活区相互交错。

在此，特别说明铸造工程设计与其它工程设计不同，铸造工程设计一般要分两个阶段：初步设计和施工图设计。初步设计一般40天左右就可以完成，施工图设计一般4个月左右，而这两个阶段之间往往相隔较长时间，原因是初步设计完成后要进行设备订货，等设备资料齐全后才能进行施工图设计，而设备订货时间往往是6-7个月，有的甚至超过一年。

2.2 各工部设备要匹配

实践证明，不同的设备厂家，其生产的设备实际生产率和标称生产率是不同的，且相差很大，对于没有经验的设计单位，仅凭设备标称生产率选择设备很有可能造成铸造车间各工部不匹配，使生产过程出现瓶颈，从而影响整个系统生产率，据不完全统计，一般造型线由于各工部不匹配而占停机时间约为30~50%左右。例如某厂，在车间设计时引进了一条造型线，但其它工部所有设备选用国产，投入使用后出现两个问题：一是其它工部设备故障率高，（设备档次不匹配）严重影响了造型线的开动率，使造型线处于半停产状态，导致产量减半；二是混砂能力不够，某些国产混砂机的混砂能力在实际应用中只能达到名义能力的一半左右，而设计时按名义能力考虑，因此，严重影响了造型线的开动率，导致造型线的生产率再次打折。这种状况坚持生产了三、四年，最后厂里痛下决心对砂处理工部进行了改造。由此可见，在设备选型时，一定要多了解各种设备的实际运行状况，结合企业自身铸件的需求，选择合适的设备，不能简单听信于设备厂商的宣传，力争使各工部设备生产能力协调、匹配。

2.3 设备尽量自动化

铸造厂要现代化，没有现代化的装备是不可能的，下面以潮模砂铸造工艺为例，从5个工部分别介绍一下目前先进的工艺和装备：

熔化工部：

熔炼工部除根据铸件材质选用合理的熔炼工艺外，最重要的是加配料系统自动化，目前新建先进的铸造厂，都采用自动加配料系统。比如电炉熔炼时主要由桥式起重机和电磁吸盘配置铁料，然后放入过渡料斗中，由料斗出口处的振动给料机加入到振动输送小车中，通过振动输送小车再加入电炉内。

炉前设置真空直读光谱仪。

合金料的称量、加入等，也是采用自动化形式。

造型工部：

造型设备是铸造车间的核心，采用“静压造型”工艺更易获得轮廓清晰、棱角分明、尺寸精确的型腔，并且背部硬度分布合理，利于铸型的排气和铸件落砂，我国多数铸造企业已选用静压自动造型线。目前，先进的造型线可以达到：

生产率120-180整形/h；

铸型背面平均硬度≥85GF 硬度单位；

分型面平均硬度≥90GF 硬度单位；

同一表面硬度差不超过±5%；

多触头压力可以分区调节，一般分三区；

错型量: ≤ ± 0.2 mm ；

合箱精度:≤ ± 0.15 mm；

下芯精度:≤ ± 0.2 mm；

铸件尺寸精度：不低于CT8级；

铸件重量精度：达到MT7级；

独立的润滑系统和润滑回油系统；

砂芯由机器人从送芯辊道上抓起后直接下到型腔中；

落砂机布置在冷却通廊内，减少噪声和粉尘污染；

设备故障率可以达到1%；

采用带称量和摄像的全自动浇注机；

制芯工部：

当代制芯工艺是朝着工艺简化、节省能源、提高砂芯尺寸精度、降低表面粗糙度及快速硬化的方向发展。从气体发生器、芯砂混砂机到制芯机；从砂芯的后处理、组芯、涂料、烘干等机械设备、电气控制系统、液压系统到显示系统的设计和制造，都得到了不断发展和完善，实现了联线的全自动生产。

目前多数厂家选用制芯中心生产砂芯，生产率可达40-50盒/h，取芯、修芯、组芯全部采用机器人，组芯定位精度≤0.2mm，射芯机以垂直分型为主，有二开模、四开模，且为了减少砂子用量，砂芯都采用抽芯工艺，从而减少10%~15%左右的用砂量。整个中心配备快换芯盒装置，芯盒更换时间≤5min，并配有芯盒打开装置，实现在线清理。

设置集中供氨和涂料搅拌系统。

混砂机树脂定量精度≤1%。

原砂定量精度≤1%。

为了弥补制芯和造型的不匹配，在造型和制芯工序中间设置立体仓库，砂芯从制芯到下芯全部采用自动化运输。

砂处理工部：

砂处理设备的关键是如何稳定、均匀的向造型线供应合格的型砂，对于自动化造型线来说，一般要求型砂性能为：

型砂温度不超过环境温度10℃；

紧实率38%～42%（波动±2%）；

湿压强度0.17 Mpa～0.22Mpa；

湿抗拉强度0.12 Mpa～0.25 Mpa；

透气性>90；

水份2.8%～3.2%；

型砂中>10mm的砂团量；

目前，工程设计时，为了提高型砂质量，一般旧砂斗都设置3~4个，落砂后的旧砂分阶段往每个旧砂斗中加入，而每个旧砂斗中的出砂是均匀给出的，这样，保证送往混砂机的旧砂是不同阶段旧砂的混合物，从而使旧砂质量得到稳定。对于混砂质量的控制，多数采用在线检测装置。

目前也有不少厂家将一级磁选设计在落砂后的震动输送槽的末端，避免一级回砂皮带常被浇注披缝、通气针等划破的现象。

对于相当一部分铸件，除尘器收集的废灰，加入混砂机后不仅能提高铸件表面质量，而且还能降低煤粉、粘土的加入量。因此，目前新建铸造厂都将除尘器的部分废灰直接发送到混砂机上方的灰斗内，经定量后加入混砂机，进行回用。

清理工部：

我国大批量生产铸件的工厂，其清理工部多数采取高效专用清理设备，组成清理作业线，实现铸件不落地清理，铸件一般经过落砂、去浇冒口、冷却、（击芯）、一次表面粗抛、铣削清铲、精整等工序，为了保证铸件表面的一致性，还要进行二次精抛、防锈处理等。

铸件的输送一般采用机械化输送，形式有机动滚道、悬链和鳞板输送机。

铸件清理采用自动化的清理设备或清理单元。机器人应用到清理车间越来越多。

防锈处理根据铸件要求有浸油、浸防锈液、静电喷粉、喷漆等。

为了改善清理工人的工作环境，清理工位一般是单元式或在线式。

对于中小件的清理，多数厂家已由原来的手工砂轮机打磨改为液压机压去飞边、毛刺的工艺，每小时可清理铸件2000件。

2.4 节能意识贯彻方方面面

首先要选择能耗低、污染少的铸造工艺，如：潮模砂铸造、消失模铸造、V法铸造、压铸等。

其次是对余热进行充分利用。目前，已有一些铸造厂将冲天炉的余热用于车间采暖、烘烤砂芯，使车间采暖耗能降低60%以上，也有一些企业用电炉的冷却水热量，经热交换用于职工洗澡。

现代布袋滤料和破袋检测技术已具备将布袋除尘器的尾气引回车间的条件，为了节能，目前国外已有使用。

将车间的除尘管道根据季节不同采取保温和不保温处理，夏季保温冬季不保温，也是节能的好措施。

部分厂家将退火炉的废气抽到落砂机的除尘管道内，防止结露。

还有一些厂家将退火炉的位置前移，使落砂后的铸件直接进退火炉，充分利用铸件余热，退火炉通常采用连续式的。

新建铸造项目通常对回炉料也要进行处理，以降低熔化能耗。

车间照明采用节能灯和声控、光控系统。

设分散空压站，尽量不设集中空压站。

国外一些铸造厂为了节能，在砂芯的涂料中加入干燥变色指示剂，以更好地控制炉温和烘烤时间。

将浇注后剩余低温铁液再利用，也是很多铸造厂常用的方式。

2.5 废弃物要处理

现在新的铸造项目都追求零排放，但众所周知，生产1吨铸件一般要产生1到1.5吨的废砂，我国目前每年有4000多万吨废砂排放，因此，废砂如何再生利用，变的非常关键和重要。目前，新建铸造项目基本全都留有热法和机械再生的位置，很多厂家已经建设完毕。

对于其它废弃物如炉渣等，也有用于生产步道砖、窨井盖、水泥的。

油漆废水经处理后达标排放。

对于浇注产生的废气，目前也有厂家进行处理后排放。

2.6 环境治理要跟上

现在部分地区已经开始将空气质量检测标准由PM10改为PM2.5，因此，对环境的要求将更加严格。

铸造工艺的特点决定了铸造是产尘大户，因此，如何将铸造的粉尘收集、利用，是铸造环保的关键。目前，新建铸造项目基本都采用了完善的通风、除尘设施：

对电炉烟尘进行除尘，使其净化后满足《工业炉窑大气污染物排放标准》的要求。

烤包系统设通风装置，设上部伞形罩，排风管道接出屋面。

车间熔化跨屋面设机械排风装置，加强熔化区域通风，排除电炉出铁水时逸散到车间内的烟气和余热。

振动落砂区设密闭罩和除尘系统。

造型工部浇注段设通风系统排除浇注时产生的大量余热和CO等有害气体。

造型工部液压泵站设机械送风及排风系统，加强泵站通风，排除余热、余湿空气。

造型地沟、送铸件地沟等设全面排风系统，排除地沟内余热及污浊空气。

砂处理工部冷却器、多角筛、混砂机等工艺设备以及机械化输送设备如斗式提升机、皮带机转卸点等设集中除尘系统。

制芯工部的冷芯盒射芯机配备尾气净化装置。

三乙胺集中供应间、树脂发送间、干冰清理芯盒间等房间设排风装置，换气次数不小于12次/h。

清理工部的振动落芯机、悬链输送吊钩式抛丸清理机、机械手式抛丸清理机、静电喷粉及浸油处理线等设集中除尘系统。

人工精清单元设集中除尘系统。

废砂收集、储存系统设集中除尘系统。

为使各工部的操作工位降温、保证车间形成良好的气流组织和冲淡室内有害气体浓度，不少企业设置了送风系统，室外空气经过滤和调温处理后送到车间，根据车间性质不同，换气次数控制在每小时4到12次。

2.7 管理水平和管理手段要先进

现代化的铸造厂要有先进的管理理念和先进的管理手段。新建铸造项目都设立了计算机网络信息系统，在网络系统的基础上实现CAD/CAM的一体化、网络化和自动化，以缩短产品开发周期和提高产品质量。

很多企业具有“企业资源计划(ERP)系统”、有线通信系统、计算机网络（Intranet）系统、安全防范系统、有线电视系统、门禁系统、抄表系统等。

实现现代化铸造厂的难点:

首先转变铸造没有什么技术含量、简单上一些设备就行了的观点。我们要对铸造工人的身体健康负责，要对整个社会环境负责，不能只局限于自己眼前的一点利益而排斥铸造自动化。

其次是资金不足，建设现代化的铸造厂，光口头说说是不行的，必须有合适的资金投入，没有资金，环保、节能、自动化一切都是空想。

第三是缺乏现代化的铸造装备：没有资金是万万不能的，有了资金也不是万能的，目前，我国缺乏现代化的铸造装备生产企业，很多设备依赖进口。

第四是部分铸造装备技术明显落后：我国现有先进的铸造厂，其熔炼设备、造型设备、砂处理设备及工艺已经达到国外先进水平，而制芯、清理设备相对落后，特别是输送系统，且这两个工部与产品有很大关系，也是工艺设计的难点，更是实现自动化的关键所在。

3 结语

现代化的铸造厂不是想象出来的，大家知道，生产一吨铸件有4吨到6吨的物流量，因此，厂区总体规划非常重要，必须功能分区明晰、物流顺畅、环境优雅。仅有这些还远远不够，还必须具有机械化或自动化的装备，有现代化的管理手段，更有现代化的思想意识。希望在座的铸造企业家们，能够站得更高一点，为企业、为安徽省、为国家少建设一些落后的铸造厂，多建设一些现代化的铸造厂，使我国早日成为铸造强国。

刘小龙简介

刘小龙，男，1964.4，学士，教授级高级工程师，机械工业第四设计研究院铸造工程所所长，中国铸造协会理事、顾问，中国铸造学会铸造装备专业委员会委员，《中国铸造装备与技术》编委，《铸造设备与工艺》编委，国家级评标专家，撰写过多篇铸造论文，担任过合力铸造中心、玉柴铸造中心、龙工铸造中心、柳工铸造中心、上柴铸造中心、JYB125气冲造型线、陕汽造型线等项目负责人。

负责的潍柴动力股份有限公司铸造中心获2008年中国机械工业科学技术进步二等奖。

广西玉柴机器股份有限公司铸造中心一期工程获2011年中国机械工业科学技术进步二等奖、机械工业优秀设计一等奖。

有四项国家专利。

摘要：本文从铸造厂的总体规划、工程设计、设备选型、生产管理等方面介绍了什么是现代化的铸造厂，分工部介绍了如何确保铸造厂的现代化，对我国铸造厂的建设具有一定的参考作用。

关键词：铸造厂；自动化；余热；废弃物；环境治理；管理；