孫明杰，董文波，張偉鵬

（中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽合肥 230601）

汽車覆蓋件模具鑄件形狀各異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及質(zhì)量要求高，且屬于單件生產(chǎn)模式。所以汽車模具鑄件的生產(chǎn)采用實(shí)型鑄造工藝。國(guó)家對(duì)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日趨加嚴(yán)，以及鑄造需適應(yīng)綠色鑄造可持續(xù)發(fā)展的行業(yè)政策，都需要鑄造企業(yè)重視先進(jìn)節(jié)能環(huán)保技術(shù)、工藝和裝備的應(yīng)用。汽車模具鑄件的澆注過程主要產(chǎn)生EPS 泡沫高溫分解產(chǎn)生的有機(jī)氣體煙塵，以及樹脂砂高溫產(chǎn)生的有機(jī)廢氣。由于澆注過程時(shí)間短，煙塵瞬時(shí)集中排放，采用合適有效的煙塵收集裝置及處理工藝，才能起到實(shí)質(zhì)性的效果，做到達(dá)標(biāo)排放。

1 汽車模具鑄件的生產(chǎn)工藝

汽車覆蓋件模具鑄件特點(diǎn)是形狀各異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、且無一相同。

實(shí)型鑄造是近凈成形工藝，是用泡沫塑料板（EPS）經(jīng)數(shù)控加工制作成與鑄件結(jié)構(gòu)、形狀完全相同的模樣，表面涂刷涂料烘干后，埋入樹脂砂型中，待砂型硬化后澆入金屬液，EPS 模樣受熱氣化，金屬液取而代之凝固成型的鑄造方法。

圖1 汽車覆蓋件模具EPS 模型

采用實(shí)型鑄造工藝，用EPS 制作模型，成型便捷，適應(yīng)性極強(qiáng)，造型方便，省去了制芯、烘干、吊芯和卡芯等繁瑣的工序，大大縮短了生產(chǎn)周期，具有傳統(tǒng)砂型鑄造工藝不可比擬的優(yōu)勢(shì)，由該工藝生產(chǎn)的鑄件無披縫且表面光潔。

由于采用的是EPS 模型和呋喃樹脂砂造型，澆注時(shí)EPS 泡沫模型高溫分解后產(chǎn)生苯乙烯、苯、甲苯等芳香烴類氣體，呋喃樹脂會(huì)釋放出含甲醛有機(jī)廢氣。澆注時(shí)模型瞬間汽化，煙氣大量排放且集中，所以對(duì)此過程產(chǎn)生的煙塵的收集和處理成為車間環(huán)境治理的關(guān)鍵。

2 環(huán)保形勢(shì)及鑄造發(fā)展趨勢(shì)

2.1 環(huán)保形勢(shì)

國(guó)家實(shí)施打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年作戰(zhàn)計(jì)劃，以京津冀及周邊、長(zhǎng)三角、汾渭平原等重點(diǎn)區(qū)域?yàn)橹鲬?zhàn)場(chǎng)，調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、用地結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控和重污染天氣應(yīng)對(duì)，加強(qiáng)工業(yè)企業(yè)大氣污染綜合治理，全面整治“散亂污”企業(yè)及集群，分類實(shí)施關(guān)停取締、整合搬遷、整改提升等措施，強(qiáng)化工業(yè)企業(yè)無組織排放管理，推進(jìn)揮發(fā)性有機(jī)物排放綜合整治，到2020 年，揮發(fā)性有機(jī)物排放總量比2015 年下降10%以上。

《鑄造工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》已進(jìn)入最后審批階段，標(biāo)準(zhǔn)適用于《國(guó)家經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》（GB/T 4754—2017）中C339 黑色金屬鑄造和C3392 有色金屬鑄造；標(biāo)準(zhǔn)除要求熔煉、造型、制芯、澆注、落砂、清理、砂處理、鑄件熱處理、涂裝等工序大氣污染物必須進(jìn)行有組織排放并制定了非常嚴(yán)格的排放限值外，針對(duì)顆粒物和VOCs 的無組織排放，也提出了嚴(yán)格的控制措施及排放限值。

澆注過程的顆粒物和VOCs 有組織排放限值為20mg/m3、50mg/m3。

2.2 鑄造行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

“綠色鑄造”可持續(xù)發(fā)展理念得到強(qiáng)化。節(jié)能減排、職業(yè)健康安全等“綠色鑄造”理念在鑄造行業(yè)日益得到強(qiáng)化，鑄造企業(yè)三廢達(dá)標(biāo)排放是基礎(chǔ)，鑄造企業(yè)廢（舊）砂再生循環(huán)利用比例逐年提高，我國(guó)鑄造行業(yè)已出現(xiàn)了一批綠色鑄造示范企業(yè)。所以汽車模具鑄件生產(chǎn)澆注過程的除塵工藝的選擇尤為重要。

3 煙塵收集治理工藝

汽車模具鑄件的生產(chǎn)工藝采用樹脂砂實(shí)型鑄造，鑄件重量每件在2～20t 不等，澆注后鑄件需靜置1～3h 后方可移動(dòng)。澆注充型過程模型汽化瞬間產(chǎn)生大量煙氣，隨后靜置的1～3h 也產(chǎn)生少量煙氣。整個(gè)過程的煙氣收集及處理是工藝設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)。汽車模具鑄件一般采用定點(diǎn)澆注工藝，比較成熟的收集方式有固定罩和移動(dòng)罩兩種形式。

3.1 移動(dòng)罩收集工藝

移動(dòng)罩收集工藝是砂型制作完成后位置固定，移動(dòng)吸塵罩的方式收集煙塵。如下圖所示，設(shè)計(jì)2～3 個(gè)吸塵罩，在擺放砂型位置兩側(cè)軌道上平移，順序澆注各砂型，除塵管道沿廠房柱邊敷設(shè)，并在每個(gè)工位設(shè)置管接口，達(dá)到收集煙塵的效果。

判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)，得到了矩陣偏離一致性指標(biāo)，判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值。對(duì)于1～9的判斷矩陣，RI值分別為1.00，2.00。

圖2 移動(dòng)罩收集工藝布置圖

3.2 固定罩收集工藝

固定罩收集工藝是固定吸塵點(diǎn)的方式，砂型制作完成后放置在固定的吸塵罩內(nèi)，完成澆注工序及前期凝固過程的煙塵收集。

針對(duì)不同產(chǎn)量的企業(yè)，設(shè)計(jì)2～3 個(gè)固定吸塵罩，滿足生產(chǎn)要求。考慮到每個(gè)固定吸塵罩的澆注過程和砂型澆注后前期凝固狀態(tài)，可采用氣動(dòng)閥門進(jìn)行吸塵點(diǎn)的切換和抽風(fēng)量的控制。風(fēng)量根據(jù)產(chǎn)品大小及罩子室體設(shè)計(jì)。方案及某現(xiàn)場(chǎng)固定罩見圖3。

圖3 固定罩收集工藝布置圖

4 VOCs 治理工藝[2]

汽車模具鑄件的澆注過程煙塵的處理是布袋除塵+VOCs 的治理工藝。目前VOCs 治理工藝有以下幾種。

4.1 氧化法

氧化法分催化氧化法和熱氧化法兩種。氧化法的基本原理：VOCs 與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和H2O。

熱氧化法采用加熱使含有VOCs 的有機(jī)廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度；催化氧化法使用催化劑，如果溫度比較低，則氧化反應(yīng)可在催化劑表面進(jìn)行。

4.2 吸附法

吸附法主要適用于低濃度、高通量有機(jī)廢氣，且已經(jīng)相當(dāng)成熟，能量消耗比較小，但是處理效率卻非常高，而且可以徹底凈化有害有機(jī)廢氣。

但是這種方法需要的設(shè)備體積比較龐大，而且工藝流程比較復(fù)雜；當(dāng)前，多使用活性炭采用吸附法處理有機(jī)廢氣，吸附性比較強(qiáng)。

4.3 生物降解法

生物法凈化VOCs 廢氣是近年發(fā)展起來的空氣污染控制技術(shù)，它比傳統(tǒng)工藝投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，是最有望替代燃燒法和吸附凈化法的新技術(shù)。

4.4 變壓吸附分離與凈化技術(shù)

變壓吸附分離與凈化技術(shù)是利用氣體組分可吸附在固體材料上的特性，在有機(jī)廢氣與分離凈化裝置中，氣體的壓力會(huì)出現(xiàn)一定的變化，通過這種壓力變化來處理有機(jī)廢氣。

該技術(shù)開始在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，對(duì)于氣體分離有良好效果。該技術(shù)對(duì)于回收和處理有一定價(jià)值的氣體效果良好，能源消耗少、成本比較低、工序操作自動(dòng)化及分離凈化后混合物純度比較高、環(huán)境污染小。

4.5 熱破壞法

熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機(jī)氣體，也就是VOCs，或利用合適的催化劑加快VOCs 的化學(xué)反應(yīng)，最終達(dá)到降低有機(jī)物濃度，使其不再具有危害性的一種處理方法，分直接燃燒和催化燃燒兩種。

此種方法對(duì)于濃度較低的有機(jī)廢氣處理效果比較好，因此，在處理低濃度廢氣中得到了廣泛應(yīng)用。

4.6 UV 光解凈化法

UV 光解技術(shù)作為消除VOCs 和惡臭目前比較流行的技術(shù)，特別在處理低濃度VOCs 方面有很多的應(yīng)用。

4.7 低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體降解污染物是利用高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用，使污染物分子在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解，并發(fā)生后續(xù)的各種反應(yīng)以達(dá)到降解污染物的目的。

低溫等離子體技術(shù)處理效果好，成本雖然偏高，但運(yùn)行費(fèi)用極低，無二次污染，運(yùn)行穩(wěn)定，操作管理簡(jiǎn)便，瞬間就可以處理廢氣，效率高的同時(shí)，低溫等離子技術(shù)對(duì)環(huán)境的安全系數(shù)要求很高。

5 結(jié)語

（1）汽車模具鑄件生產(chǎn)澆注過程的煙塵收集主要是利用固定罩和移動(dòng)罩吸塵的工藝。此兩種方式均被企業(yè)廣泛采用。

（2）汽車模具鑄件生產(chǎn)澆注過程的煙塵治理為布袋除塵和VOCs 治理結(jié)合的工藝。而VOCs 的治理采用一種或者兩種工藝相結(jié)合的方式處理，均可達(dá)標(biāo)排放。