铸造是将熔融的金属液倒入预先制作好的铸型中,待其冷却凝固后获得具有一定形状和性能的金属零件或毛坯的工艺方法。它是机械制造工业中最基础、最常用的工艺之一,能够生产形状复杂、尺寸多样的零部件,广泛应用于汽车、机床、航空航天、工程机械、轨道交通等众多领域。
根据使用的金属材料,铸造可分为铸铁铸造、铸钢铸造、有色金属铸造(如铝合金、铜合金铸造等);按造型材料不同,又可分为砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、压力铸造等。其中,砂型铸造因成本低、适应性强,在铸造行业中应用最为广泛,但其生产过程中产生的废气污染也相对突出。
铸造工艺通常包括造型、制芯、熔炼、浇注、落砂、清理等环节,每个环节都会因原材料、工艺操作等因素产生不同类型的废气,对生产环境和人体健康造成影响。
熔炼环节:这是铸造生产中废气产生的主要环节之一。BG大游(集团)唯一官方网站在冲天炉、电弧炉、感应炉等熔炼设备中,金属炉料(生铁、废钢、合金等)与燃料(焦炭、煤、天然气等)燃烧或反应,会产生大量废气。其中,燃料燃烧会释放烟尘、二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)等;金属炉料中的杂质(如油污、涂料、泥沙)燃烧或挥发,会产生有机废气和粉尘;金属氧化则会生成金属氧化物烟尘(如氧化铁、氧化锌等)。
造型与制芯环节:造型和制芯过程中需使用型砂,型砂中通常含有粘结剂(如树脂、酚醛树脂、水玻璃等)、固化剂、添加剂等。在混砂、造型、硬化及烘干时,这些化学物质会挥发产生挥发性有机化合物(VOCs),如甲醛、苯系物、胺类等;同时,型砂搬运、筛分过程中会产生大量粉尘。
浇注环节:高温金属液浇注到铸型中时,会使型砂中的粘结剂、涂料及铸型内的可燃物迅速燃烧或分解,产生大量浓烟、有机废气、一氧化碳以及金属氧化物粉尘。此外,金属液与铸型表面接触时,还可能产生瞬时的高温废气喷发。
落砂与清理环节:铸件冷却后进行落砂,型砂与铸件分离过程中会产生大量粉尘;清理工序(如打磨、喷砂、抛丸等)用于去除铸件表面的毛刺、粘砂等,会产生金属粉尘和型砂粉尘,其中喷砂、BG大游(集团)唯一官方网站抛丸产生的粉尘浓度较高。
成分复杂多样:铸造废气包含粉尘(金属粉尘、型砂粉尘、粘结剂分解残渣等)、无机气体(SO₂、NOx、CO、CO₂等)、有机废气(VOCs、甲醛、苯系物等)以及恶臭物质等,不同工艺环节产生的废气成分差异较大,给处理带来一定难度。
粉尘浓度高且粒径不均:落砂、清理、混砂等环节产生的粉尘浓度通常较高,尤其是喷砂、抛丸工序,粉尘浓度可达数千毫克每立方米;粉尘粒径分布范围广,既有大颗粒的型砂粉尘,也有可吸入的细微金属粉尘,后者对人体肺部危害较大。
温度较高:熔炼、浇注环节产生的废气温度较高,部分可达 100℃以上,高温会影响废气处理设备的性能和使用寿命,需要进行降温预处理。
含有毒有害成分:废气中的 CO 是剧毒气体,对人体神经系统危害极大;苯系物、甲醛等 VOCs 具有致癌、致畸性;金属粉尘(如铅、铬、锌等)进入人体后会在体内积累,引发中毒或疾病。
间歇性与波动性强:铸造生产多为批次作业,不同工序的启停导致废气排放量和浓度波动较大,例如浇注时废气瞬间排放量骤增,而设备闲置时排放量大幅减少,这对废气处理系统的适应性和稳定性要求较高。
旋风除尘器:适用于处理粒径较大(通常大于 5μm)的粉尘,如型砂粉尘、大颗粒金属粉尘等。含尘废气进入旋风除尘器后,在离心力作用下,粉尘被甩向筒壁并沉降,净化后的气体从上部排出。其结构简单、成本低、阻力小,但对细微粉尘去除效率较低,常作为预处理设备使用。
布袋除尘器:是处理铸造粉尘的主流设备之一,对细粉尘(粒径 0.1μm 以上)的去除效率可达 99% 以上。含尘废气通过滤袋时,粉尘被截留于滤袋表面,干净气体透过滤袋排出。为避免滤袋堵塞,通常配备脉冲喷吹清灰装置,定期清除滤袋上的积尘。布袋除尘器适用于各种粉尘浓度的处理,尤其适合处理铸造过程中产生的混合粉尘。
湿式除尘器:如文丘里洗涤器、喷淋塔等,通过水或其他液体与粉尘接触,使粉尘被捕获并随液体排出。湿式除尘器对高温、高湿粉尘及粘性粉尘处理效果较好,同时具有降温作用,但会产生废水,需进行后续处理,且对疏水性粉尘处理效率较低。
活性炭吸附法:利用活性炭的吸附性能吸附废气中的 VOCs。有机废气通过活性炭吸附床时,VOCs 分子被吸附在活性炭微孔内,净化后的气体排放。该方法适用于低浓度、大风量的有机废气处理,设备简单,操作方便,但活性炭吸附饱和后需再生或更换,运行成本会有所增加。
催化燃烧法:在催化剂作用下,有机废气在 200-400℃的温度下进行氧化分解,生成 CO₂和 H₂O。催化燃烧法处理效率高(可达 95% 以上),能耗较低,适用于中高浓度有机废气处理,但对废气中杂质敏感,需进行预处理去除粉尘、硫化物等,以免催化剂中毒。
UV 光氧催化法:利用高能紫外线照射有机废气,使 VOCs 分子分解,同时产生羟基自由基等强氧化性物质,将有机污染物氧化为无害物质。该方法占地面积小、启动快,适用于低浓度有机废气的辅助处理,常与活性炭吸附法联合使用,提高处理效果。
脱硫脱硝:对于熔炼环节产生的 SO₂和 NOx,常用的处理方法有碱液吸收法(如用氢氧化钠溶液吸收 SO₂)、选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)脱硝等。碱液吸收法通过酸碱中和反应去除 SO₂,操作简单;SCR 和 SNCR 则利用还原剂在特定条件下与 NOx 反应,将其转化为 N₂和 H₂O,脱硝效率较高。
一氧化碳处理:CO 具有可燃性,可通过燃烧法处理,在充分燃烧条件下转化为 CO₂。对于浓度较低的 CO 废气,可采用催化燃烧法,在催化剂作用下降低燃烧温度,提高处理效率。
铸造废气成分复杂,通常需要多种工艺组合处理。例如,对于熔炼废气,先经降温装置(如换热器)降低温度,再进入旋风除尘器去除大颗粒粉尘,然后通过布袋除尘器进一步净化细微粉尘,接着采用碱液喷淋塔脱硫脱硝,最后对残留的有机废气和 CO 进行催化燃烧处理后排放。
对于造型、制芯产生的有机废气和粉尘混合气体,可先经布袋除尘器去除粉尘,再进入活性炭吸附 - 催化燃烧装置处理有机废气,确保达标排放。
客户背景详情:该工厂主要生产汽车发动机缸体、缸盖等铸铁铸件,采用砂型铸造工艺,拥有多条造型、BG大游(集团)唯一官方网站制芯、熔炼、浇注生产线,日产量大,员工人数多,厂区周边有居民区和其他企业。
面临的困难和问题:生产过程中产生大量粉尘和废气,导致车间内空气质量差,员工经常出现咳嗽、胸闷等症状;废气排放至厂区外,引发周边居民多次投诉;环保部门检测发现,粉尘、SO₂、NOx 及 VOCs 排放浓度超标,工厂面临罚款和限期整改的压力。此外,废气中的腐蚀性成分导致生产设备和管道损坏严重,维修成本高。
来源特点成份与处理难点:废气主要来源于冲天炉熔炼(含大量烟尘、SO₂、NOx、CO)、树脂砂造型制芯(含 VOCs、甲醛、粉尘)、浇注(含浓烟、有机废气、金属粉尘)以及清理工序(含高浓度金属和型砂粉尘)。废气成分复杂,粉尘浓度高且含有毒有害成分,不同工序废气排放具有间歇性,处理难度较大;同时,高温废气对设备的耐温性要求高,多种污染物需同步处理,技术要求高。
熔炼废气:在冲天炉烟气出口安装换热器降温,然后依次经过旋风除尘器和布袋除尘器去除粉尘;采用双碱法脱硫塔(氢氧化钠和氢氧化钙溶液)吸收 SO₂,选用 SCR 脱硝装置去除 NOx;最后通过催化燃烧装置处理 CO 和残留有机废气。
造型制芯废气:在混砂机、造型机上方设置集气罩,收集的废气先经布袋除尘器除粉尘,再进入活性炭吸附 - 催化燃烧一体机处理 VOCs 和甲醛。
浇注废气:在浇注工位设置密闭收集罩,废气经冷却后进入布袋除尘器除粉尘,再通过 UV 光氧催化装置和活性炭吸附塔处理有机废气。
清理废气:喷砂、抛丸设备安装密闭罩,废气直接引入布袋除尘器高效除尘,净化后排放。
最终的处理效果:经过综合治理,车间内粉尘浓度降至 2mg/m³ 以下,SO₂、NOx、VOCs 等污染物排放浓度均达到国家标准;周边居民投诉量减少 90% 以上,工厂通过环保部门验收,避免了罚款和停产风险。员工健康状况得到改善,设备维修次数减少,生产效率提高。
案例总结:大型铸造企业废气处理需根据不同工序的废气特点,采用 “分类收集、分质处理” 的原则,选择高效、稳定的组合工艺。同时,要注重设备的耐温、耐腐蚀性能,加强运行管理和维护,才能实现长期稳定达标排放,兼顾环保与生产效益。
客户背景详情:该工厂以生产不锈钢精密铸件为主,采用失蜡铸造工艺,规模较小,车间面积有限,主要客户为医疗器械和仪器仪表行业。由于产品精度要求高,生产环境需保持相对洁净。
面临的困难和问题:制蜡、型壳焙烧、熔炼浇注过程中产生少量但成分复杂的废气,包括蜡蒸气、树脂分解产生的 VOCs、金属烟尘等,导致车间内有刺鼻气味,影响员工操作;环保检查时发现废气排放不符合标准,面临整改要求。因资金和场地限制,无法承担大型废气处理设备的投资和安装。
来源特点成份与处理难点:废气来源为制蜡车间(含蜡蒸气和少量 VOCs)、型壳焙烧炉(含有机废气、粉尘)、中频炉熔炼(含金属烟尘、少量 NOx)。废气排放量较小,但成分复杂,含有机物和金属粉尘,且车间空间狭小,处理设备需紧凑、高效。
制蜡废气:在制蜡机上方安装小型侧吸罩,收集的废气经活性炭吸附箱处理后排放。
型壳焙烧废气:焙烧炉出口设置集气装置,废气先经小型旋风除尘器去除粉尘,再进入 UV 光氧催化 - 活性炭吸附一体机处理有机废气。
熔炼浇注废气:在熔炼炉和浇注工位设置局部集气罩,废气引入小型布袋除尘器净化后排放。
最终的处理效果:车间内刺鼻气味明显消失,空气质量得到改善;废气排放浓度达到环保标准,通过了环保部门的检查。处理设备占地面积小,投资成本低,运行稳定,满足工厂的实际需求。
案例总结:小型铸造厂废气处理应结合自身规模和废气特点,选择小型化、集成化的处理设备,采用 “就地收集、简易处理” 的方式,在有限的资金和场地条件下,实现废气达标排放。同时,加强生产管理,减少废气无组织排放,可进一步提升处理效果。
通过对铸造废气来源、特点的分析,以及处理工艺流程和实际案例的介绍,可以看出,铸造废气处理需根据企业规模、工艺特点和废气成分,制定个性化的处理方案,采用合理的工艺组合,才能有效控制污染,实现企业的绿色可持续发展,既保护员工健康,也维护周边生态环境。