鑄造是金屬成形的一種最主要方法,它是熱加工的基礎(chǔ)。鑄造的歷史與華夏文明的歷史一樣悠久,我們的祖先在4000多年前就鑄造出了“三星堆”那樣精美的青銅器,其技術(shù)水平令人嘆為觀止,然而到了現(xiàn)代,作為全球鑄件產(chǎn)量第一大國,中國的鑄造水平卻落后于發(fā)達國家。
一、我國鑄造業(yè)的概況
我國鑄件產(chǎn)量從2000年起超越美國已連續(xù)6年位居世界第一,其中2004年為2242萬噸,2005年估計為2600萬噸,鑄件年產(chǎn)值超過2500億元,鑄件產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的1/4之多,已成為世界鑄造生產(chǎn)基地。根據(jù)全球主要鑄件生產(chǎn)國2004年的產(chǎn)量統(tǒng)計可以看出,十大鑄件生產(chǎn)國可分為兩類。一類是發(fā)展中國家,雖然產(chǎn)量大,但鑄件附加值低,小企業(yè)多,從業(yè)人員隊伍龐大,黑色金屬比重大。另一類是發(fā)達國家,如日本、美國及歐洲等,他們采用高新技術(shù)主要生產(chǎn)高附加值鑄件。
發(fā)達國家總體上鑄造技術(shù)先進、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染小、原輔材料已形成系列化。歐洲已建立跨國服務(wù)系統(tǒng),生產(chǎn)實現(xiàn)機械化、自動化、智能化。生產(chǎn)過程從嚴(yán)執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),鑄件廢品率約為2%—5%。重視用信息化提升鑄造工藝設(shè)計水平,普遍應(yīng)用軟件進行充型凝固過程模擬和工藝優(yōu)化設(shè)計。
從批量和勞動生產(chǎn)率看,歐、美、日的優(yōu)勢很大,日本的勞動生產(chǎn)率是人均年產(chǎn)鑄件140噸,我國估計約為20噸,相差7倍。我國人工成本低于1美元/小時,與發(fā)達國家相差幾十倍,因而出口鑄件具有優(yōu)勢。但近年來材料價格猛漲,使我國出口鑄件在材料成本方面的優(yōu)勢消失殆盡。在產(chǎn)品質(zhì)量和檔次方面,我們遠(yuǎn)落后于發(fā)達國家。近年我國鑄件出口雖有所增長,但出口只占我國總產(chǎn)量的97%,占世界鑄件市場流通量不到8%,總體增速緩慢,表現(xiàn)為質(zhì)量較差、價格低。長期以來,出口的鑄件以中低檔產(chǎn)品為主,各類管件、散熱器、廚具及浴具占到36%。一些出口鑄件雖可達到國際標(biāo)準(zhǔn),但要達到歐美客戶標(biāo)準(zhǔn)還有距離。
在國內(nèi),鑄造業(yè)是關(guān)系國計民生的重要行業(yè),是汽車、石化、鋼鐵、電力、造船、紡織、裝備制造等支柱產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ),是制造業(yè)的重要組成部份。在機械裝備中,鑄件占整機重量的比例很高,內(nèi)燃機占80%、拖拉機占50%—80%、液壓件、泵類機械占50%—60%。汽車中的關(guān)鍵部件幾乎全部鑄造而成;冶金、礦山、電站等重大設(shè)備都依賴于大型鑄鍛件,鑄件的質(zhì)量直接影響著整機的質(zhì)量和性能。
我國鑄造生產(chǎn)企業(yè)主要分布在東部,西部產(chǎn)量較少。目前全國鑄造企業(yè)約有24000家、從業(yè)人員約120多萬。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看,既有從屬于主機生產(chǎn)廠的鑄造分廠或車間,也有專業(yè)鑄造廠,還有大量的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠。就規(guī)模和水平而言,既有工藝先進、機械化程度高、年產(chǎn)數(shù)萬噸鑄件的大型鑄造廠,如重型行業(yè)、汽車行業(yè)、航空工業(yè)的一些先進的鑄造廠;也有工藝落后、設(shè)備簡陋、手工操作,年產(chǎn)鑄件百余噸的小型鑄造廠。
二、我國鑄造業(yè)存在的問題
我國鑄造行業(yè)的技術(shù)水平比發(fā)達國家落后約20年,無法滿足國民經(jīng)濟快速發(fā)展的需要。技術(shù)落后、設(shè)備陳舊、能耗和原材料消耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重以及工人作業(yè)環(huán)境惡劣等問題,已經(jīng)成為行業(yè)的共識。
具體表現(xiàn)在:
(1)工藝水平低,鑄件質(zhì)量差
①鑄件加工余量大。由于缺乏科學(xué)的設(shè)計指導(dǎo),工藝設(shè)計人員憑經(jīng)驗難以控制變形問題,鑄造的加工余量一般比國外大1—3倍。加工余量大,鑄件的能耗和原材料消耗嚴(yán)重,加工周期長,生產(chǎn)效率低,已成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。
?、诖笮丸T件偏析和夾雜物缺陷嚴(yán)重。大型鑄鋼件和大型鋼錠在凝固結(jié)束后,在冒口根部、鑄件的厚大斷面存在宏觀偏析、晶粒粗大問題。
?、坭T件裂紋問題嚴(yán)重。
?、軡沧⑾到y(tǒng)設(shè)計不合理。由于設(shè)計不當(dāng),存在卷氣、夾雜等缺陷,導(dǎo)致鑄件出品率和合格率低。
?、菽M軟件應(yīng)用不普及。鑄造過程模擬是鑄件生產(chǎn)的一個必要環(huán)節(jié),在國外,如果沒有計算機模擬技術(shù),就拿不到訂單。我國的鑄造業(yè)計算機模擬起步較早,雖然核心計算部分開發(fā)能力較強,但整體軟件包裝能力較差,導(dǎo)致成熟的商業(yè)化軟件開發(fā)遠(yuǎn)落后于發(fā)達國家,相當(dāng)一部分鑄造企業(yè)對計算機模擬技術(shù)望而卻步,缺乏信任。目前這種局面雖有所好轉(zhuǎn),但在購買了鑄造模擬軟件的企業(yè)中,能夠發(fā)揮其作用的還不多見,急需對企業(yè)員工進行軟件應(yīng)用培訓(xùn)。
⑥普通鑄件的生產(chǎn)能力過剩,高精密鑄件的制造依然困難,核心技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品仍依賴進口。
(2)能耗和原材料消耗高
我國鑄造行業(yè)的能耗占機械工業(yè)總耗能的25%—30%,能源平均利用率為17%,能耗約為鑄造發(fā)達國家的2倍。我國每生產(chǎn)1噸合格鑄鐵件的能耗為550—700公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,國外為300—400公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,我國每生產(chǎn)1噸合格鑄鋼件的能耗為800—1000公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,國外為500—800公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)統(tǒng)計,鑄件生產(chǎn)過程中材料和能源的投入約占產(chǎn)值的55%—70%。中國鑄件毛重比國外平均高出10%—20%,鑄鋼件工藝出品率平均為55%,國外可達70%。
(3)環(huán)境污染嚴(yán)重、作業(yè)環(huán)境惡劣
我國除少數(shù)大型企業(yè)如一汽、二汽、大起大重、沈陽黎明公司等生產(chǎn)設(shè)備精良、鑄造技術(shù)先進、環(huán)保措施基本到位以外,多數(shù)鑄造廠點生產(chǎn)設(shè)備陳舊、技術(shù)落后、一般很少顧及環(huán)保問題。上世紀(jì)80年代,政府對規(guī)模小、技術(shù)水平低、污染嚴(yán)重的企業(yè)進行了專業(yè)化調(diào)整,提高了企業(yè)的集約化程度,但鑄造生產(chǎn)的粗放型特征沒有得到根本改變。生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣、作業(yè)條件差、技術(shù)落后、粗放式生產(chǎn)的鑄造企業(yè)占90%以上;1998年在匈牙利舉辦的第63屆世界鑄造會議上頒發(fā)了環(huán)境保護獎,獲獎鑄造廠中沒有一個在中國,這與中國的鑄造大國地位極不相稱。我國鑄造業(yè)的環(huán)境問題還表現(xiàn)在對自然資源的超量消耗上。
鑄造生產(chǎn)中爐料主要是生鐵、廢鋼、焦炭、石灰石等、型砂、芯砂。主要是原砂、粘土、煤粉、樹脂等粘結(jié)劑、固化劑、舊砂等的運輸、混砂、造型、制芯、烘烤、熔化、澆注、冷卻、落砂、清理和后處理等工序,就其作業(yè)內(nèi)容來講是在機械振動和噪聲中進行,有的還在高溫?如熔化、澆注中作業(yè),有的產(chǎn)生刺激性氣味,粉塵作業(yè)環(huán)境更是惡劣。在我國鑄造車間每生產(chǎn)1噸鑄件,約散發(fā)50公斤粉塵,熔煉和澆注工序排放廢渣200公斤、廢氣20立方米,造型和清理排廢砂約13—15噸。以年產(chǎn)2200萬噸鑄件計,每年排污物總量為:廢渣440萬噸、廢砂近1650萬噸、廢氣4億立方米。這些數(shù)據(jù)足以說明我國鑄造行業(yè)環(huán)境問題的嚴(yán)峻程度,采用高技術(shù)實現(xiàn)綠色鑄造是當(dāng)前需要重點解決的關(guān)鍵問題。