我國鑄造行業(yè)的發(fā)展方向:大型化、輕量化、精確化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化以及綠色 制造。圍繞其發(fā)展方向，指出我國鑄造行業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展可從鑄造技術、原輔材料、鑄造 廢棄物的回收與再利用、環(huán)保以及綠色鑄造的評價方法和指標體系等方面予以體現(xiàn)。 1 中 國鑄造行業(yè)的現(xiàn)狀 1.1 中國鑄造行業(yè)取得的進展 眾所周知，我國已是鑄造大國，但遠非鑄造強國。中國是世界最大的鑄件生產國，2003 年 的總產量占世界的 26.4%， 出口量已超過 170 萬噸， 占當年鑄件產量的 8.6%， 總金額達 10.42 億美元，具備了進人國際市場競爭的一定的能力。而且中國的鑄造業(yè)經過多年的發(fā)展，在造 型材料(原砂加工、鑄型涂料、鑄造粘結劑)、鑄造工藝、鑄造設備、鑄造合金材料、熔煉以 及計算機等新技術在鑄造中的應用等方面得了明顯的進展。 1.2 中國鑄造行業(yè)面臨的形勢 目前， 中國的鑄造行業(yè)正面臨著良好的發(fā)展機遇， 即國內國民經濟的持續(xù)發(fā)展和經濟全球化 導致世界范圍內產業(yè)結構大規(guī)模調整。中國作為發(fā)展中國家，加人世貿后，從中受益匪淺， 包括可享受發(fā)達國家鑄造產品進出口關稅的最惠國待遇。 這些均為我國鑄造行業(yè)實現(xiàn)由 “鑄 造大國”向“鑄造強國”轉變提供了很好的契機。 1.3 中國鑄造行業(yè)的環(huán)境現(xiàn)狀 但不可否認的是， 中國的鑄造行業(yè)在快速發(fā)展的同時也產生了極大的能源和環(huán)境問題， 從下 列數(shù)據(jù)可見一斑:國內每生產 1t 合格鑄鐵件的能耗為 550~770 地標煤;鑄造生產過程中材料和 能源的投入約占產值的 5%~70%;鑄造行業(yè)每年排放廢渣 420 萬噸， 粉塵 70 萬噸， 廢氣 140~279 億立方米，廢砂 1810~2090 萬噸。有人將其形容為一個大的“資源漏斗”(高耗能產業(yè)的形 象描述)實不為過。 2 中國鑄造行業(yè)的發(fā)展方向 鑄造是制造業(yè)的重要組成部分，也是先進制造技術的重要內容。柳百成院士指出，面向 21 世紀的鑄造技術正朝著更輕、更薄、更精、更強、更韌及質量高、成本低、流程短的方向發(fā) 展。大型化、輕量化、精確化、高效化、數(shù)字化及綠色化是未來鑄造等材料成形加工技術的 重要發(fā)展方向。 (1)鑄件的大型化 隨著汽車、機械、石油等工業(yè)的發(fā)展，鋁、鐵、鋼鑄件日益大型化、結構復雜化。大型鑄件 的單件重量不單是幾噸、幾十噸的重量，而是達到了幾百噸，如馬鞍山鋼鐵公司生產的熱軋 薄板用軋機的機架就重達 218t。此外，長江三峽 7X105kW 水輪機僅葉輪就重達 426t。 (2)鑄件的輕量化 汽車工業(yè)和電子工業(yè)的迅速發(fā)展， 輕量化的綠色環(huán)保材料—鎂、 鋁合金鑄件得到了廣泛的應 用，降低了產品的自重和能源消耗，減少了污染(包括汽車尾氣和廢舊塑料)。寶馬公司推出 的新 5 系列由于搭載了最新一代鎂鋁合金直列六缸發(fā)動機，重量較上一代減少了 10kg，大 幅提高了性能與油耗經濟性。日本豐田公司最新推出的一款 4 座輕量小型概念車 ES3，自重 僅 70kg，百公里耗油僅 2.7L。2005 年上海汽車國際汽車展展出的一款紅旗 HQD，整車采用 了全鋁車身。在 2002 年美國鑄造協(xié)會“鑄造年”活動中，展出的一款 InFocus 投影儀的機 殼就是一個 AZ91D 鎂合金鑄件，取代了以前需要的多個塑料附件。鎂合金鑄件在航空航天 上的應用也很廣泛，可用作直升機的齒輪傳動箱、天棚結構和進風口等。最近發(fā)射成功的神 州 6 號載人飛船上的電器箱，由于采用了長春應化所開發(fā)的州田 26 鎂合金材料，實現(xiàn)減重 13kg。 (3) 鑄件的精確化 精確成形或近終成形鑄造技術能確保短流程、潔凈化生產出高精度、高品質的鑄件。先進的 精確成形鑄造技術有消失模鑄造新工藝、 半固態(tài)鑄造、 定向凝固熔模鑄造戶貧決速或直接鑄 造成形技術等。其中消失模鑄造以其設計制造靈活，可生產復雜鑄件，生產工序簡潔，生產 效率高且綠色環(huán)保，產品精確成形，鑄件質量好等優(yōu)點，被譽為“21 世紀的鑄造新技術” 、 “鑄造中的綠色工程” 等。 通用及寶馬汽車公司的鋁合金發(fā)動機缸體就采用了消失模鑄造新 工藝。 定向凝固熔模鑄造新技術可以直接生產高溫合金單晶體燃氣輪機葉片， 體現(xiàn)了材料與 成形技術的高度集成， 如美國第四代戰(zhàn)斗機 F22 所用的推重比十發(fā)動機 R19 就采用了該技術 生產的高壓渦輪空心工作葉片。這些技術在鑄造行業(yè)的應用極大地縮短了鑄件的生產周期， 提高了鑄件的質量，由于精確成形，從而減少了機械加工的費用。 (4)鑄造的數(shù)字化 計算機技術與鑄造的結合全面地提升了鑄造技術水平， 可縮短產品的設計和試制周期等。 如 將其用于預測鑄件中的縮松縮孔等鑄造缺陷， 可輔助工藝人員進行工藝優(yōu)化， 指導鑄件實際 生產。尤其將模擬仿真技術應用于大型鑄件的生產，更能體現(xiàn)其價值，如采用計算機模擬仿 真技術對長江三峽重 62t 的水輪機葉片鑄造工藝進行模擬，優(yōu)化了鑄造工藝。又如對凈重 64t 的大型軋鋼機機架采用計算機進行模擬，優(yōu)化鑄造工藝，整體鑄造，一次成型，不僅節(jié) 約了費用，而且鑄件的鑄造質量優(yōu)良.現(xiàn)在鑄造過程的模擬軟件已經成熟并實現(xiàn)了商業(yè)化， 如 MAGMA， PROCAST， DEFORM 及中國的鑄造之星(FT-STAR)、 CASTsoft/CAE 和 CAE/InteCAST、 經緯鑄造工裝 CAD 軟件 JW-FCAD 和鑄造工藝 JW-FCAE，以及“鑄造質量專家 FQExpert 鑄件 缺陷專家分析系統(tǒng)等。 李依依院士提出， 傳統(tǒng)鑄造行業(yè)的根本出路在于采用計算機模擬， 實現(xiàn)對材料制備過程的可 視化鑄造技術，以達到省時、省力、保證質量和降低成本的目的。中科院金屬所與英國合作 將可視化鑄造技術應用于沈陽鐵路局叉心軌、 中國第一重型機械集團公司 50t 鑄鋼支撐輥等 鑄件的生產中，產生了明顯的經濟效益和社會效益。 (5)鑄造的網(wǎng)絡化 網(wǎng)絡化制造是企業(yè)為應對知識、 經濟和制造全球化的挑戰(zhàn)， 以快速響應市場需求和提高企業(yè) 競爭力為主要目標而實施的一種先進制造模式。 該技術廣泛采用模擬仿真技術， 做到產品及 零部件的一次研發(fā)成功，可在功能、質量、可靠性與成本方面提供最優(yōu)產品。美國汽車工業(yè) 希望借此將各地的制造商有效地連接在一起，通過高效協(xié)作，縮短汽車的研發(fā)周期。如美國 的通用汽車公司于 2001 年建成了全球超級計算機網(wǎng)絡，大大縮短了汽車產品計算機輔助設 計/制造(CAD/CAM)的時間。在超七型飛機的研制中，三維實體數(shù)字化設計全部零部件，飛 機制造廠通過網(wǎng)絡接收， 只用一兩周就可以生產出成品。 而傳統(tǒng)的在二維平面上進行設計的 方法，制造廠則需要三四個月進行加工。針對制造的網(wǎng)絡化，美國先進金屬材料加工工程研 究中心提出了產品設計/制造(鑄造)集成系統(tǒng)(Rationalproduct/processdesign)。 (6)綠色制造 綠色制造是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)的體現(xiàn)。 而且， 許多國家現(xiàn)在要求進口的產品必須 進行綠色性認定，具有“綠色標志” 。特別是有些發(fā)達國家以保護本國環(huán)境為由，制定了極 為苛刻的產品環(huán)境指標來限制國際產品特別是發(fā)展中國家產品進人本國市場， 即設置 “綠色 貿易壁壘” 。實施綠色制造已是大勢所趨。 面對這種狀況，各國紛紛提出了不同的措施加以積極應對，如美國在展望 2O10 年的制造業(yè) 前景時提出了“無廢棄物加工”的概念;德國制定了《產品回收法規(guī)》;歐盟也頒布了“汽車 材料回收”法規(guī)，要求從 2005 年新生產的汽車材料的 85%能再利用。在中國香港也成立了 “香港綠色制造聯(lián)盟” ，以督促生產的產品達到綠色制造要求，保證本地工業(yè)的競爭力及市 場占有率。 中國大陸在 1996 年和 1997 年相繼引入了 ISO14001 和 ISO14040 等系列標準。 2003 年止， 至 逾百家企業(yè)通過了審核認證，行業(yè)畏蓋電子、電氣、家電、機械、化纖等行業(yè)。 3 中國鑄造行業(yè)可持續(xù)化發(fā)展的思考 從以上分析來看，中國的鑄造行業(yè)正面臨著抓住發(fā)展機遇，把握發(fā)展方向，成功實現(xiàn)從鑄造 大國向鑄造強國轉變的一個關鍵時刻。 但同時嚴重的資源與環(huán)境問題對我國的鑄造行業(yè)提出 了嚴峻的考驗?，F(xiàn)在，鑄造行業(yè)明確提出了“鑄造清潔生產”“綠色集約化鑄造”以及“綠 、 色材料”等鑄造新理念，就是指從鑄件的設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個 “產品生命”周期中，對環(huán)境的負面影響最小，資源效率最高，從而使企業(yè)經濟效益和社會 效益達到最優(yōu)化。并且事實也證明，只有這樣才能保證穩(wěn)定、優(yōu)質、高效、低耗、少污染、 低成本生產鑄件。 總之，中國的鑄造行業(yè)必須走可持續(xù)化發(fā)展的道路，而且“可持續(xù)發(fā)展觀”已成為全人類走 向 21 世紀的共同選擇和發(fā)展戰(zhàn)略。同時，這也是中國加人世貿，與國際接軌，節(jié)約能耗， 提高產品質量， 增加國際競爭力的需要。 中國鑄造行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)化發(fā)展可從以下幾個方面 加以重視。 (1) 環(huán)保型鑄造設備和技術的引進與開發(fā) 主要包括:①鑄造企業(yè)加大鑄造生產的熔煉、澆注、制芯、造型、除塵、舊砂再生等各環(huán)節(jié) 以及車間配套設施等環(huán)保型設備的引進和開發(fā)，做到改善勞動環(huán)境與減少廢棄物排放并舉， 實現(xiàn)環(huán)保與發(fā)展協(xié)調。②鑄造企業(yè)通過技術改造，引進適合本企業(yè)的先進、成熟的工藝技術 與裝備，提升生產鑄件的品質和效率;加強對先進環(huán)保型精確成形鑄造工藝的引進及開發(fā)， 如各種砂型造型自動線、濕砂高壓造型線、樹脂砂造型線、冷硬樹脂砂造型技術以及磁力成 形鑄造、Cosworth 鑄造、半固態(tài)鑄造、加壓凝固等工藝。針對輕量化鎂合金零件的發(fā)展， 應加強觸變鑄造、擠壓鑄造工藝的開發(fā)研究力度。③加強計算機輔助設計、數(shù)值模擬、模擬 仿真等技術在鑄造中的應用， 提高鑄造生產的機械化、 自動化、 智能化， 減輕工人勞動強度， 推行潔凈化生產，促進企業(yè)技術升級，實現(xiàn)鑄造企業(yè)從粗放型向集約型轉變。 (2) 鑄件原、輔材料 鑄造屬于材料產業(yè)，材料與環(huán)境要協(xié)調發(fā)展。在 02 世紀 90 年代提出了“生態(tài)環(huán)境材料” (Ecomaterial)的概念，該材料能同時滿足使用性能和環(huán)境協(xié)調性的要求?；诖?，鑄件材料 就要選用資源豐富、對環(huán)境污染小的材料.與其他材料相比，鋁和鎂能滿足上述要求，同時 又與鑄件的輕量化發(fā)展相適應。 鑄造行業(yè)應加強對高性能鋁合金與鎂合金材料及其鑄造工藝 的開發(fā)力度，以減少對其他相對短缺材料的開采與應用。 從循環(huán)再生的角度考慮，研發(fā)鑄件材料要遵從如下要求:①在保持高性能的同時合金元素的 種類與含量最少，②以調整顯微組織作為加人合金元素的替代方法來獲得所需性能;③再生 過程中易于分離和無二次污染。為此，在鑄件生產時，應首先考慮含合金元素種類最少的通 用合金和簡單合金，如 Fe-Cr-Ni 鋼、Ti 合金、Cr-Mo 鋼等。其次，通過固溶強化、微細化強 化、相變組織強化等工藝保障材料性能，使材料可以循環(huán)再生。第三，采用金屬復合材料， 通過控制金屬組織復相化平衡材料各種性能。 第四， 盡量不使用環(huán)境協(xié)調性不好的合金化元 素， 即地殼中蘊藏量不大的枯竭性元素以及對生態(tài)環(huán)境特別是對人體有較大毒害作用的元素。 鑄造行業(yè)應加強對提高簡單、通用合金的強韌化方法與途徑的研究力度。 為了減少對環(huán)境的污染及人體的損害，環(huán)保型鑄造原輔材料包括造型材料(型砂、芯砂、粘 結劑等)的研究已經取得了一定的進展，如淀粉粘結劑、新型 CO2 硬化樹脂砂、蛋白質基芯 砂粘結劑、水基涂料以及對優(yōu)質礦砂的改進等。以 cosworth 鑄造工藝為例，采用錯砂鑄型 和砂芯以及冷硬樹脂作粘結劑，澆注后型砂和芯砂的潰散性很好，而且鑄件尺寸精度高，合 金的性能好，錯砂可重復使用，型砂可回收。 (3) 鑄造廢棄物的回收和再生利用 鑄造廢棄物的資源化被稱為“二次物料工業(yè)革命” 。鑄造廠“三廢”的再生及再利用已成為 各國鑄造工作者和環(huán)保專家關注的焦點。雖然上述的“生態(tài)環(huán)境材料”鑄件材料具備易于回 收和能循環(huán)利用的特點，但在廢棄鑄件的回收過程中，還應加強對廢料的分類分級.如 Magnesitn Elektron 公司認為鎂合金廢料應按合金牌號分類，并按形狀、清潔度、化學成分 分級，然后再經過清洗、重熔、除雜或熔爐精煉，通過添加合金元素，使其達到原生鑄件合 金的成分加以循環(huán)利用。 鑄造企業(yè)引進的環(huán)保型設備首先確保了廢棄物的排放最少，其次，要對產生的“三廢”加大 回收利用的力度，以減少對環(huán)境的污染，降低資源消耗;最后，對實在不能利用的廢棄物進 行深埋處理。更重要的是從源頭控制，通過廢物分流、重復使用、優(yōu)化鑄造及造型材料等途 徑，在鑄造生產中避免廢棄物產生，從而減少處置費用，降低對新材料的購買需求，減少為 達到相關法規(guī)的要求及環(huán)保要求而發(fā)生的控制成本。 (4) 加強環(huán)保意識，形成從上到下的環(huán)保氛圍 在 2005 年伊始，國家環(huán)?？偩职l(fā)起了一次“環(huán)保風暴” ，加大了環(huán)保執(zhí)法力度;2006 年春節(jié) 剛過，我國決策高層便提出了“構建中國和諧社會”的理念，提出經濟發(fā)展與自然環(huán)境保護 要協(xié)調。在這種大環(huán)境下，鑄造企業(yè)領導層要明確環(huán)境管理方針，確定企業(yè)環(huán)境目標;建立 明晰的環(huán)境管理組織結構，落實各部門和員工的職責，確保清潔生產高效的實施;企業(yè)員工 要以積極負責的態(tài)度配合企業(yè)安排，增強環(huán)保意識，在生產過程中防止跑、冒、滴、漏等原 料的無謂損耗，將浪費控制到最低;養(yǎng)成潔凈化生產意識，認真做好廠房換氣、除塵、清掃 及廠區(qū)綠化等日常工作。鑄造企業(yè)要相繼進行質量(ISO90000)、安全、環(huán)境(ISO1400)體系的 認證工作，加快采用國際標準的步伐，以增強參與國際市場競爭的能力。 (5) 加強綠色鑄造評價方法和指標體系的研究和建立 對綠色制造進行戰(zhàn)略評價(SEA）有利于用更科學的方法評價綠色制造的效果，其中包括評價 指標體系和評價指標方法的建立。 各制造行業(yè)紛紛建立了評價清潔化生產程度的方法和指標 體系，如用于燒堿生產工藝的層次分析法、化肥廠三聚磷酸鈉生產過程的“綠色制造評價系 統(tǒng)” 、火藥生產過程的綠色評價體系等。對于鑄造行業(yè)，也應加強對評價其清潔化程度的方 法與指標體系的研究與建立， 使對綠色鑄造生產清潔化程度的評價從定性走向定量， 為國家 對企業(yè)提供政策優(yōu)惠以及企業(yè)對生產個人進行獎勵提供依據(jù)， 從而刺激企業(yè)與個人更加積極 主動地投入到清潔化生產中。同時，綠色鑄造評價方法和指標體系的建立，可為鑄造企業(yè)進 行技術改造及新技術研究開發(fā)提供參考。