我國鑄造技術(shù)分析
鑄造是金屬成形的一種主要方法，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)量大國，中國的鑄造水平卻落后于發(fā)達(dá)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，其中2004年為2242萬噸，2005年估計(jì)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(jì)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(duì)伍龐大，黑色金屬比重大。另一類是發(fā)達(dá)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(dá)國家總體上鑄造技術(shù)先進(jìn)、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。”據(jù)國際模協(xié)秘書長羅百輝介紹，歐洲已建立跨國服務(wù)系統(tǒng)，生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jì)水平，普遍應(yīng)用軟件進(jìn)行充型凝固過程模擬和工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。
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(jì)約為20噸，相差7倍。我國人工成本低于1美元/小時(shí)，與發(fā)達(dá)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(jià)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(dá)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(jià)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(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)，但要達(dá)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(jì)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(jī)械裝備中，鑄件占整機(jī)重量的比例很高，內(nèi)燃機(jī)占80%、拖拉機(jī)占50%—80%、液壓件、泵類機(jī)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(jī)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。”國際模協(xié)秘書長羅百輝表示，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(jī)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(jìn)、機(jī)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(jìn)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(dá)國家落后約20年，無法滿足國民經(jīng)濟(jì)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(jì)指導(dǎo)，工藝設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)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。
②大型鑄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。
③鑄件裂紋問題嚴(yán)重。
④澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。由于設(shè)計(jì)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。
⑤模擬軟件應(yīng)用不普及。鑄造過程模擬是鑄件生產(chǎn)的一個(gè)必要環(huán)節(jié)，在國外，如果沒有計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，就拿不到訂單。我國的鑄造業(yè)計(jì)算機(jī)模擬起步較早，雖然核心計(jì)算部分開發(fā)能力較強(qiáng)，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(dá)國家，相當(dāng)一部分鑄造企業(yè)對計(jì)算機(jī)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(jìn)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(jìn)口。
(2)能耗和原材料消耗高
我國鑄造行業(yè)的能耗占機(jī)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(dá)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(jì)，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(dá)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(jìn)、環(huán)保措施基本到位以外，多數(shù)鑄造廠點(diǎn)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(jìn)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(hù)獎，獲獎鑄造廠中沒有一個(gè)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(yùn)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(jī)械振動和噪聲中進(jìn)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(jì)，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(shí)現(xiàn)綠色鑄造是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問題。
(4)人才短缺
鑄造技術(shù)人才嚴(yán)重短缺是制約我國鑄造技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。主要表現(xiàn)在：①技術(shù)及管理人員數(shù)量偏少，分布不均，*少的工廠技術(shù)及管理僅占總職工人數(shù)的12%，*多的工廠占到323%，相差27倍之多，國企尤其是軍工企業(yè)比例高。②*人才數(shù)量少。鑄造企業(yè)技術(shù)管理人才基本以中專、大專和本科生為主，特別是中專、大專生數(shù)量為多，研究生很少。③新人才來源困難。很多高校在上世紀(jì)90年代后不再設(shè)置鑄造專業(yè)，一些大中企業(yè)的廠辦學(xué)校也有下降趨勢，新人才的來源日益困難。對此，國際模協(xié)秘書長羅百輝認(rèn)為鑄造人才缺乏的根本原因在于企業(yè)待遇低、工作環(huán)境差。國有企業(yè)在崗職工年齡40歲以上的占80%，20—40歲的人員很少，出現(xiàn)斷檔。民營企業(yè)從事鑄造的專業(yè)技術(shù)人才，從年齡上看，大部分也在60歲以上，絕大多數(shù)工人更是極少經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，許多是農(nóng)民工從事鑄造生產(chǎn)。整個(gè)行業(yè)的技術(shù)水平尤其是質(zhì)量意識和質(zhì)量控制水平不適應(yīng)市場競爭的要求。
三、我國鑄造業(yè)發(fā)展的對策
我國鑄造業(yè)正處在從鑄造大國向鑄造強(qiáng)國起步的新階段。羅百輝認(rèn)為要克服現(xiàn)實(shí)的能源、資源、人才瓶頸和環(huán)境問題的困擾，必須抓住機(jī)遇，利用高技術(shù)提升鑄件質(zhì)量，扭轉(zhuǎn)中國鑄件在國際市場上技術(shù)含量不高、價(jià)格低廉的形象。要扶持一批具有優(yōu)勢的鑄造企業(yè)使之成為具有國際競爭力的帶動中國鑄件出口的龍頭企業(yè)。
(1)加強(qiáng)對鑄造新工藝、新材料、新設(shè)備的研究
加強(qiáng)鑄造業(yè)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，鑄造行業(yè)中許多金屬材料都是通用的和關(guān)鍵的，因而應(yīng)注重工藝研究和改進(jìn)，同時(shí)又要加強(qiáng)材料工藝及計(jì)算機(jī)模擬等先進(jìn)技術(shù)的采用以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)際上，國內(nèi)過分強(qiáng)調(diào)發(fā)展新材料而忽視通用關(guān)鍵材料的工藝設(shè)計(jì)和質(zhì)量穩(wěn)定等方面研究，而生產(chǎn)設(shè)備上許多問題卻都出在這里，如三峽使用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪材料。逐步減少和消除小沖天爐，發(fā)展10噸/小時(shí)以上大型沖天爐，并根據(jù)需要采用外熱送風(fēng)、水冷無爐襯連續(xù)作業(yè)沖天爐；推行沖天爐?感應(yīng)爐雙聯(lián)熔煉工藝；推廣沖天爐除濕送風(fēng)技術(shù)，沖天爐變頻控制技術(shù)，增加除塵裝置，減少電力耗費(fèi)。
深入開展大型鑄鋼件的冶煉和澆注工藝研究。采用精煉技術(shù)、氣體保護(hù)澆注技術(shù)，AOD精煉技術(shù)和選擇合適的耐火材料提高鑄件的純凈度，提升鑄件質(zhì)量。采用新型澆注系統(tǒng)和冒口設(shè)計(jì)原則，提高鑄件質(zhì)量和工藝出品率。以可視化鑄造技術(shù)發(fā)展起來的新型無氣隙澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是鑄造工藝的一項(xiàng)重大創(chuàng)新，金屬所與一重集團(tuán)利用此技術(shù)已能夠制造大型鑄鋼支承輥。
(2)開發(fā)環(huán)保型鑄造原輔材料
建立新的與高密度粘土型砂相適應(yīng)的原輔材料體系，根據(jù)不同合金、鑄件特點(diǎn)、生產(chǎn)環(huán)境、開發(fā)不同品種的原砂、無污染的優(yōu)質(zhì)殼芯砂；抓緊我國原砂資源的調(diào)研與開發(fā)，開展取代特種砂的研究和開發(fā)人造鑄造用砂；
研究并推廣使用清潔無毒的原輔材料，使用無毒無味的變質(zhì)劑、精煉劑、粘結(jié)劑，開發(fā)環(huán)保型砂芯無機(jī)粘結(jié)劑；用濕型砂無毒無污染粉料光潔劑代替煤粉等；采用高潰散性型砂工藝，如樹脂砂、改性酯硬化水玻璃砂工藝、新型酯固化水玻璃，納米改性水玻璃；加強(qiáng)對水玻璃砂吸濕性、潰散性研究，尤其應(yīng)大力開發(fā)舊砂回用新技術(shù)，環(huán)保型砂處理及再生技術(shù)；盡可能再生回用鑄造舊砂，研究鑄造用后的舊砂用于高速公路路基材料，特別是鉻鐵礦砂的回收利用。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，以“減量化?REDUCE、再利用(REUSE)、再循環(huán)(RECYCLE)”為行業(yè)準(zhǔn)則(3R原則)，走集約化清潔生產(chǎn)之路，合理使用資源，使用可再生材料和能源，確保鑄造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
(3)構(gòu)建共性技術(shù)和高技術(shù)傳輸平臺
①針對企業(yè)存在的共性問題，提高產(chǎn)品的合格率和工藝出品率，降低能耗和原材料消耗，實(shí)現(xiàn)綠色鑄造。支持科研單位面向生產(chǎn)需求、著力解決生產(chǎn)實(shí)際問題，這應(yīng)當(dāng)成為鑄造技術(shù)研究的主攻方向。
②建立高技術(shù)傳輸平臺。開發(fā)關(guān)鍵件的鑄造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。通過與國外的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)合作，引進(jìn)消化高新鑄造技術(shù)，與工廠一道開發(fā)關(guān)鍵件的鑄造技術(shù)研究，并轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品進(jìn)入市場。希望政府在這方面加強(qiáng)投入，鼓勵大的科研機(jī)構(gòu)與大型企業(yè)集團(tuán)共同合作，解決事關(guān)國計(jì)民生的關(guān)鍵件的國產(chǎn)化問題。
(4)注重能源與環(huán)保立法
鑄造行業(yè)勞動條件惡劣，對環(huán)境的危害也較大。應(yīng)加大政策法規(guī)對這方面的限制力度，環(huán)保勞保的準(zhǔn)入門檻也應(yīng)升高，已有的技術(shù)落后、污染嚴(yán)重的鑄造廠點(diǎn)應(yīng)關(guān)閉。提高從事冶煉、澆注和清理作業(yè)的工人和臨時(shí)工的待遇，并為其提供保險(xiǎn)。加強(qiáng)能源的科學(xué)管理，加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)改造或高耗能設(shè)備的更新?lián)Q代。
(5)制定人才政策，加強(qiáng)技能培訓(xùn)
由于鑄造是個(gè)苦臟累的行業(yè)，待遇也低，因此學(xué)生不愿學(xué)，工人不愿干，許多跨入這個(gè)行業(yè)的人也想盡辦法跳槽，造才短缺。國家應(yīng)從長遠(yuǎn)考慮，制定吸引和穩(wěn)定人才的政策。針對目前許多高校不設(shè)鑄造專業(yè)的情況，可采取企業(yè)委托培養(yǎng)及廠校聯(lián)合辦學(xué)方式培養(yǎng)人，并且要特別重視對其計(jì)算機(jī)軟件的培訓(xùn)。通過建立全國性和地區(qū)性的技術(shù)培訓(xùn)基地，提高技術(shù)人員和工人的鑄造水平。同時(shí)還要加強(qiáng)鑄造企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)和管理人員的培訓(xùn)，使其掌握現(xiàn)代管理知識，建立起現(xiàn)代管理體系，使企業(yè)依靠管理出效益。
(6)注重自主創(chuàng)新
加大鑄造企業(yè)的重組和結(jié)構(gòu)調(diào)整，進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)地域化聚集，壯大龍頭企業(yè)，使中小企業(yè)圍繞產(chǎn)業(yè)鏈集聚，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)配套、特殊工序裝備、檢測設(shè)備、信息網(wǎng)絡(luò)、環(huán)保設(shè)施等資源共享；充分權(quán)衡當(dāng)?shù)氐馁Y源、人力、資本和市場，把握優(yōu)勢，突出集群的特點(diǎn)。在企業(yè)、產(chǎn)品集聚的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)信息的集聚、人才的集聚、技術(shù)的集聚，甚至競爭的集聚，產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)。不應(yīng)盲目地購買技術(shù)、設(shè)備和產(chǎn)品，必須加強(qiáng)自主創(chuàng)新，生產(chǎn)更多滿足國民經(jīng)濟(jì)和國防安全的高精尖鑄件，并將材料研究融入其中，參與國際競爭。
『不是原創(chuàng)，來自于互聯(lián)網(wǎng)』
