消失模是一項(xiàng)新的鑄造工藝,利用聚苯乙烯遇高溫氣化消失的特性生產(chǎn)鑄件,簡(jiǎn)化了鑄造流程、提高了效率,被認(rèn)為是清潔綠色的工藝,但該過(guò)程的廢氣問(wèn)題一直重視不夠,消失模廢氣產(chǎn)生嚴(yán)重的揮發(fā)性有機(jī)化合物污染,其治理尚存一定困難,該工藝的環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)值得重新思考。
鑄造是指將熔融態(tài)的金屬(或合金)澆注于特定型腔的鑄型中凝固成形的金屬材料成形方法,在我國(guó)擁有數(shù)千年歷史,傳統(tǒng)工藝先有模樣,再以砂造型,撤出模樣合型后獲得待澆注的空腔。砂型(及型芯)的設(shè)計(jì)制作及與之有關(guān)的砂性能調(diào)整是傳統(tǒng)砂型鑄造的主要技術(shù)難點(diǎn)之一。新興工藝“消失模鑄造”顛覆了這一傳統(tǒng)。消失模工藝使用的模樣是聚苯乙烯等常溫為固態(tài)、高溫為氣態(tài)的材料,造型時(shí)作為模樣占據(jù)體積,在高溫金屬液體進(jìn)入后成為氣態(tài)自動(dòng)“消失”,故命名為“消失模鑄造”。
消失模鑄造工藝優(yōu)勢(shì)在于不需要制作和儲(chǔ)存木質(zhì)模具,不需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的砂型,只需要將模具整體埋入砂箱(預(yù)留澆道)即可直接澆鑄,節(jié)省了大量前期工作,泊頭亞晟也為鑄造行業(yè)打開(kāi)了生產(chǎn)更高精度、更復(fù)雜形狀產(chǎn)品的可能性。同時(shí),該工藝可實(shí)現(xiàn)無(wú)粘結(jié)劑干砂負(fù)壓澆注,減輕了清理、砂處理等工部的工作,整體勞動(dòng)量可減少30%~50%,生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)更為整潔、揚(yáng)塵更少,投資回收期短,被認(rèn)為是易于實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)和“綠色鑄造”工藝
消失模工藝使用的可“消失”的模具為高分子有機(jī)聚合物。有機(jī)物在富氧條件下充分燃燒生成二氧化碳和水;但鑄造生產(chǎn)澆注過(guò)程中白模與金屬液接觸,是一個(gè)高溫缺氧的復(fù)雜過(guò)程,可能發(fā)生有機(jī)物的分解、氧化、還原等多種反應(yīng);當(dāng)型砂中添加有機(jī)粘結(jié)劑時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物將更加復(fù)雜。固態(tài)白模受熱氣化,體積可能成百上千倍增長(zhǎng),導(dǎo)致大量的VOCs污染。
消失模廢氣中除了大量以苯系物為首的VOCs外,還含有大量單質(zhì)碳和未熱解的細(xì)小EPS顆粒,通常表征為有刺激性氣味的黑煙。VOCs的處理思路有兩類,其一是將VOCs物質(zhì)破壞、徹底氧化為二氧化碳和水,如催化氧化、燃燒(或蓄熱燃燒、催化燃燒、吸附-脫附燃燒等)、等離子等;其二是將VOCs自廢氣中分離,如使用活性炭或有機(jī)溶劑吸收等。破壞法通常能耗高、設(shè)備復(fù)雜且造價(jià)高,但處理徹底;分離法可使用低能耗、簡(jiǎn)易設(shè)備實(shí)現(xiàn),但用于吸收VOCs的活性炭或吸收液必需定期更換,需要持續(xù)的耗材投入,且用后的耗材形成二次污染,必須作為危險(xiǎn)固體廢物處理。
工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響,主要包括污染及廢棄物產(chǎn)生和排放、資源消耗、能源消耗和生態(tài)破壞等。機(jī)床灰鐵鑄件消失模鑄造生產(chǎn)過(guò)程以金屬、砂、EPS為主要原料,生產(chǎn)的產(chǎn)品為鑄件,“副產(chǎn)品”為污染和廢棄物排放。其中,鑄造用砂可實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用;金屬原料除少量直接來(lái)源于礦產(chǎn)外,多數(shù)為來(lái)自社會(huì)循環(huán)的廢棄金屬制品。傳統(tǒng)砂型鑄造是借助可重復(fù)利用的硅砂改變金屬材料形狀和性質(zhì)的過(guò)程,沒(méi)有重大自然資源消耗,具有一定的循環(huán)經(jīng)濟(jì)屬性,且部分參與了社會(huì)循環(huán)的靜脈產(chǎn)業(yè)。消失模工藝的使用能夠減少部分顆粒物污染,但新增了大量的VOCs污染,同時(shí)新增了EPS資源的持續(xù)消耗,與傳統(tǒng)砂型鑄造相比整體具有更高的環(huán)境負(fù)荷。