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機械鑄造技術發展方向觀
鑄造是金屬成形的一種最主要方法,它是熱加工的基礎。鑄造的曆史與華夏文明的曆史一樣悠久,AG国际亚游官网登录的祖先在4000多年前就鑄造出了“三星堆”那樣精美的青銅器,其技術水平令人歎為觀止,然而到了現代,作為全球鑄件產量第一大國,中國的鑄造水平卻落後於發達國家。 一、我國鑄造業的概況 我國鑄件產量從2000年起超越美國已連續6年位居世界第一,其中2004年為2242萬噸,2005年估計為2600萬噸,鑄件年產值超過2500億元,鑄件產量占世界總產量的1/4之多,已成為世界鑄造生產基地。根據全球主要鑄件生產國2004年的產量統計可以看出,十大鑄件生產國可分為兩類。一類是發展中國家,雖然產量大,但鑄件附加值低,小企業多,從業人員隊伍龐大,黑色金屬比重大。另一類是發達國家,如日本、美國及歐洲等,他們采用高新技術主要生產高附加值鑄件。 發達國家總體上鑄造技術先進、產品質量好、生產效率高、環境汙染小、原輔材料已形成係列化。歐洲已建立跨國服務係統,生產實現機械化、自動化、智能化。生產過程從嚴執行技術標準,鑄件廢品率約為2%—5%。重視用信息化提升鑄造工藝設計水平,普遍應用軟件進行充型凝固過程模擬和工藝優化設計。 從批量和勞動生產率看,歐、美、日的優勢很大,日本的勞動生產率是人均年產鑄件140噸,我國估計約為20噸,相差7倍。我國人工成本低於1美元/小時,與發達國家相差幾十倍,因而出口鑄件具有優勢。但近年來材料價格猛漲,使我國出口鑄件在材料成本方麵的優勢消失殆盡。在產品質量和檔次方麵,AG国际亚游官网登录遠落後於發達國家。近年我國鑄件出口雖有所增長,但出口隻占我國總產量的97%,占世界鑄件市場流通量不到8%,總體增速緩慢,表現為質量較差、價格低。長期以來,出口的鑄件以中低檔產品為主,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準,但要達到歐美客戶標準還有距離。 在國內,鑄造業是關係國計民生的重要行業,是汽車、石化、鋼鐵、電力、造船、紡織、裝備製造等支柱產業的基礎,是製造業的重要組成部份。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%。汽車中的關鍵部件幾乎全部鑄造而成;冶金、礦山、電站等重大設備都依賴於大型鑄鍛件,鑄件的質量直接影響著整機的質量和性能。 我國鑄造生產企業主要分布在東部,西部產量較少。目前全國鑄造企業約有24000家、從業人員約120多萬。從產業結構看,既有從屬於主機生產廠的鑄造分廠或車間,也有專業鑄造廠,還有大量的鄉鎮鑄造廠。就規模和水平而言,既有工藝先進、機械化程度高、年產數萬噸鑄件的大型鑄造廠,如重型行業、汽車行業、航空工業的一些先進的鑄造廠;也有工藝落後、設備簡陋、手工操作,年產鑄件百餘噸的小型鑄造廠。 二、我國鑄造業存在的問題 我國鑄造行業的技術水平比發達國家落後約20年,無法滿足國民經濟快速發展的需要。技術落後、設備陳舊、能耗和原材料消耗高、環境汙染嚴重以及工人作業環境惡劣等問題,已經成為行業的共識。 具體表現在: (1)工藝水平低,鑄件質量差 ①鑄件加工餘量大。由於缺乏科學的設計指導,工藝設計人員憑經驗難以控製變形問題,鑄造的加工餘量一般比國外大1—3倍。加工餘量大,鑄件的能耗和原材料消耗嚴重,加工周期長,生產效率低,已成為製約行業發展的瓶頸。 ②大型鑄件偏析和夾雜物缺陷嚴重。大型鑄鋼件和大型鋼錠在凝固結束後,在冒口根部、鑄件的厚大斷麵存在宏觀偏析、晶粒粗大問題。 ③鑄件裂紋問題嚴重。 ④澆注係統設計不合理。由於設計不當,存在卷氣、夾雜等缺陷,導致鑄件出品率和合格率低。 ⑤模擬軟件應用不普及。鑄造過程模擬是鑄件生產的一個必要環節,在國外,如果沒有計算機模擬技術,就拿不到訂單。我國的鑄造業計算機模擬起步較早,雖然核心計算部分開發能力較強,但整體軟件包裝能力較差,導致成熟的商業化軟件開發遠落後於發達國家,相當一部分鑄造企業對計算機模擬技術望而卻步,缺乏信任。目前這種局麵雖有所好轉,但在購買了鑄造模擬軟件的企業中,能夠發揮其作用的還不多見,急需對企業員工進行軟件應用培訓。 ⑥普通鑄件的生產能力過剩,高精密鑄件的製造依然困難,核心技術和關鍵產品仍依賴進口。 (2)能耗和原材料消耗高 我國鑄造行業的能耗占機械工業總耗能的25%—30%,能源平均利用率為17%,能耗約為鑄造發達國家的2倍。我國每生產1噸合格鑄鐵件的能耗為550—700公斤標準煤,國外為300—400公斤標準煤,我國每生產1噸合格鑄鋼件的能耗為800—1000公斤標準煤,國外為500—800公斤標準煤。據統計,鑄件生產過程中材料和能源的投入約占產值的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)環境汙染嚴重、作業環境惡劣 我國除少數大型企業如一汽、二汽、大起大重、沈陽黎明公司等生產設備精良、鑄造技術先進、環保措施基本到位以外,多數鑄造廠點生產設備陳舊、技術落後、一般很少顧及環保問題。上世紀80年代,政府對規模小、技術水平低、汙染嚴重的企業進行了專業化調整,提高了企業的集約化程度,但鑄造生產的粗放型特征沒有得到根本改變。生產現場環境惡劣、作業條件差、技術落後、粗放式生產的鑄造企業占90%以上;1998年在匈牙利舉辦的第63屆世界鑄造會議上頒發了環境保護獎,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。我國鑄造業的環境問題還表現在對自然資源的超量消耗上。 鑄造生產中爐料主要是生鐵、廢鋼、焦炭、石灰石等、型砂、芯砂。主要是原砂、粘土、煤粉、樹脂等粘結劑、固化劑、舊砂等的運輸、混砂、造型、製芯、烘烤、熔化、澆注、冷卻、落砂、清理和後處理等工序,就其作業內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,有的產生刺激性氣味,粉塵作業環境更是惡劣。在我國鑄造車間每生產1噸鑄件,約散發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2200萬噸鑄件計,每年排汙物總量為:廢渣440萬噸、廢砂近1650萬噸、廢氣4億立方米。這些數據足以說明我國鑄造行業環境問題的嚴峻程度,采用高技術實現綠色鑄造是當前需要重點解決的關鍵問題。 (4)人才短缺 鑄造技術人才嚴重短缺是製約我國鑄造技術發展的關鍵。主要表現在:①技術及管理人員數量偏少,分布不均,最少的工廠技術及管理僅占總職工人數的12%,最多的工廠占到323%,相差27倍之多,國企尤其是軍工企業比例高。②高級人才數量少。鑄造企業技術管理人才基本以中專、大專和本科生為主,特別是中專、大專生數量為多,研究生很少。③新人才來源困難。很多高校在上世紀90年代後不再設置鑄造專業,一些大中企業的廠辦學校也有下降趨勢,新人才的來源日益困難。 鑄造人才缺乏的根本原因在於企業待遇低、工作環境差。國有企業在崗職工年齡40歲以上的占80%,20—40歲的人員很少,出現斷檔。民營企業從事鑄造的專業技術人才,從年齡上看,大部分也在60歲以上,絕大多數工人更是極少經過專業培訓,許多是農民工從事鑄造生產。整個行業的技術水平尤其是質量意識和質量控製水平不適應市場競爭的要求。 三、我國鑄造業發展的對策 我國鑄造業正處在從鑄造大國向鑄造強國起步的新階段。必須克服現實的能源、資源、人才瓶頸和環境問題的困擾。因此,必須抓住機遇,利用高技術提升鑄件質量,扭轉中國鑄件在國際市場上技術含量不高、價格低廉的形象。要扶持一批具有優勢的鑄造企業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。 (1)加強對鑄造新工藝、新材料、新設備的研究 加強鑄造業的基礎研究和應用研究,鑄造行業中許多金屬材料都是通用的和關鍵的,因而應注重工藝研究和改進,同時又要加強材料工藝及計算機模擬等先進技術的采用以穩定產品質量。實際上,國內過分強調發展新材料而忽視通用關鍵材料的工藝設計和質量穩定等方麵研究,而生產設備上許多問題卻都出在這裏,如三峽使用的水輪機轉輪材料。 逐步減少和消除小衝天爐,發展10噸/小時以上大型衝天爐,並根據需要采用外熱送風、水冷無爐襯連續作業衝天爐;推行衝天爐?感應爐雙聯熔煉工藝;推廣衝天爐除濕送風技術,衝天爐變頻控製技術,增加除塵裝置,減少電力耗費。 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、氣體保護澆注技術,AOD精煉技術和選擇合適的耐火材料提高鑄件的純淨度,提升鑄件質量。采用新型澆注係統和冒口設計原則,提高鑄件質量和工藝出品率。以可視化鑄造技術發展起來的新型無氣隙澆注係統設計是鑄造工藝的一項重大創新,金屬所與一重集團利用此技術已能夠製造大型鑄鋼支承輥。 (2)開發環保型鑄造原輔材料 建立新的與高密度粘土型砂相適應的原輔材料體係,根據不同合金、鑄件特點、生產環境、開發不同品種的原砂、無汙染的優質殼芯砂;抓緊我國原砂資源的調研與開發,開展取代特種砂的研究和開發人造鑄造用砂;研究並推廣使用清潔無毒的原輔材料,使用無毒無味的變質劑、精煉劑、粘結劑,開發環保型砂芯無機粘結劑;用濕型砂無毒無汙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;加強對水玻璃砂吸濕性、潰散性研究,尤其應大力開發舊砂回用新技術,環保型砂處理及再生技術;盡可能再生回用鑄造舊砂,研究鑄造用後的舊砂用於高速公路路基材料,特別是鉻鐵礦砂的回收利用。發展循環經濟,以“減量化?REDUCE、再利用(REUSE)、再循環(RECYCLE)”為行業準則(3R原則),走集約化清潔生產之路,合理使用資源,使用可再生材料和能源,確保鑄造業的可持續發展。 (3)構建共性技術和高技術傳輸平台 ①針對企業存在的共性問題,提高產品的合格率和工藝出品率,降低能耗和原材料消耗,實現綠色鑄造。支持科研單位麵向生產需求、著力解決生產實際問題,這應當成為鑄造技術研究的主攻方向。 ②建立高技術傳輸平台。開發關鍵件的鑄造技術,實現國產化。通過與國外的研究機構和企業合作,引進消化高新鑄造技術,與工廠一道開發關鍵件的鑄造技術研究,並轉化為新產品進入市場。希望政府在這方麵加強投入,鼓勵大的科研機構與大型企業集團共同合作,解決事關國計民生的關鍵件的國產化問題。 (4)注重能源與環保立法 鑄造行業勞動條件惡劣,對環境的危害也較大。應加大政策法規對這方麵的限製力度,環保勞保的準入門檻也應升高,已有的技術落後、汙染嚴重的鑄造廠點應關閉。提高從事冶煉、澆注和清理作業的工人和臨時工的待遇,並為其提供保險。加強能源的科學管理,加強節能技術改造或高耗能設備的更新換代。 (5)製定人才政策,加強技能培訓 由於鑄造是個苦髒累的行業,待遇也低,因此學生不願學,工人不願幹,許多跨入這個行業的人也想盡辦法跳槽,造成人才短缺。國家應從長遠考慮,製定吸引和穩定人才的政策。針對目前許多高校不設鑄造專業的情況,可采取企業委托培養及廠校聯合辦學方式培養人,並且要特別重視對其計算機軟件的培訓。通過建立全國性和地區性的技術培訓基地,提高技術人員和工人的鑄造水平。同時還要加強鑄造企業的領導和管理人員的培訓,使其掌握現代管理知識,建立起現代管理體係,使企業依靠管理出效益。 (6)注重自主創新 加大鑄造企業的重組和結構調整,進行專業化生產,實現地域化聚集,壯大龍頭企業,使中小企業圍繞產業鏈集聚,實現基礎配套、特殊工序裝備、檢測設備、信息網絡、環保設施等資源共享;充分權衡當地的資源、人力、資本和市場,把握優勢,突出集群的特點。在企業、產品集聚的同時,實現信息的集聚、人才的集聚、技術的集聚,甚至競爭的集聚,產生規模效應。不應盲目地購買技術、設備和產品,必須加強自主創新,生產更多滿足國民經濟和國防安全的高精尖鑄件,並將材料研究融入其中,參與國際競爭。(來自中國鑄造網)
 
 

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