消失模铸造虽被誉为21世纪的铸造，但其排放的烟气存在比较严重的环境污染问题。消失模模型使用的材料主要有EPS（可发性聚苯乙烯）、STMMA等，其中EPS价格最便宜、成本最低，被国内铸造厂广泛使用。
通常将采用泡沫塑料（EPS）模样结合有机黏结剂自硬砂造型的方法称为实型铸造（简称FM）；将泡沫塑料模样采用无黏结剂干砂，结合负压技术的造型法称之为消失模铸造（简称EPC法或LFC法）。前者主要用于单个、大中型铸件的生产，后者主要用于中小件的批量生产。在本文中为了叙述方便，在标题时统一使用了消失模铸造，而在分别叙述的时候使用了其狭义的概念。
1 我国消失模铸造尾气处理研究现状
我国在消失模烟气处理的研究上起步较晚，燃烧法理论上是烟气处理最好的办法，烟气经过燃烧生产无毒的水和二氧化碳。国内有研究表明，采用催化燃烧法的原理，消失模废气在催化剂的作用下使苯类有机废气能在较低的温度下反应变成无毒的水和二氧化碳[1~2]，有人研究利用燃烧法理论设置的装置实现了99.7%的净化率[3]。国内还有人研究了用于消失模尾气治理的净化技术[4]，试制了一种催化燃烧净化装置，
并在武汉钢铁（集团）公司的消失模生产线上进行了测试，净化后排放气体的浓度指标分别为：苯＜10 mg/m3，甲苯＜1 mg/m3，苯乙烯＜3 mg/m3 。
相对而言，国外消失模尾气处理的研究开展较早，美国通用汽车公司对消失模车间使用了催化剂的焚烧炉来处理尾气[5]；在德国、法国等发达国家也很早就开始使用真空系统处理烟气，将真空管道排出的尾气通过一个活性碳捕获器和燃烧器来处理[6]。
关于实型铸造的尾气处理技术，经搜索未发现有代表性的案例，这可能和实型铸造的总体产量较小有关。目前，国内数家实型铸造企业使用水滤真空泵抽负压来缓解实型铸造的黑烟污染；有研究通过在固化的铸型上放置抽气盖箱，使用经过特制溶液浸湿的耐火棉过滤，有一定的效果，但是还没有应用于实践[7]。
2 消失模铸造的污染因子
消失模铸造车间产生的污染主要是废气污染，主要产污环节及污染物为中频炉熔炼、砂处理及抛丸清理等在生产过程中产生的烟粉尘，以及在真空浇注过程中产生的高温VOCs和颗粒物。实型铸造因为要使用有机黏结剂和催化剂，除了因白模燃烧而释放的VOCs和颗粒物外，还有有机黏结剂受热裂解产生的VOCs。
消失模和实型铸造的热解产物在国内外都有一些研究，但大部分是在实验室内进行模拟试验，缺乏反映消失模铸造的实际浇注过程，热解产物组成、发气量结果差别较大。国内外各研究中报道的消失模铸造VOCs排放因子数据数值相差巨大，这主要是因为铸造过程中VOCs的产生受到很多因素的影响，其范围为4 718~9 864 mg/m3[2,8~10]不等，其热解产物主要是苯、甲苯、苯乙烯、乙苯、小分子其他产物（CH4、C2H4、C2H2）以及碳黑等。实型铸造过程产生的VOCs 与砂型和砂芯中使用的原材料密切相关，酚醛树脂热解
曹林锋，刘树生，乔世杰，王东生，马宏儒，高 巍
（中国铸造协会，北京 100044）
摘要：
摘要：综述了国内外消失模铸造和实型铸造过程中的污染物的排放和治理措施。总结了消失模、实型铸造的企业在治理污染时存在的问题及注意事项。铸造企业应根据实际情况选择合适的治理污染物的设施，在治理时应重视对废气的捕集和预处理，并注意安全生产。
关键词：
关键词：消失模铸造；污染因子；治理
中图分类号：X 7 文献标识码：
文献标识码：A 文章编号：
文章编号：1673－3320（2020）05－0053－04
收稿日期：2020-03-25
修定日期：2020-04-05
作者简介：曹林锋（1980-），男，汉族，毕业于北京工业大学，
工程师，主要从事铸造行业发展管理、铸造行业污染防治等研
究工作。
的主要污染物为酚、苯、甲基萘与苯胺，呋喃树脂热解的主要产物为苯、酚、乙醛与甲苯等。
3 消失模铸造的VOCs排放量估算
根据对国家工业和信息化部发布的《重点行业挥发性有机物削减行动计划》（2016-2018年）的解读，2015年VOCs排放量大约在3 000万t，其中，工业源排放量占整个人为源的比重达55.5%，即1 665万t。
据统计，2019年我国消失模和实型铸件产量约400万t，我国的消失模和实型铸造技术的应用主要集中在铸铁和铸钢上，消失模和实型铸造的白模都是在严重缺氧的状态下热解的。采用美国AFS消失模铸造的排放因子[11]，即462.66 g/t，则消失模和实型铸造的VOCs排放量为1 850 t，占工业排放总量的0.01%。
4 消失模铸造废气治理的注意事项
根据中国铸造协会的调研，目前国内采用消失模和实型铸造工艺的铸造企业的废气捕集方式通常有两种方式：一种是固定浇注位置，移动铸型；另一种是移动处理设施进行收集。对于整体车间进行除尘收集的，因为混入了大量的空气而导致挥发性有机物的浓度被稀释，所以后期的处理措施就很难有效果[12]。
消失模铸造需要负压技术，国内主要使用的是采用水环真空泵来达到负压效果，这种方法成本低且效率较高。消失模铸造浇注时产生的废气会被完全吸入水环真空泵内与水接触，经过水环过滤排出剩余物质，可有效消除铸造黑烟的现象，改善了作业环境。对于采用水环真空泵抽负压来缓解实型铸造黑烟污染的铸造企业，实型铸造采用水环真空泵进行负压抽气是一种废气的捕集方式，使工作环境大为改善，但是如果不采取其他末端处理措施，排放到大气中的挥发性有机物降低得很少。
在采用消失模工艺的铸造企业中，应用最多的尾气治理设施为活性碳吸附和光氧催化设备，少部分企业
使用催化燃烧处理设施。无论使用了哪种处理设施，必须要注意以下6个事项。
（1）水浴处理对VOCs的作用不大
水浴处理仅能去除一部分颗粒物和小分子物质，而消失模铸造在浇注过程中产生的挥发性有机物的主要成分是苯、甲苯、苯乙烯、二甲苯以及碳黑等，水浴可以有效地去除废气中的碳黑，但是其他挥发性有机物几乎不溶于水或微溶于水，对VOCs的处理效果作用不大。
（2）在末端处理设施前宜采取预处理措施
消失模废气应经过预处理（除尘、除油、除湿）后再进入末端处理设施。消失模浇注过程中产生的颗粒物、碳黑以及油性物质易堵塞活性碳的空隙，使活性碳的吸附能力大幅下降。采用催化燃烧设施的，也会覆盖催化剂或与催化剂发生作用，导致催化剂失去活性，因此应尽量降低进入活性碳吸附装置或催化燃烧装置的含尘量和含水量。根据《催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ 2027）的规定，进入催化燃烧装置的废气颗粒物浓度应低于10 mg/m3，此时不会对催化剂造成明显的影响；而根据《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ 2026）的规定，进入吸附装置的颗粒物浓度含量宜低于1 mg/m3。所以，无论采用活性碳吸附还是催化燃烧法处理浇注产生的VOCs，必须采取高效的预处理措施。
（3）主动引燃是实型铸造最实用、最有效的处理方式
对于实型铸造工艺，最容易操作且有效去除挥发性有机物的方式是“主动”引燃，这里必须强调的一点是“主动”引燃。虽然在浇注过程中不主动引燃，含VOCs的废气最终也会燃烧起来，但是燃烧往往发生在浇注即将完成时或浇注中期，此时已经有大量的挥发性有机物排放到空气中，因此要求操作者在废气自发燃烧之前“主动”引燃冒口和出气孔的气体，这一点实型铸造企业应该贯彻到其工艺守则中。但此操作并不适合利用负压收集废气的企业，以免引起火灾或爆炸。“主动”引燃操作也适用于使用湿型砂和树脂砂工艺的铸造企业。
（4）处理措施的运行时间
实型铸造企业或消失模工艺企业多实行间歇式生产方式，因此尾气处理设施的运行时间比较重要，如果处理设施一直运行，则增加生产成本；如果处理设施在浇注时运行，则后期产生的尾气得不到有效的收集和处理。研究表明，实型铸造浇注时其尾气排放很快就达到一个峰值，并在完成浇注后持续有VOCs产生，浇注1 h后逐渐进入一个低水平的排放期[13]。因此，处理设施应该在浇注开始前开启，并在浇注完成后持续运行至少1 h。
（5）消失模废气的浓度控制
合适的废气浓度可以保证催化燃烧或活性碳吸附系统安全高效地处理废气，同时有利于延长设备和催化剂的使用寿命。按照《吸附法工业有机废气治理工程技术
规范》（HJ 2026）和《催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ 2027）的规定，进入吸附装置或催化燃烧装置的废气有机物的浓度应低于其爆炸极限下限的25%，当废气中的有机物浓度高于其爆炸下限的25%时，应通过补气稀释等预处理工艺使其降低到其爆炸极限下限的25%后方可进行吸附或催化燃烧处理。消失模铸造企业应根据产品类型、生产安排等情况设计符合技术规范的处理设施。
汽车尾气处理装置图（6）从业者需摈弃一些错误的看法
对于消失模工艺的研究者，需要辨识一些关于消失模铸造污染物排放的错误认识，比如在有的文献中提出，在消失模铸造中，EPS有机物排放量占浇注铁液重的0.3%[14~15]，这显然与实际情况不符。我国消失模铸造以铸铁和铸钢件为主，浇注铁液重量和白模的重量比约为400∶1，以浇注1 t铁液为例，即约需要2.5 kg白模，而以上述文献的排放数据则排放有机物1 000×0.3%=3（kg），这样即便是所用白模100%转化为有机物也不可能达到这个比例。5 结论与建议
（1）在消失模铸造的尾气治理上，铸造企业应根据实际情况，选择适合企业所采用的铸造工艺和生产实际的治理设施。需要强调的一点是，无论采用什么样的末端治理设施，首先要做到有效的捕集，没有有效的捕集措施，末端治理就是空谈。
（2）消失模铸造企业在废气治理时，务必重视对废气的预处理，以保证VOCs治理设施的正常有效运行。同时，企业可以采取一些措施降低颗粒物的产生浓度，如可选用宝珠砂作为造型材料，降低颗粒物的产生浓度，可有效延长VOCs治理设施的使用周期。
（3）在有机废气的治理中，安全性是首先需要考虑的因素。消失模铸造企业不要“为了治理”而治理，选择符合相应技术规范的治理设备显得尤为重要，尤其是《排污许可证申请与核发技术规范 金属铸造工业》已经发布并实施，保证废气排放持续稳定的达标才是
根本。
参考文献
[1] 杨家宽, 黄乃瑜, 李焰.消失模废气净化设备的研制[J].热加工工艺, 2000(4):41-46.
[2] 杨家宽, 李焰, 孔令文, 等.消失模车间废气处理中催化剂的选择[J].铸造, 1999(7):9-12.
[3] 刘立中, 刘凯.消失模铸造的尾气净化[J].铸造技术, 2008(3):321-322.
[4] 杨家宽.消失模热解特性及其净化装置研究[D].华中理工大学, 1999.
[5] Seminar Finds Sofid Reasons for Lost Foam Casting. Foundry Trade Journal, 1998, 172(3543):199-2002.
[6] J. H. HUNTER. Survey indicates bull market for lost foam foundries[J]. Modern Casting, 1998, 88(9):50-52.
[7] 黄溢凡, 刘欢欢, 叶升平. 一种新型实型铸造烟气处理方案的尝试[J].铸造设备与工艺, 2014(3):36-38.
[8] 杨家宽, 黄乃瑜, 李焰.消失模废气净化设备的研制[J].热加工工艺, 2000(4):41-46.
[9] 靖军, 谭建波, 李增民, 等.消失模铸造尾气净化装置的设计[J].铸造技术, 2009(1):102-105.
[10] Indraneel Sen. Degradation Mechanism of Expanded Polystyrene(EPS) Foam in Lost Foam Casting, PIPS Approach for Synthesis and Novel Expansion Techniques for Cellular Foam[D]. University of Tennessee, 2007.
[11] 关于《重点行业挥发性有机物削减行动计划》（2016-2018年）的解读. v/n1146285/n1146352/ n3054355/n3057542/n3057554/c5918151/content.html
[12] CERP Organic HAP Emission Measurements for Iron Foundries and Their Use in Development of an AFS HAP Guidance Document. American Foundry Society:2006.
[13] Environmental Management of Foundries. EPA of South Australia, 2016.
[14] Reference Document on Best Available Techniques in the Smitheries and Foundries Industry. EUROPEAN COMMISSION. 2005.
[15] 董选普, 李继强.铸造工艺学[M].北京: 化学工业出版社, 2009:128.
[16] 刘辉, 李丽珍, 史学峰, 等.某消失模铸造厂污染防治措施要点分析研究[J].环境科学与管理, 2014, 5(39):101-103.
Discharge and Treatment of Pollutants during Lost Foam
Casting
CAO Linfeng, LIU Shusheng, QIAO Shijie, WANG Dongsheng, MA Hongru, GAO Wei
(China Foundry Association, Haidian100044, Beijing China)
Abstract: Discharge and treatment of pollutants in the process of lost foam casting or full form casting at home and abroad were summarized. Problems and a matter worthy of note in controlling pollution fo
r those enterprises that engage lost foam and full form castings were summed up. The casting enterprise should select an appropriate installation used for pollution control according to own situation, pay attention to the collection and pretreatment of waste gas, and to safety in production.
Key Words: Lost foam casting; Pollution factor; Treatment
（编辑：青松，****************；编审：娅楠，**********************）
“十四五”时期我国工业发展的重点
2020年我国将基本实现工业化和全面建成小康社会。基本实现工业化甚至进入后工业社会后，要适时改变工业的定位、工业化的方向，推动工业化向更高水平迈进。“十四五”时期，需根据发展条件与环境的变化，适时调整工业在国民经济中的定位，进一步明确发展任务和重点领域，培育壮大工业竞争新优势，在更高水平上加快推进工业现代化。
具体来说，“十四五”时期我国工业发展应完成以下战略任务：着力发展先进制造业，保持制造业比重基本稳定；实施创新驱动发展战略，实现工业高质量发展；推进工业化深度发展，构建现代产业体系；实施“智能+”战略，推动产业深度融合；推进全面开放，增强全球价值链掌控力。
“十四五”时期，我国工业的发展需着眼于应对新挑战与抢抓新机遇，提升存量与开拓增量并举，在推动
传统产业转型升级的同时，加快发展战略性新兴产业，培育壮大前沿技术产业。可考虑在以下几个重点领域切实发力：一是新科技驱动的战略性新兴产业；二是应用数字技术的智能制造产业；三是促进生态文明建设的绿制造产业；四是高效带动就业的劳动密集型产业；五是满足人民美好生活需要的新型消费品产业。
作为制造业基础之一的铸造行业，在“十四五”时期，自然也要应时而变，不断提升技术水平、补齐短板，并且要抓住机遇、及早布局，在战略性新兴产业和前沿技术产业方面实现突破，抓紧占领未来产业竞争的制高点。
汽车市场呈现回暖势头
中国汽车工业协会7月20日表示，虽然上半年汽车市场受疫情冲击损失巨大，但汽车产业长期稳定向好的态势没有发生改变，叠加下半年“六稳”、“六保”相关措施的持续发力，汽车市场将总体平稳向好。
2020年4月，汽车产销年内首次突破200万辆，且单月结束销量“21连降”，呈现回暖势头。5、6月供需两端延续良好态势，各类车型产销继续保持增长。疫情冲击给汽车市场带来的损失已经得到一定程度的弥补，尽管汽车产销累计整体仍为负增长，但汽车总体产销状况明显好于预期，汽车市场开始恢复性增长，总体形势不断向好。
与此同时，随着市场需求、市场要素等变化，中国汽车市场的竞争环境也开始发生变化。一批难以适应市场发展的传统和新造车企业开始在越来越严峻的淘汰赛中败下阵来，汽车产业的新一轮重组已经加速到来。
最新数据显示，今年前六个月，汽车销量排名前十位的企业集团销量合计超过900万辆，占汽车销售总量的近90%，高于上年同期0.4个百分点，产业集中度不断提升。在乘用车市场领域，中高端市场相对平稳，下半年依然会有较好的表现；低端市场则仍将进一步萎缩，一批集中在这里的汽车企业将受到更加严峻的挑战。
汽车制造业是铸造零部件重要的应用市场之一，受疫情带来的汽车市场形势变化影响，预计下半年铸造行业也将加速回暖，但低端铸件市场很难有好的表现。铸造企业也应积极发展中高端产品，淘汰落后产能，以使企业保持稳定的竞争力。
发布评论