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(luò)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(shù)、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(biāo)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(jìn)展 眾所周知，我國已是鑄造大國，但遠(yuǎn)非鑄造強國。中國是世界最大的鑄件生產(chǎn)國，2003 年 的總產(chǎn)量占世界的 26.4%， 出口量已超過 170 萬噸， 占當(dāng)年鑄件產(chǎn)量的 8.6%， 總金額達(dá) 10.42 億美元，具備了進(jìn)人國際市場競爭的一定的能力。而且中國的鑄造業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，在造 型材料(原砂加工、鑄型涂料、鑄造粘結(jié)劑)、鑄造工藝、鑄造設(shè)備、鑄造合金材料、熔煉以 及計算機等新技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用等方面得了明顯的進(jìn)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(nèi)國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)全球化 導(dǎo)致世界范圍內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)大規(guī)模調(diào)整。中國作為發(fā)展中國家，加人世貿(mào)后，從中受益匪淺， 包括可享受發(fā)達(dá)國家鑄造產(chǎn)品進(jìn)出口關(guān)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(zhuǎn)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(rèn)的是， 中國的鑄造行業(yè)在快速發(fā)展的同時也產(chǎn)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(nèi)每生產(chǎn) 1t 合格鑄鐵件的能耗為 550~770 地標(biāo)煤;鑄造生產(chǎn)過程中材料和 能源的投入約占產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)制造技術(shù)的重要內(nèi)容。柳百成院士指出，面向 21 世紀(jì)的鑄造技術(shù)正朝著更輕、更薄、更精、更強、更韌及質(zhì)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(shù)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(jié)構(gòu)復(fù)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(dá)到了幾百噸，如馬鞍山鋼鐵公司生產(chǎn)的熱軋 薄板用軋機的機架就重達(dá) 218t。此外，長江三峽 7X105kW 水輪機僅葉輪就重達(dá) 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(yīng) 用，降低了產(chǎn)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(jīng)濟(jì)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(yīng)用也很廣泛，可用作直升機的齒輪傳動箱、天棚結(jié)構(gòu)和進(jìn)風(fēng)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(yīng)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(shù)能確保短流程、潔凈化生產(chǎn)出高精度、高品質(zhì)的鑄件。先進(jìn)的 精確成形鑄造技術(shù)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(shù)等。其中消失模鑄造以其設(shè)計制造靈活，可生產(chǎn)復(fù)雜鑄件，生產(chǎn)工序簡潔，生產(chǎn) 效率高且綠色環(huán)保，產(chǎn)品精確成形，鑄件質(zhì)量好等優(yōu)點，被譽為“21 世紀(jì)的鑄造新技術(shù)” 、 “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(shù)可以直接生產(chǎn)高溫合金單晶體燃?xì)廨啓C葉片， 體現(xiàn)了材料與 成形技術(shù)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(shù) 生產(chǎn)的高壓渦輪空心工作葉片。這些技術(shù)在鑄造行業(yè)的應(yīng)用極大地縮短了鑄件的生產(chǎn)周期， 提高了鑄件的質(zhì)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(shù)與鑄造的結(jié)合全面地提升了鑄造技術(shù)水平， 可縮短產(chǎn)品的設(shè)計和試制周期等。 如 將其用于預(yù)測鑄件中的縮松縮孔等鑄造缺陷， 可輔助工藝人員進(jìn)行工藝優(yōu)化， 指導(dǎo)鑄件實際 生產(chǎn)。尤其將模擬仿真技術(shù)應(yīng)用于大型鑄件的生產(chǎn)，更能體現(xiàn)其價值，如采用計算機模擬仿 真技術(shù)對長江三峽重 62t 的水輪機葉片鑄造工藝進(jìn)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(jìn)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(zhì)量優(yōu)良.現(xiàn)在鑄造過程的模擬軟件已經(jīng)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(jīng)緯鑄造工裝 CAD 軟件 JW-FCAD 和鑄造工藝 JW-FCAE，以及“鑄造質(zhì)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(shù)，以達(dá)到省時、省力、保證質(zhì)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(shù)應(yīng)用于沈陽鐵路局叉心軌、 中國第一重型機械集團(tuán)公司 50t 鑄鋼支撐輥等 鑄件的生產(chǎn)中，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 (5)鑄造的網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)化制造是企業(yè)為應(yīng)對知識、 經(jīng)濟(jì)和制造全球化的挑戰(zhàn)， 以快速響應(yīng)市場需求和提高企業(yè) 競爭力為主要目標(biāo)而實施的一種先進(jìn)制造模式。 該技術(shù)廣泛采用模擬仿真技術(shù)， 做到產(chǎn)品及 零部件的一次研發(fā)成功，可在功能、質(zhì)量、可靠性與成本方面提供最優(yōu)產(chǎn)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(luò)，大大縮短了汽車產(chǎn)品計算機輔助設(shè) 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(shè)計全部零部件，飛 機制造廠通過網(wǎng)絡(luò)接收， 只用一兩周就可以生產(chǎn)出成品。 而傳統(tǒng)的在二維平面上進(jìn)行設(shè)計的 方法，制造廠則需要三四個月進(jìn)行加工。針對制造的網(wǎng)絡(luò)化，美國先進(jìn)金屬材料加工工程研 究中心提出了產(chǎn)品設(shè)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(jìn)口的產(chǎn)品必須 進(jìn)行綠色性認(rèn)定，具有“綠色標(biāo)志” 。特別是有些發(fā)達(dá)國家以保護(hù)本國環(huán)境為由，制定了極 為苛刻的產(chǎn)品環(huán)境指標(biāo)來限制國際產(chǎn)品特別是發(fā)展中國家產(chǎn)品進(jìn)人本國市場， 即設(shè)置 “綠色 貿(mào)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(yīng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)的產(chǎn)品達(dá)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(biāo)準(zhǔn)。 2003 年止， 至 逾百家企業(yè)通過了審核認(rèn)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(zhuǎn)變的一個關(guān)鍵時刻。 但同時嚴(yán)重的資源與環(huán)境問題對我國的鑄造行業(yè)提出 了嚴(yán)峻的考驗?，F(xiàn)在，鑄造行業(yè)明確提出了“鑄造清潔生產(chǎn)”“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(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個 “產(chǎn)品生命”周期中，對環(huán)境的負(fù)面影響最小，資源效率最高，從而使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會 效益達(dá)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(zhì)、高效、低耗、少污染、 低成本生產(chǎn)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(jì)的共同選擇和發(fā)展戰(zhàn)略。同時，這也是中國加人世貿(mào)，與國際接軌，節(jié)約能耗， 提高產(chǎn)品質(zhì)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(shè)備和技術(shù)的引進(jìn)與開發(fā) 主要包括:①鑄造企業(yè)加大鑄造生產(chǎn)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(shè)施等環(huán)保型設(shè)備的引進(jìn)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(diào)。②鑄造企業(yè)通過技術(shù)改造，引進(jìn)適合本企業(yè)的先進(jìn)、成熟的工藝技術(shù) 與裝備，提升生產(chǎn)鑄件的品質(zhì)和效率;加強對先進(jìn)環(huán)保型精確成形鑄造工藝的引進(jìn)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(shù)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(yīng)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(shè)計、數(shù)值模擬、模擬 仿真等技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用， 提高鑄造生產(chǎn)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(chǎn)，促進(jìn)企業(yè)技術(shù)升級，實現(xiàn)鑄造企業(yè)從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變。 (2) 鑄件原、輔材料 鑄造屬于材料產(chǎn)業(yè)，材料與環(huán)境要協(xié)調(diào)發(fā)展。在 02 世紀(jì) 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(diào)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(yīng)。 鑄造行業(yè)應(yīng)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(yīng)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(diào)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(chǎn)時，應(yīng)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(xì)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(fù)合材料， 通過控制金屬組織復(fù)相化平衡材料各種性能。 第四， 盡量不使用環(huán)境協(xié)調(diào)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(yīng)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(jié)劑等)的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，如淀粉粘結(jié)劑、新型 CO2 硬化樹脂砂、蛋白質(zhì)基芯 砂粘結(jié)劑、水基涂料以及對優(yōu)質(zhì)礦砂的改進(jìn)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(jié)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(fù)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(guān)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(yīng)加強對廢料的分類分級.如 Magnesitn Elektron 公司認(rèn)為鎂合金廢料應(yīng)按合金牌號分類，并按形狀、清潔度、化學(xué)成分 分級，然后再經(jīng)過清洗、重熔、除雜或熔爐精煉，通過添加合金元素，使其達(dá)到原生鑄件合 金的成分加以循環(huán)利用。 鑄造企業(yè)引進(jìn)的環(huán)保型設(shè)備首先確保了廢棄物的排放最少，其次，要對產(chǎn)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(jìn) 行深埋處理。更重要的是從源頭控制，通過廢物分流、重復(fù)使用、優(yōu)化鑄造及造型材料等途 徑，在鑄造生產(chǎn)中避免廢棄物產(chǎn)生，從而減少處置費用，降低對新材料的購買需求，減少為 達(dá)到相關(guān)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)保總局發(fā)起了一次“環(huán)保風(fēng)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(gòu)建中國和諧社會”的理念，提出經(jīng)濟(jì)發(fā)展與自然環(huán)境保護(hù) 要協(xié)調(diào)。在這種大環(huán)境下，鑄造企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層要明確環(huán)境管理方針，確定企業(yè)環(huán)境目標(biāo);建立 明晰的環(huán)境管理組織結(jié)構(gòu)，落實各部門和員工的職責(zé)，確保清潔生產(chǎn)高效的實施;企業(yè)員工 要以積極負(fù)責(zé)的態(tài)度配合企業(yè)安排，增強環(huán)保意識，在生產(chǎn)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(chǎn)意識，認(rèn)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(jìn)行質(zhì)量(ISO90000)、安全、環(huán)境(ISO1400)體系的 認(rèn)證工作，加快采用國際標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)體系的研究和建立 對綠色制造進(jìn)行戰(zhàn)略評價(SEA）有利于用更科學(xué)的方法評價綠色制造的效果，其中包括評價 指標(biāo)體系和評價指標(biāo)方法的建立。 各制造行業(yè)紛紛建立了評價清潔化生產(chǎn)程度的方法和指標(biāo) 體系，如用于燒堿生產(chǎn)工藝的層次分析法、化肥廠三聚磷酸鈉生產(chǎn)過程的“綠色制造評價系 統(tǒng)” 、火藥生產(chǎn)過程的綠色評價體系等。對于鑄造行業(yè)，也應(yīng)加強對評價其清潔化程度的方 法與指標(biāo)體系的研究與建立， 使對綠色鑄造生產(chǎn)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(chǎn)個人進(jìn)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(chǎn)中。同時，綠色鑄造評價方法和指標(biāo)體系的建立，可為鑄造企業(yè)進(jìn) 行技術(shù)改造及新技術(shù)研究開發(fā)提供參考。