一、前言
消失模精密鑄造工藝以其獨特的優(yōu)點，從美國發(fā)明創(chuàng)新，引進中國，發(fā)展至今已四十余年了，然而鑄件淺層黑色夾雜、表面皺皮以及型殼在焙燒過程中的C02的排放污染仍是使用實型鑄造土藝生產(chǎn)鑄件的三大問題。
在EPS(可發(fā)性聚苯乙烯)實型鑄造生產(chǎn)過程中，完全借助注入腔型的高溫金屬液攜帶的熱能來使EPS模樣消失，由于受到鑄件幾何形狀(即EPS模樣形狀)的復雜程度及鑄造工藝設計(如：分型面選擇;澆鑄系統(tǒng)等)的局限性制約，使得高溫金屬液所攜帶的熱量在EPS模樣中傳導的速度無法與EPS模樣材料完全充分裂解、氣化的速度同步，從而造成部分EPS材料在型腔內以碳化殘留物的形態(tài)粘附在金屬液的上層，最后到達鑄件的淺表層或表面。隨著金屬液凝固過程的進行和終結，混雜在金屬液表層或交匯處的碳化殘留物成為黑色夾雜，浮于金屬液鑄件表面的結碳使鑄件表面起皺皮，部分碳原子滲透到金屬液內使鑄件含碳偏高。以上這些因素均導致了鑄件缺陷的形成戶盡管各鑄造企業(yè)和高等院校為此傾注了大量心血，采取各種措施，從優(yōu)化模樣材質、精確控制金屬液溫度以及控制澆注速度等多方面進行研究，并取得了一定成果，但未從根本上消除這類碳缺陷。為了解決增碳和皺皮的問題，鑄造屆研發(fā)了消失模精密鑄造工藝，在這種特殊的工藝過程中，采用澆注前焙燒的方法，澆注前預先燒掉EPS，解決了這一難題，但焙燒過程中大量C02的排旅需要解決，無疑在環(huán)保問題上需要增加設備投資成本，而且焙燒成本也會因此而大大增加。
二、新思路
由上面的分析可得出這樣一個結論：既然EPS模樣是實型鑄造工藝中鑄件碳缺陷中碳的來源，那么只要預先消除這些碳的來源，然后再對空腔進行澆注鑄件，就可以根除這類
碳缺陷?；谶@種分析，筆者萌發(fā)出一種由繁入簡的新思路，即在澆注前，在常溫下使用一種自主研發(fā)的液體EPS消泡還原液，通過滴、灌、浸等方法，使之充分接觸并滲入EPS模樣，由表及里使EPS模樣的全部氣泡膜破裂，釋放出每個膨化成型顆粒氣泡內的空氣。隨著原模樣百分之九十以上空氣的消失，其體積逐漸縮小至原來的2%一10%。因此就能輕易地將已經(jīng)縮變得“不成模樣”的凝膠高分子材料(消泡液和PS混合物)從型腔內取出，再將高溫金屬液澆注到空腔(殼)內。
三、實踐驗證
筆者有幸得到中國鑄協(xié)溫平副秘書長的支持，在安徽鑄協(xié)分會的幫助安排下，在中實委梁光澤秘書長的指導下，將自己兩年以前為解決三峽庫區(qū)日益嚴重的“白色污染”而著手研發(fā)的成果—環(huán)保EPS消泡還原液帶到安徽應流集團公司實型鑄造車間進行了第一階段試驗。
其中第一次試驗在2008年7月19日進行，試驗使用2kg環(huán)保EPS消泡還原液，在25min左右的時間里使體積約1500cm3的EPS模樣通過消泡、縮容變小后，將其完全取出，消泡后的型殼經(jīng)過焙燒后鑄件質量良好，減少了因EPS在焙燒過程中的污染。
第二次試驗在同年7月23日進行，試驗使用16kg環(huán)保EPS消泡還原液，在60min左右的時間里使三個總體積約0. 'rill'的EPS模樣預消失;經(jīng)兩次試驗顯示，通過增加模樣預消失工序，再進行空腔澆注的鑄件，均無發(fā)現(xiàn)結晶碳缺陷。
第二階段的試驗于2009年6月在東風精密鑄造有限公司進行，試驗使用30kg環(huán)保EPS消泡還原液，取得了相同的效果。
與此同時，我公司會同上海生產(chǎn)涂料的工程技術人員進行了多項涂料強度試驗，即不同種類的涂料與消泡液的反應試驗。試驗結果顯示：水劑硅溶膠涂料可以不受環(huán)保EPS消泡還原液的影響。
上述試驗結果表明，在實型鑄造中只需增加一道預消失工序，就可從根本上消除碳原子的來源，從而徹底克服鑄件因結晶碳而形成的各種缺陷，全面提升鑄件的品質。同時較少了在焙燒過程中的脹殼造成鑄件龜裂紋，節(jié)省了焙燒的能源消耗，提高了鑄件的表面和尺寸精度。
筆者將原本對于治理三峽庫區(qū)攔水壩前“白色污染”的研究成果，應用于實型鑄造工藝領域的技術創(chuàng)新，拓展了一個新的應用領域。
四、優(yōu)越性分析
筆者認為，本項鑄造工藝的創(chuàng)新應用對使用企業(yè)、社會和服務企業(yè)三方都很有利，必將形成多贏的效益格局。
1、對于使用該項工藝技術的企業(yè)來說，無須增加投入成本，只須提供工藝接口，在澆注充型前讓服務企業(yè)將EPS模樣縮小體積后取出，然后再空(型)腔澆注鑄件。其優(yōu)越性具體來說：
(1)通過模樣預縮失，提高鑄件的尺寸精度、形位公差及表面光潔度，減少鑄件切削加工余量，接近“少”、“無”余量的國際先進水平。
(2)使實型鑄造工藝生產(chǎn)的鑄件廢品率明顯下降，拓展了企業(yè)進一步降本增效的空間。
(3)可以節(jié)省為改善鑄件品質而采用更易裂的STMMA和EPMMA模樣材料所多支付的采購費用。節(jié)省了企業(yè)模樣材料用量的采購成本差。
(4)可以節(jié)省為克服烘模時因模樣原料熱膨脹系數(shù)過大造成模殼脹裂而不得不選用進口EPS模樣材料倍增的采購成本。
(5)節(jié)約了用于氣化EPS的熱損能耗，金屬液熔煉溫度可下降300C -60℃，每噸鑄件減少成本 300元一600元。
(6)企業(yè)由此減少的熱解碳氫化合物氣體如Col C02等多種污染氣體排放，其排放指標經(jīng)過國家發(fā)改委能源研究所CDM項目管理中心認可，可以作為排放權益(目前每噸價格大約在70至100歐元之間)在上海市環(huán)境能源交易所掛牌交易獲益。
2,對社會來說，生態(tài)環(huán)境得到了凈化。我國鑄造行業(yè)從木模改為EPS消失模鑄造約經(jīng)過40年的變革，鑄件尺寸精度、形位公差和光潔度均明顯提高，但伴隨的污染氣體排放量劇增，本項工藝技術創(chuàng)新將歷史上兩大鑄造工藝方法的優(yōu)越性結合起來，克服了技術進步中出現(xiàn)的缺陷，在環(huán)境保護方面具有非常明顯的社會效益。此工藝技術創(chuàng)新完全避免了原工藝澆注時高溫金屬液引發(fā)EPS模樣消失過程中伴隨的一氧化碳、二氧化碳、二厄因等有害氣體的排放和苯的析出，使鑄造行業(yè)大大減少了肉眼看不到但實實在在排放的污染氣體。
此項工藝創(chuàng)新可針對性的減排廢氣重量5500噸。符合清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟要求，真正成為綠色鑄造，保護了環(huán)境，給社會也帶來了節(jié)能減排的效益，同時也有力地支持了政府在哥本哈根會議上向世界承諾5年減排目標的實現(xiàn)。
3,對服務企業(yè)來說，本企業(yè)向鑄造業(yè)免費提供技術服務，作為回報獲取鑄造企業(yè)中因EPS模樣氣化排放而無法回收的EPS資源。筆者所在公司經(jīng)過兩年時間的自主研發(fā)，完成了固體和液體混合物的分離技術難題，從而成功研制出日處理量10噸高分子材料的旋轉薄膜蒸發(fā)器和日處理量1噸高分子材料的微波能固液分離回收機，并且完善了回收消泡液和PS“零排放”的一整套清潔生產(chǎn)工藝流程，可以把從砂模中取出的凝膠狀高分子材料重新制成可重復使用的消泡還原液和固體PS材料。取得的還原PS原料，無須采購成本，因此本公司的PS產(chǎn)品利潤高達5000元/噸。全國鑄造業(yè)2007年EPS模樣及其氣化排放量為5500噸，并且每年以超過50%的速度遞增，可見其可觀的經(jīng)濟效益和發(fā)展前景。
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五、兩種疑慮可以消除
環(huán)保EPS消泡還原液是否會對人體健康產(chǎn)生影響?是否會給消防安全造成隱患?
二個安全環(huán)保方面的檢測機構已經(jīng)對消泡液進行了各項檢測。
(1)由上海市環(huán)境保護產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗總站檢測鑒定，鑒定認為這種液體手接觸無刺激、無腐蝕、不干燥、無異味、無難聞氣味等十項檢測結果，全部符合環(huán)保標準。
(2)經(jīng)國家經(jīng)貿委上海化學毒物咨詢中心檢測識別，認為具有以下特點：(1)不屬于易燃物體;(2)不屬于有毒物品;(3)屬于非氧化劑;(4)對皮膚、金屬無明顯的壞死和腐蝕作用;(5)屬于非危險化學品。
綜上所述，環(huán)保EPS消泡還原液安全可靠、沸點高達1640C，常溫下不易揮發(fā)，閃點高達95'C，不易燃燒，更不會爆炸。
文章由上海沃史環(huán)保技術有限公司：高棟正、施長坤、翁浙寧編寫
