我国铸造行业的发展方向:大型化、轻量化、精确化、数字化、网络化以及绿色 制造。围绕其发展方向，指出我国铸造行业的可持续化发展可从铸造技术、原辅材料、铸造 废弃物的回收与再利用、环保以及绿色铸造的评价方法和指标体系等方面予以体现。 1 中 国铸造行业的现状 1.1 中国铸造行业取得的进展 众所周知，我国已是铸造大国，但远非铸造强国。中国是世界最大的铸件生产国，2003 年 的总产量占世界的 26.4%， 出口量已超过 170 万吨， 占当年铸件产量的 8.6%， 总金额达 10.42 亿美元，具备了进人国际市场竞争的一定的能力。而且中国的铸造业经过多年的发展，在造 型材料(原砂加工、铸型涂料、铸造粘结剂)、铸造工艺、铸造设备、铸造合金材料、熔炼以 及计算机等新技术在铸造中的应用等方面得了明显的进展。 1.2 中国铸造行业面临的形势 目前， 中国的铸造行业正面临着良好的发展机遇， 即国内国民经济的持续发展和经济全球化 导致世界范围内产业结构大规模调整。中国作为发展中国家，加人世贸后，从中受益匪浅， 包括可享受发达国家铸造产品进出口关税的最惠国待遇。 这些均为我国铸造行业实现由 “铸 造大国”向“铸造强国”转变提供了很好的契机。 1.3 中国铸造行业的环境现状 但不可否认的是， 中国的铸造行业在快速发展的同时也产生了极大的能源和环境问题， 从下 列数据可见一斑:国内每生产 1t 合格铸铁件的能耗为 550~770 地标煤;铸造生产过程中材料和 能源的投入约占产值的 5%~70%;铸造行业每年排放废渣 420 万吨， 粉尘 70 万吨， 废气 140~279 亿立方米，废砂 1810~2090 万吨。有人将其形容为一个大的“资源漏斗”(高耗能产业的形 象描述)实不为过。 2 中国铸造行业的发展方向 铸造是制造业的重要组成部分，也是先进制造技术的重要内容。柳百成院士指出，面向 21 世纪的铸造技术正朝着更轻、更薄、更精、更强、更韧及质量高、成本低、流程短的方向发 展。大型化、轻量化、精确化、高效化、数字化及绿色化是未来铸造等材料成形加工技术的 重要发展方向。 (1)铸件的大型化 随着汽车、机械、石油等工业的发展，铝、铁、钢铸件日益大型化、结构复杂化。大型铸件 的单件重量不单是几吨、几十吨的重量，而是达到了几百吨，如马鞍山钢铁公司生产的热轧 薄板用轧机的机架就重达 218t。此外，长江三峡 7X105kW 水轮机仅叶轮就重达 426t。 (2)铸件的轻量化 汽车工业和电子工业的迅速发展， 轻量化的绿色环保材料—镁、 铝合金铸件得到了广泛的应 用，降低了产品的自重和能源消耗，减少了污染(包括汽车尾气和废旧塑料)。宝马公司推出 的新 5 系列由于搭载了最新一代镁铝合金直列六缸发动机，重量较上一代减少了 10kg，大 幅提高了性能与油耗经济性。日本丰田公司最新推出的一款 4 座轻量小型概念车 ES3，自重 仅 70kg，百公里耗油仅 2.7L。2005 年上海汽车国际汽车展展出的一款红旗 HQD，整车采用 了全铝车身。在 2002 年美国铸造协会“铸造年”活动中，展出的一款 InFocus 投影仪的机 壳就是一个 AZ91D 镁合金铸件，取代了以前需要的多个塑料附件。镁合金铸件在航空航天 上的应用也很广泛，可用作直升机的齿轮传动箱、天棚结构和进风口等。最近发射成功的神 州 6 号载人飞船上的电器箱，由于采用了长春应化所开发的州田 26 镁合金材料，实现减重 13kg。 (3) 铸件的精确化 精确成形或近终成形铸造技术能确保短流程、洁净化生产出高精度、高品质的铸件。先进的 精确成形铸造技术有消失模铸造新工艺、 半固态铸造、 定向凝固熔模铸造户贫决速或直接铸 造成形技术等。其中消失模铸造以其设计制造灵活，可生产复杂铸件，生产工序简洁，生产 效率高且绿色环保，产品精确成形，铸件质量好等优点，被誉为“21 世纪的铸造新技术” 、 “铸造中的绿色工程” 等。 通用及宝马汽车公司的铝合金发动机缸体就采用了消失模铸造新 工艺。 定向凝固熔模铸造新技术可以直接生产高温合金单晶体燃气轮机叶片， 体现了材料与 成形技术的高度集成， 如美国第四代战斗机 F22 所用的推重比十发动机 R19 就采用了该技术 生产的高压涡轮空心工作叶片。这些技术在铸造行业的应用极大地缩短了铸件的生产周期， 提高了铸件的质量，由于精确成形，从而减少了机械加工的费用。 (4)铸造的数字化 计算机技术与铸造的结合全面地提升了铸造技术水平， 可缩短产品的设计和试制周期等。 如 将其用于预测铸件中的缩松缩孔等铸造缺陷， 可辅助工艺人员进行工艺优化， 指导铸件实际 生产。尤其将模拟仿真技术应用于大型铸件的生产，更能体现其价值，如采用计算机模拟仿 真技术对长江三峡重 62t 的水轮机叶片铸造工艺进行模拟，优化了铸造工艺。又如对净重 64t 的大型轧钢机机架采用计算机进行模拟，优化铸造工艺，整体铸造，一次成型，不仅节 约了费用，而且铸件的铸造质量优良.现在铸造过程的模拟软件已经成熟并实现了商业化， 如 MAGMA， PROCAST， DEFORM 及中国的铸造之星(FT-STAR)、 CASTsoft/CAE 和 CAE/InteCAST、 经纬铸造工装 CAD 软件 JW-FCAD 和铸造工艺 JW-FCAE，以及“铸造质量专家 FQExpert 铸件 缺陷专家分析系统等。 李依依院士提出， 传统铸造行业的根本出路在于采用计算机模拟， 实现对材料制备过程的可 视化铸造技术，以达到省时、省力、保证质量和降低成本的目的。中科院金属所与英国合作 将可视化铸造技术应用于沈阳铁路局叉心轨、 中国第一重型机械集团公司 50t 铸钢支撑辊等 铸件的生产中，产生了明显的经济效益和社会效益。 (5)铸造的网络化 网络化制造是企业为应对知识、 经济和制造全球化的挑战， 以快速响应市场需求和提高企业 竞争力为主要目标而实施的一种先进制造模式。 该技术广泛采用模拟仿真技术， 做到产品及 零部件的一次研发成功，可在功能、质量、可靠性与成本方面提供最优产品。美国汽车工业 希望借此将各地的制造商有效地连接在一起，通过高效协作，缩短汽车的研发周期。如美国 的通用汽车公司于 2001 年建成了全球超级计算机网络，大大缩短了汽车产品计算机辅助设 计/制造(CAD/CAM)的时间。在超七型飞机的研制中，三维实体数字化设计全部零部件，飞 机制造厂通过网络接收， 只用一两周就可以生产出成品。 而传统的在二维平面上进行设计的 方法，制造厂则需要三四个月进行加工。针对制造的网络化，美国先进金属材料加工工程研 究中心提出了产品设计/制造(铸造)集成系统(Rationalproduct/processdesign)。 (6)绿色制造 绿色制造是人类可持续发展战略在制造业的体现。 而且， 许多国家现在要求进口的产品必须 进行绿色性认定，具有“绿色标志” 。特别是有些发达国家以保护本国环境为由，制定了极 为苛刻的产品环境指标来限制国际产品特别是发展中国家产品进人本国市场， 即设置 “绿色 贸易壁垒” 。实施绿色制造已是大势所趋。 面对这种状况，各国纷纷提出了不同的措施加以积极应对，如美国在展望 2O10 年的制造业 前景时提出了“无废弃物加工”的概念;德国制定了《产品回收法规》;欧盟也颁布了“汽车 材料回收”法规，要求从 2005 年新生产的汽车材料的 85%能再利用。在中国香港也成立了 “香港绿色制造联盟” ，以督促生产的产品达到绿色制造要求，保证本地工业的竞争力及市 场占有率。 中国大陆在 1996 年和 1997 年相继引入了 ISO14001 和 ISO14040 等系列标准。 2003 年止， 至 逾百家企业通过了审核认证，行业畏盖电子、电气、家电、机械、化纤等行业。 3 中国铸造行业可持续化发展的思考 从以上分析来看，中国的铸造行业正面临着抓住发展机遇，把握发展方向，成功实现从铸造 大国向铸造强国转变的一个关键时刻。 但同时严重的资源与环境问题对我国的铸造行业提出 了严峻的考验。现在，铸造行业明确提出了“铸造清洁生产”“绿色集约化铸造”以及“绿 、 色材料”等铸造新理念，就是指从铸件的设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个 “产品生命”周期中，对环境的负面影响最小，资源效率最高，从而使企业经济效益和社会 效益达到最优化。并且事实也证明，只有这样才能保证稳定、优质、高效、低耗、少污染、 低成本生产铸件。 总之，中国的铸造行业必须走可持续化发展的道路，而且“可持续发展观”已成为全人类走 向 21 世纪的共同选择和发展战略。同时，这也是中国加人世贸，与国际接轨，节约能耗， 提高产品质量， 增加国际竞争力的需要。 中国铸造行业实现可持续化发展可从以下几个方面 加以重视。 (1) 环保型铸造设备和技术的引进与开发 主要包括:①铸造企业加大铸造生产的熔炼、浇注、制芯、造型、除尘、旧砂再生等各环节 以及车间配套设施等环保型设备的引进和开发，做到改善劳动环境与减少废弃物排放并举， 实现环保与发展协调。②铸造企业通过技术改造，引进适合本企业的先进、成熟的工艺技术 与装备，提升生产铸件的品质和效率;加强对先进环保型精确成形铸造工艺的引进及开发， 如各种砂型造型自动线、湿砂高压造型线、树脂砂造型线、冷硬树脂砂造型技术以及磁力成 形铸造、Cosworth 铸造、半固态铸造、加压凝固等工艺。针对轻量化镁合金零件的发展， 应加强触变铸造、挤压铸造工艺的开发研究力度。③加强计算机辅助设计、数值模拟、模拟 仿真等技术在铸造中的应用， 提高铸造生产的机械化、 自动化、 智能化， 减轻工人劳动强度， 推行洁净化生产，促进企业技术升级，实现铸造企业从粗放型向集约型转变。 (2) 铸件原、辅材料 铸造属于材料产业，材料与环境要协调发展。在 02 世纪 90 年代提出了“生态环境材料” (Ecomaterial)的概念，该材料能同时满足使用性能和环境协调性的要求。基于此，铸件材料 就要选用资源丰富、对环境污染小的材料.与其他材料相比，铝和镁能满足上述要求，同时 又与铸件的轻量化发展相适应。 铸造行业应加强对高性能铝合金与镁合金材料及其铸造工艺 的开发力度，以减少对其他相对短缺材料的开采与应用。 从循环再生的角度考虑，研发铸件材料要遵从如下要求:①在保持高性能的同时合金元素的 种类与含量最少，②以调整显微组织作为加人合金元素的替代方法来获得所需性能;③再生 过程中易于分离和无二次污染。为此，在铸件生产时，应首先考虑含合金元素种类最少的通 用合金和简单合金，如 Fe-Cr-Ni 钢、Ti 合金、Cr-Mo 钢等。其次，通过固溶强化、微细化强 化、相变组织强化等工艺保障材料性能，使材料可以循环再生。第三，采用金属复合材料， 通过控制金属组织复相化平衡材料各种性能。 第四， 尽量不使用环境协调性不好的合金化元 素， 即地壳中蕴藏量不大的枯竭性元素以及对生态环境特别是对人体有较大毒害作用的元素。 铸造行业应加强对提高简单、通用合金的强韧化方法与途径的研究力度。 为了减少对环境的污染及人体的损害，环保型铸造原辅材料包括造型材料(型砂、芯砂、粘 结剂等)的研究已经取得了一定的进展，如淀粉粘结剂、新型 CO2 硬化树脂砂、蛋白质基芯 砂粘结剂、水基涂料以及对优质矿砂的改进等。以 cosworth 铸造工艺为例，采用错砂铸型 和砂芯以及冷硬树脂作粘结剂，浇注后型砂和芯砂的溃散性很好，而且铸件尺寸精度高，合 金的性能好，错砂可重复使用，型砂可回收。 (3) 铸造废弃物的回收和再生利用 铸造废弃物的资源化被称为“二次物料工业革命” 。铸造厂“三废”的再生及再利用已成为 各国铸造工作者和环保专家关注的焦点。虽然上述的“生态环境材料”铸件材料具备易于回 收和能循环利用的特点，但在废弃铸件的回收过程中，还应加强对废料的分类分级.如 Magnesitn Elektron 公司认为镁合金废料应按合金牌号分类，并按形状、清洁度、化学成分 分级，然后再经过清洗、重熔、除杂或熔炉精炼，通过添加合金元素，使其达到原生铸件合 金的成分加以循环利用。 铸造企业引进的环保型设备首先确保了废弃物的排放最少，其次，要对产生的“三废”加大 回收利用的力度，以减少对环境的污染，降低资源消耗;最后，对实在不能利用的废弃物进 行深埋处理。更重要的是从源头控制，通过废物分流、重复使用、优化铸造及造型材料等途 径，在铸造生产中避免废弃物产生，从而减少处置费用，降低对新材料的购买需求，减少为 达到相关法规的要求及环保要求而发生的控制成本。 (4) 加强环保意识，形成从上到下的环保氛围 在 2005 年伊始，国家环保总局发起了一次“环保风暴” ，加大了环保执法力度;2006 年春节 刚过，我国决策高层便提出了“构建中国和谐社会”的理念，提出经济发展与自然环境保护 要协调。在这种大环境下，铸造企业领导层要明确环境管理方针，确定企业环境目标;建立 明晰的环境管理组织结构，落实各部门和员工的职责，确保清洁生产高效的实施;企业员工 要以积极负责的态度配合企业安排，增强环保意识，在生产过程中防止跑、冒、滴、漏等原 料的无谓损耗，将浪费控制到最低;养成洁净化生产意识，认真做好厂房换气、除尘、清扫 及厂区绿化等日常工作。铸造企业要相继进行质量(ISO90000)、安全、环境(ISO1400)体系的 认证工作，加快采用国际标准的步伐，以增强参与国际市场竞争的能力。 (5) 加强绿色铸造评价方法和指标体系的研究和建立 对绿色制造进行战略评价(SEA）有利于用更科学的方法评价绿色制造的效果，其中包括评价 指标体系和评价指标方法的建立。 各制造行业纷纷建立了评价清洁化生产程度的方法和指标 体系，如用于烧碱生产工艺的层次分析法、化肥厂三聚磷酸钠生产过程的“绿色制造评价系 统” 、火药生产过程的绿色评价体系等。对于铸造行业，也应加强对评价其清洁化程度的方 法与指标体系的研究与建立， 使对绿色铸造生产清洁化程度的评价从定性走向定量， 为国家 对企业提供政策优惠以及企业对生产个人进行奖励提供依据， 从而刺激企业与个人更加积极 主动地投入到清洁化生产中。同时，绿色铸造评价方法和指标体系的建立，可为铸造企业进 行技术改造及新技术研究开发提供参考。