Bạn thấy 'sự đúc bền vững' được sử dụng rất nhiều ngày nay, thường được đưa vào các tài liệu tiếp thị cho các quy trình mà nói thẳng ra là không xanh hơn nhiều so với ba mươi năm trước. Khi nói đến việc đúc vỏ cho các bộ phận bằng gang, câu trả lời không đơn giản là có hay không. Đó là câu trả lời 'à, nó phụ thuộc vào những gì bạn đang so sánh nó với và cách bạn điều hành cửa hàng.' Theo quan điểm của tôi, đã dành nhiều năm xoay quanh những vấn đề này, câu hỏi về tính bền vững xoay quanh sự cân bằng thực tế, chặt chẽ giữa hiệu quả sử dụng vật liệu, sử dụng năng lượng và điều gì xảy ra với tất cả số cát đó sau khi bạn rũ bỏ vật đúc.
Quy trình Shell: Nơi thu được (và nỗi đau) thực sự
Ý tưởng cốt lõi của việc đúc vỏ rất tao nhã: một lớp vỏ cát và nhựa mỏng, cứng tạo thành khoang khuôn thay vì một khối cát lớn, dày đặc. Ngay lập tức, bạn sẽ sử dụng ít cát hơn—ít hơn rất nhiều. Đối với thân van bằng sắt xám điển hình mà chúng tôi chạy, khuôn vỏ có thể nặng 15 kg, trong khi khuôn cát xanh tương đương có thể đẩy được 200 kg. Đó là mức giảm vật liệu trực tiếp mang lại cảm giác đáng kể trên sàn. Bạn không di chuyển nhiều khối lượng, không thu hồi nhiều và về mặt lý thuyết, thải ra ít chất thải hơn.
Nhưng đây là điểm thu hút đầu tiên: nhựa. Đó là một chất nhiệt phenolic. Để xử lý lớp vỏ đó, bạn nướng nó ở nhiệt độ khoảng 300°C. Đó là nguồn năng lượng đầu vào mà cát xanh không có vì nó được sử dụng ở trạng thái “lạnh”. Vì vậy, bạn đã đánh đổi việc xử lý cát số lượng lớn để lấy năng lượng nhiệt có mục tiêu. Đó có phải là một chiến thắng ròng? Trên các đồng hồ đo năng lượng của chúng tôi, đối với các bộ phận có khối lượng lớn, có thể lặp lại như ống góp hoặc vỏ máy bơm, tính nhất quán và tốc độ đúc vỏ thường dẫn đến tổng thời gian nung cho mỗi lần đúc tốt ít hơn. Ít bị loại bỏ hơn có nghĩa là bạn không nấu chảy lại được loại sắt tốt, vốn là một bộ phận tiêu tốn năng lượng khổng lồ thường bị bỏ qua.
Bản thân cát đã trở thành một đứa trẻ có vấn đề. Cát xanh có thể được tái chế trong nhà gần như vô tận với nước và bentonite. Cát vỏ được phủ bằng nhựa đã qua xử lý đó. Bạn không thể ném nó trở lại máy trộn. Chúng tôi đã thử gửi nó đến các bộ xử lý của bên thứ ba để thu hồi nhiệt, nơi họ đốt cháy nhựa. Nó hoạt động được, nhưng bây giờ bạn phải đối mặt với lượng khí thải giao thông và một hóa đơn năng lượng khác. Một số cửa hàng trộn một tỷ lệ phần trăm cát vỏ sò tái chế vào hỗn hợp cát mới làm lõi hoặc khuôn không quan trọng, nhưng đó là một hành động cân bằng—quá nhiều và bề mặt của bạn bị ảnh hưởng, dẫn đến—bạn đoán vậy—nhiều phế liệu hơn.
Ưu điểm vốn có của gang và một trường hợp thực tế
Điều này bị bỏ qua: bắt đầu bằng gang vì vật liệu cơ bản của bạn là bước khởi đầu bền vững. Điểm nóng chảy của nó thấp hơn thép nên năng lượng ban đầu để làm cho nó ở dạng lỏng ít hơn. Quan trọng hơn, vòng phế liệu sắt rất chắc chắn. Lợi nhuận của chúng tôi—cổng, ống nâng, vật đúc bị từ chối—sẽ quay trở lại quá trình sạc, thường chiếm 50-60% lượng tan chảy. Đó là một vòng khép kín bên trong các bức tường của cây. Tuổi thọ của một bộ phận bằng gang tốt cũng đóng vai trò quan trọng. Giá đỡ bằng sắt đúc vỏ dành cho máy móc hạng nặng có thể tồn tại lâu hơn chính máy đó. Độ bền là thước đo bền vững cơ bản không phải lúc nào cũng được đưa vào bảng tính tính toán lượng carbon.
Tôi nhớ một dự án dành cho nhà cung cấp linh kiện thủy lực. Họ đang tranh luận giữa gang dẻo đúc vỏ và mối hàn thép chế tạo. Chúng tôi đã tính toán các con số không chỉ về chi phí đơn vị mà còn về vòng đời ước tính. Việc đúc một mảnh đã loại bỏ năng lượng hàn, các điểm kiểm tra và các đường nối có thể bị hư hỏng. Khả năng tạo hình gần như lưới của quy trình vỏ có nghĩa là lượng gia công tối thiểu. Họ đã đi casting. Năm năm trôi qua, tỷ lệ thất bại trong lĩnh vực đó của họ gần như bằng không. Điều đó bền vững theo nghĩa thực tế nhất: nó không quay trở lại, không thất bại, không cần thay thế. Đó là lập luận bạn đưa ra ngay tại xưởng chứ không phải trong một tập tài liệu quảng cáo.
Chúng tôi làm việc với một đối tác, Công ty TNHH Công nghệ Qingdao Qiangsenyuan (QSY), trên một số dự án hợp kim phức tạp. Họ đã đúc và gia công trong hơn ba thập kỷ và quan điểm của họ phản ánh quan điểm thực tế này. Đối với khuôn vỏ của họ hoạt động trên gang và các thành phần bằng thép không gỉ, trọng tâm là độ chính xác để giảm lãng phí gia công ở khâu tiếp theo. Khoang vỏ được hình thành hoàn hảo có nghĩa là bạn không sử dụng máy phay CNC để loại bỏ vật liệu dư thừa trong một giờ mà chỉ để đạt đến dung sai. Việc tiết kiệm năng lượng ở hạ nguồn, theo quan điểm của bộ phận gia công, là một phần quan trọng trong tổng chi phí môi trường mà chỉ riêng xưởng đúc thường không được ghi nhận.
Thực tế nghiệt ngã và những thử nghiệm thất bại
Đó không phải là tất cả lợi nhuận rõ ràng. Mùi trong khoang đúc vỏ rất khác biệt - đó là mùi nhựa phenolic. Hệ thống thông gió và xử lý không khí phải đạt chất lượng hàng đầu, đây cũng là một vấn đề tiêu tốn năng lượng khác. Cách đây vài năm, chúng tôi đã thử nghiệm chất kết dính nhựa sinh học 'xanh hơn'. Việc tiếp thị thật tuyệt vời. Trên tuyến, độ bền của vỏ không nhất quán, đặc biệt là trong thời tiết ẩm ướt. Chúng tôi nhận thấy tỷ lệ nứt khuôn cao hơn trong quá trình xử lý, dẫn đến lượng phế liệu tăng đột biến do kim loại xuyên qua. Chúng tôi đã hủy bỏ bản dùng thử sau hai tháng và phải chịu chi phí. Tính bền vững làm ảnh hưởng đến năng suất là điều không thể bắt đầu trong một thị trường cạnh tranh; bạn sẽ phá sản. Bài học là hóa học thay thế trước tiên phải phù hợp với hiệu suất cơ học.
Một thực tế khác là chi phí mẫu. Để đúc vỏ, bạn cần các mẫu kim loại, thường là sắt hoặc nhôm, được gia công đạt tiêu chuẩn cao. Chúng đắt tiền. Nếu bạn đang thực hiện công việc có khối lượng thấp, kết hợp cao, chi phí môi trường khi sản xuất mẫu đó có thể không bao giờ được khấu hao theo lô đúc nhỏ. Quy trình này chỉ trở nên thực sự 'bền vững' theo quan điểm toàn diện khi bạn đang thực hiện khối lượng lớn hoặc chu kỳ sản xuất rất dài từ cùng một mẫu đó. Nếu không, tốt hơn hết bạn nên sử dụng quy trình linh hoạt hơn, ngay cả khi quy trình đó kém hiệu quả hơn trên mỗi phần.
Vì vậy, nó có bền vững không? Phán quyết của tầng cửa hàng
Sau tất cả những điều này, quan điểm của tôi là thế này: đúc vỏ cho bộ phận gang có thể là một con đường bền vững hơn so với nhiều phương pháp truyền khác, nếu—và đó là một điều quan trọng nếu—hoạt động của bạn được tối ưu hóa cho nó. Nếu bạn đang đổ khối lượng lớn các bộ phận tương tự, quản lý việc tái chế cát một cách hiệu quả (ngay cả khi nó ở ngoài cơ sở) và tận dụng độ chính xác về kích thước để giảm lãng phí gia công, thì đúng vậy, bạn đang đi đúng hướng. Hiệu suất sử dụng vật liệu ở giai đoạn đúc khuôn là có thật và đáng kể.
Nhưng nếu bạn là một xưởng sản xuất nhỏ đang sản xuất dây chuyền sản xuất vỏ sò trong thời gian ngắn, phải đối mặt với việc quản lý cát kém và phải vật lộn với tỷ lệ phế liệu thì mọi lợi thế về môi trường sẽ biến mất nhanh chóng. Tính bền vững không nằm ở tên quy trình; đó là cách bạn chạy nó. Đó là ở sự tan chảy mang lại lợi nhuận nội bộ, ở các mẫu được duy trì tốt kéo dài hàng thập kỷ và ở kỹ sư thiết kế làm việc với bạn để làm cho bộ phận có thể đúc được chứ không chỉ có thể gia công được.
Cuối cùng, đối với chúng tôi, nó là một công cụ. Khuôn vỏ là một công cụ tuyệt vời cho một số công việc nhất định và khi sử dụng đúng cách, nó sẽ ít gây hại hơn cho cùng một sản phẩm. Đó là định nghĩa trung thực nhất về tính bền vững trong công nghiệp mà bạn sẽ nhận được từ một người có bụi nhựa trên ủng của họ. Đó không phải là một cuộc cách mạng; đó là một sự phát triển thực hành cẩn thận, đôi khi lộn xộn. Và đó là công việc thực sự.
