鑄造工藝的由來十分悠久，是 人們掌握時間較為久遠(yuǎn)且廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活的一種金屬成型工藝，距今己有4000多年的歷史。利用鑄造生產(chǎn)可獲得許多機械產(chǎn)品的毛坯，是 機械產(chǎn)品毛坯生產(chǎn)的主要方法之一，也是 機械工業(yè)中重要的基礎(chǔ)工藝。隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，2015年我國鑄件生產(chǎn)量超過4560萬噸，生產(chǎn)的鑄件應(yīng)用于各個行業(yè)、各類設(shè)備，其中機床、汽車、重型機械、水電設(shè)備等鑄件占鑄件總重量的85%，鑄造技術(shù)和鑄造行業(yè)發(fā)展迅速，為各個行業(yè)的發(fā)展起到基礎(chǔ)支持作用，奠定了鑄造生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中的重要位置。
砂型鑄造是 鑄造工藝的主要方法之一，它占整個鑄件產(chǎn)量的80%~90%。在鑄造生產(chǎn)過程中， 全自動造型機造型、造芯用的原輔材料等鑄造造型材料是 鑄造造型、造芯工藝的基礎(chǔ)。鑄造造型材料的品質(zhì)十分重要，它是 鑄件質(zhì)量好壞的主要影響因素，使用粘土砂鑄造生產(chǎn)時，由于型砂品質(zhì)欠佳導(dǎo)致的報廢率超過其總廢品率的一半。鑄造型砂的鑄造性能欠佳或使用方式不合常規(guī)往往直接影響鑄件的表面質(zhì)量，也可能會造成氣孔、砂眼、粘砂、夾砂等一些常見的缺陷。砂型鑄造中造型材料的使用同時也造成了廢砂、粉塵、煤粉等一些列環(huán)境污染問題。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，采用砂型鑄造時，生產(chǎn)每噸鑄件至少損耗0.8~1噸的新砂，我國每年新砂的耗損量超過1千萬噸，同時將產(chǎn)生大量的廢砂，不僅如此，砂處理過程中產(chǎn)生的大量灰塵，高溫澆注過程中有機物受熱的分解等都是 鑄造生產(chǎn)污染的源頭，也是 當(dāng)前造型材料面對的瓶頸。所以， 全自動造型線造型材料的發(fā)展與進(jìn)步往往可以帶來鑄造工藝的革新，換句話說，鑄造工藝的發(fā)展與造型材料的變革緊密相關(guān)。造型材料對于鑄件品質(zhì)、資源消耗、勞動時間和環(huán)境都有十分重要的影響。造型材料的科技水平，往往能體現(xiàn)一個國家鑄造工業(yè)的發(fā)達(dá)程度。
當(dāng)前國內(nèi)外普遍使用的砂型鑄造造型材料中，采用煤粉粘土砂造型占據(jù)主要地位。在我國，90%以上的鑄造生產(chǎn)都是 采用煤粉粘土砂。在鑄造型砂中加入4~8%左右的黑色煤粉，可以明顯的降低鑄件表面的粗糙度，有效的改善鑄件的表面質(zhì)量。煤粉粘土砂能改善鑄件表面質(zhì)量的機理較為復(fù)雜，簡單的說，在金屬液澆注過程中，由于煤粉是 有機物，受熱會產(chǎn)生具有還原性的氣體保護(hù)層，并且有效的預(yù)防和減少高溫液體與空氣接觸發(fā)生反應(yīng)，同時還原金屬液表面，可以避免鑄型表層砂粒與金屬物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并阻止金屬液向砂隙間滲透，有效的防止鑄件發(fā)生化學(xué)粘砂及夾渣等鑄造缺陷。高溫時煤粉會裂解，并在型砂與鐵液之間形成一層具有光澤的碳，被稱為“光亮碳”，光亮碳附著在鑄型表層，且表面光滑，這樣金屬液就能具有良好的流動性，提高金屬液的充型能力。煤粉在高溫時通過形成焦渣，鐵液不能潤濕型砂，同時型砂界面上會發(fā)生液相膨脹，鐵液不易滲透到砂粒間的空隙中，有利于預(yù)防和減少機械粘砂。但是 ，在鑄造型砂中添加的煤粉是 鑄造生產(chǎn)中造成黑色污染的重要原因。由于煤粉粘土砂造型耗費了大量的煤碳資源，環(huán)境污染十分嚴(yán)重，高溫澆注時煤粉發(fā)生燃燒，同時產(chǎn)生CO、H2等許多有毒或易燃?xì)怏w，鑄造生產(chǎn)車間環(huán)境十分惡劣。故煤粉粘土砂鑄造工藝己不符合當(dāng)前綠色環(huán)保的工業(yè)發(fā)展要求。當(dāng)下鑄造工業(yè)的發(fā)展和需求，以及國家乃至國際的節(jié)能減排的環(huán)保政策迫切需求一種新的砂型鑄造工藝。所以造型材料的綠色化亟待解決，使用無污染的先進(jìn)造型材料、采用低能耗的鑄造工藝以實現(xiàn)砂型鑄造的綠色環(huán)保，最終實現(xiàn)綠色鑄造。
國外鑄造行業(yè)在進(jìn)行鑄造生產(chǎn)的同時也具有較強的環(huán)境保護(hù)意識。由于環(huán)境保護(hù)法規(guī)要求越來越嚴(yán)格，美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家對于環(huán)境保護(hù)十分重視，在發(fā)展經(jīng)濟的同時，對環(huán)境保護(hù)工程的建設(shè)也投入了大量的人力、物力及資金。首先，美國、德國等鑄造技術(shù)較為先進(jìn)的發(fā)達(dá)國家的鑄造企業(yè)一般使用中頻感應(yīng)電爐熔煉金屬，但有時為了利用熔煉排放中煙氣里的物理熱和化學(xué)潛熱，減少能耗，熱風(fēng)水冷沖天爐也會在特殊情況下被一定程度的使用，這在一定程度上改善了一般沖天爐的熔煉條件。其次，利用排煙回再燃燒的方式提高爐溫，這不僅可以減少冶金時焦炭的燃燒，同時可以減少有害氣體的排放。熔煉合金時，普遍使用鑄造專用焦炭，并在升溫前進(jìn)行爐料預(yù)凈化，可以減少污染的排放。 鑄造造型線型砂造型時，采用噪音較小的靜壓氣沖造型機和擠壓造型機，有效的降低了噪音污染和造型成本。同時制芯工藝也發(fā)展迅速，為節(jié)約時間成本，提高效率，一般采用樹脂砂制芯，隨著制芯機械的現(xiàn)代化，利用機器人搬運砂芯以及用冷芯制芯機制芯，可實現(xiàn)生產(chǎn)車間的自動運行。機械化和半自動化的澆注工序，有效的改善了勞動條件，避免人工澆注時受到烘烤，降低了人工成本。在型砂處理過程中基本采用封閉運行，避免型砂排放大量煙塵。在廢砂處理過程中，往往采用舊砂再生技術(shù)，并經(jīng)過一些特殊處理，使得砂型鑄造中產(chǎn)生的廢砂、廢渣、煙塵等四廢的排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，我國每生產(chǎn)一噸鑄件所排放的四廢污染是 一些鑄造工業(yè)發(fā)達(dá)國家四廢污染排放量的10倍。與此同時，隨著殼型、消失模等一些較為先進(jìn)的鑄造成型技術(shù)的不斷發(fā)展與廣泛應(yīng)用，給鑄造工業(yè)的節(jié)能環(huán)保帶來了前所未有的進(jìn)步和突破，這些新興鑄造成型技術(shù)與傳統(tǒng)砂型鑄造相比，在很大程度上改善了傳統(tǒng)砂型鑄造的鑄造環(huán)境。在一些清潔化生產(chǎn)意識較強的鑄造企業(yè)中，設(shè)計者將運輸機以及斗式提升機較好的封閉起來，可以縮短回砂路程，節(jié)約電能。此外鑄造設(shè)備也日益環(huán)保化，通過配置密閉吸塵罩、標(biāo)明規(guī)定的通風(fēng)量，在生產(chǎn)細(xì)節(jié)中減少煙塵的排放，提升鑄造生產(chǎn)的環(huán)保化。另外，在鑄造廠房周圍種植樹木，降低污染也是 一種十分切實有效的手段。
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