[发明专利]一种基于工艺设计参数的砂型铸造碳排放计算方法

说明书

本发明公开了一种基于工艺设计参数的砂型铸造碳排放计算方法，计算方法分为三部分，分别是计算砂型铸造独立工艺设计参数碳排放、计算砂型铸造耦合工艺设计参数碳排放、以及计算砂型铸造固有属性工艺设计参数碳排放，最后三部分求和获得基于工艺设计参数的砂型铸造碳排放。本发明能够在产品设计阶段通过砂型铸造工艺设计参数对砂型铸造产品的碳排放进行计算，并且每个分项的碳排放可以直观展现，从而可以在生产前对砂型铸造工艺进行优化改进，以达到最终减少碳排放、降低能耗的目的，对砂型铸造行业具有一定的理论与现实意义。

【技术领域】

本发明涉及砂型铸造的技术领域，特别是基于工艺设计参数的砂型铸造碳排放计算方法的技术领域。

【背景技术】

研究表明，全世界近三分之一的能源消耗和36％的二氧化碳排放从制造业中产生。其中，作为制造业的基本方法，砂型铸造比其他铸造方式产生的环境问题更严重。典型的现代砂型铸造工艺包含许多不同的阶段，例如熔化，合金化，模塑，浇注，凝固和精加工。铸造也是能源密集程度最高的制造工艺之一，其中金属熔化步骤消耗的能量超过总能量的一半(Pagone，2018；Salonitis等， 2017)。在铸造过程中，铸造砂可以被回收再利用。当铸造砂失去其性能且不适合进一步用于成型目的时，它将被视为废物(Siddique等，2018)，但是铸造砂的填埋处理会导致地下水某些部分的金属含量过高(Barbara等，2015)。树脂砂中粘合剂的热解也会产生各种副产物，其中一些是有害的空气污染物(Nastac 等，2016)。在世界范围内，60％-70％的铸件是通过砂型铸造制造的，一吨铸件生产过程中会产生50kg粉尘、200kg废水、20m³废气以及1.3t至1.5t废砂 (Liu等，2011)。很明显，砂型铸造已成为能源消耗和碳排放的主要来源之一。

砂型铸造工艺作为制造业中二氧化碳的主要排放源，在节能减排中发挥着重要作用(Li等，2010)。新的铸造工艺可以节省21％的材料，使用CRIMSON (约束快速感应熔炼单次向上铸造)代替传统的砂型铸造工艺，可以将环境影响平均降低57％(Salonitis等，2016)。这是通过优化生产线来减少碳排放的有效方法，但在确定铸造厂的生产线后，很难重新布置生产线来达到目的。一项研究表明，通过工艺选择和工艺调度可以显着降低机械制造的碳排放(Yin等， 2014)。为了实现铸造工艺的低碳排放，能源效率作为提高能源效率的重要管理工具被引入铸造行业(Thollander等，2005)。由于铸造行业是能源消耗和污染排放(特别是二氧化碳)的主要来源之一，有必要将碳排放作为节能减排的实施指标(Li等，2010)。砂型铸件的碳排放估算引起了研究者的广泛关注(Zheng， 2014)，一个模型被提出用来估算每个工序中碳源的碳排放量(Zheng J，Tang RZ， 2014)。理性的决策方法也可以帮助铸造厂进一步实现清洁生产(Yilmaz等， 2015)。因此，砂型铸造行业具有巨大的节能减排潜力。

然而，上述碳排放计算方法难以在铸造工艺设计阶段估算和降低碳排放。为了在砂型铸造工艺设计阶段获得砂型铸造的低碳工艺，必须在该阶段计算碳排放，但目前仍然缺少一种在铸造工艺设计阶段准确估算碳排放的有效方法。

【发明内容】

本发明的目的就是为了填补现有技术中的空白，提出一种基于工艺设计参数的砂型铸造碳排放计算方法，能够在砂型铸造工艺设计阶段估算碳排放，从而可以在生产前对砂型铸造工艺进行优化，以达到最终减少碳排放、降低能耗的目的，对砂型铸造行业具有一定的理论与现实意义。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于工艺设计参数的砂型铸造碳排放计算方法，计算方法分为三部分，分别是计算砂型铸造独立工艺设计参数碳排放、计算砂型铸造耦合工艺设计参数碳排放、以及计算砂型铸造固有属性工艺设计参数碳排放，最后三部分求和获得基于工艺设计参数的砂型铸造碳排放；

计算砂型铸造独立工艺设计参数碳排放具体包括下列步骤：

步骤一：计算基于砂型铸造独立工艺设计参数的物料碳排放量CM^IP：