矿物铸件替代铸铁对实现碳中和目标的现实意义和价值

                     2021年1月1日   辛双峰    宝丽斯通装备技术（苏州）有限公司

自2020年9月习近平主席在联合国大会上宣布我国的碳中和目标以来，双碳问题便成为社会经济发展一大热点。从世界范围来看，气候变化是人类共同面临的长期重大挑战，为此全球已有超过120个国家和地区提出了碳中和的目标，一场波澜壮阔的全球绿色低碳转型大潮正在形成。

　　作为世界上最大的发展中国家，我国当前社会年碳排放总量超过100亿吨，约占全世界年碳排放总量的30%。最近的10年间，我国二氧化碳排放总量年均增长率为2.5%，约为全球年均增长率的2倍。因此实现“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”是相当具有挑战性的任务。与其他国家及地区相比，欧盟约在20世纪80年代便实现达峰，其宣布将在2050年实现碳中和，从碳达峰至碳中和预计有60-70年的时间；美国和日本大约在2007-2008年实现碳达峰，同样宣布将在2050年实现碳中和，预计有40多年的过渡时间；我国计划达峰后仅用30年时间，也就是2060年实现碳中和。这一目标的实现任重而道远，需要各行各业通力合作，不能有一丝一毫的懈怠。

当前，各行各业均开始着力制定碳中和实施方案，探索各自领域的碳中和路径。各行各业也开展实际行动，为碳达峰及碳中和作出贡献。

铸铁是含碳大于2.1%的铁碳合金，它是将铸造生铁（部分炼钢生铁）在炉中重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。与生铁区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。铸铁件主要用于可制成各种复杂零件。

根据公开资料，铸造业属于典型的高污染高能耗的的行业，铸造行业能耗占整个机械工业总能耗的25-30%，铸造企业在生产过程中还对环境有比较大的污染，产生粉尘220万吨，废气450-900亿立方米，废砂5000万吨，废渣1300万吨。

2020年，我国灰铁产量2175万吨，铸钢产品635万吨。1吨灰铁消耗标煤500-700公斤；1吨铸钢消耗标煤800-1000公斤，全年灰铁消耗能源507亿度，铸钢消耗能源169亿度；灰铁产生的碳排放量高达4139万吨，铸钢产生的碳排放量也有1379万吨，二者产生的碳排放量总计超过5418万吨。

可见，大幅降低铸铁行业的能耗和碳排放对于实现我国的降低单位产值能耗和碳中和目标有着极为重要的影响。对于铸铁行业自身如何更节能、更环保、降低碳排放，铸铁行业内和部分的专家学者正在进行着各种各样的理论研究和实践尝试。作为铸铁行业外的人士，本人不打算在这方面展开太多论述，本文着重讨论一种或者多种新材料取代铸铁的可能性进而达到大幅降低能耗、减少污染、降低碳排放进行研究。

矿物复合材料（矿物铸件）是一种新型的节能环保型非金属复合材料，由改性环氧树脂等材料为胶结料、以砂、石等矿物颗粒为骨料，并经过特殊添加剂改性或纳米颗粒强化和特殊的矿物铸造工艺而形成的一种新型高分子非金属复合材料。工业领域的矿物复合材料俗称人造花岗石、聚合物混凝土、树脂混凝土、超高性能混凝土等，其制品则被称为矿物铸件。

矿物铸件技术源自于德国，并在1991年专门制定了矿物铸件的德国标准，经过近30年的发展和不断的应用实践，矿物铸件作为一种前景广阔的新材料正逐步成熟，在国外著名机床公司的应用占比保持每年快速增长。国内开始研究和投入矿物铸件制作实践也有八年左右的时间。目前技术上比较成熟的除了外资公司的德国蓝普应用树脂（太仓）有限公司，施耐博格、艾马克等之外，国内技术成熟、采用德国标准制、被国内外用户认可度比较高的作矿物铸件的公司有大连光洋、宝丽斯通装备技术、南通盟鼎新材料等，其中宝丽斯通装备技术（苏州）有限公司在实际的应用实践中对矿物铸件技术进行了大范围的改进，即为满足低端用户需要开发了灌注用的经济型矿物铸件，也为高端用户研发了在各项指标均高于德国标准的高性能矿物铸件。这方面的技术进步和扩充使得矿物铸件的应用范围变得极为广阔。随着矿物铸件应用市场的打开，目前国内按照其它标准制作矿物铸件的公司也在逐步增多。

矿物铸件作为高端数控装备的三大基本配置之一，矿物铸件正于直线电机、光栅尺一道推进我们智能装备制造业的进步。

那么，有没有可能用矿物铸件来替代铸铁在节能、减排和实现碳中和目标中发挥作用呢？

首先、从材料的物理、化学和机械性能方面看可不可行？

矿物铸件是一种比铸铁更加优异的新材料，由铸铁改成矿物铸件可以大幅提高设备的性能。矿物铸造复合材料以其优良的吸振性（通常为铸铁的10倍以上）、6倍于铸铁的阻尼系数，易于精密加工和一次性模具成型、低热导性和吸湿性、绝佳的耐蚀性和抗电磁性等性能优势，作为传统金属或天然石材的升级换代材料，已经在高端数控装备、半导体、机器人、航天设备、医疗设备、能源设备和测量设备等领域作为设备的床身、底座、立柱、龙门、壳体等结构件的理想材料正被的快速而广泛的应用。所以在材料的综合特性方面，矿物铸件不仅完全可以代替铸铁，还可以显著提升终端设备的综合性能。

各牌号灰铁机械性能与各型号矿物铸件主要性能见下表，附表1为各牌号灰铸铁主要性能参数。

附表2为各牌号矿物铸件的主要性能参数。

附表1：各牌号灰铸铁主要性能参数表。

附表2：各规格矿物铸件性能主要参数表。

其次、从单位产量能耗和碳排放量的方面看，用矿物铸件代替灰铸铁可以产生什么样的效果呢？

2020年，我国总发电量为77790.6亿度，其中火力发电量为53302.5亿度，火力发电占总发电量的68.5%。每发3333度电消耗标煤1吨，依据通用的换算公式，每消耗1吨标煤产生的CO2的排放量为2.66到2.72吨。所以，用电量与碳排放量有着显而易见的的算术关系。单位产量耗电量越少，碳排放量就越低，对于实现企业和国家2030年碳中和的目标的意义就越大。

表3：2020年我国灰铸铁产量、耗能和碳排放量数据表

表4：2020年我国铸钢产量、耗能和碳排放量数据表

关于矿物铸件由于目前我国还没有一个统一的行业协会和国家标准，并没有公开的数据可以查询2020年度，我国的矿物铸件总产量和相应的能耗数据，但矿物铸件作为一种常温作业的材料，其耗电与一般的装配型工厂的耗电在同一个等级范围内，从可以拿到的国内比较大的几家矿物铸件制造公司德国蓝普应用树脂，宝丽斯通装备技术、南通盟鼎新材料的数据分析，每吨矿物铸件的平均耗电量为48度。由此推算矿物铸件的能耗和碳排放量的数据见表5

表5:2020年我国矿物铸件能耗和碳排放量数据表

上述数据表明，每吨矿物铸件的耗电量和碳排放量为灰铸铁的2.06%，为铸钢的1.81%.将铸铁材料升级为矿物铸件能耗降低接近98%，对应的碳排放量则可以减少98%。从降低能耗和减少碳排放量，实现碳中和的角度看，用矿物铸件取代灰铸铁比高端数控装备产业的升级具有更大的社会价值。

第三、从环境保护的角度，矿物铸件也同样具有较高的意义。

钢铁铸造业在生产过程中，除了高能耗以及由此产生的高碳排放量，每年还产生对环境有严重影响的粉尘220万吨、废气450-900亿M3 废砂5000万吨、废渣1300万吨。国家和企业每年为处理这些污染物需要花费大量的人力和物力，有些对环境的污染是不可逆的，对从事这一行的从业人员的健康也存在或多或少的危害。

矿物铸件在制造过程中，不产生任何的废水、废气、废液。所使用的全部原材料也是属于环保型的材料，对环境和从业人员无伤害。

而矿物铸件材料对天然大理石的代替，则从另一个方面直接体现了对环境资源的保护。每使用一吨的矿物铸件则可以减少约2.5吨天然矿石资源的开采。

所以，无论是用矿物铸件代替铸铁还是用矿物铸件代替天然大理石，对于国家环境资源的保护产生积极的人文价值和社会价值，让我们的山更绿、水更清、空气更干净，从而改善我们的工作、生活的环境质量。

综上所述，无论是从满足高端装备制造业对材料的性能的要求方面，还是从节能减排实现国家碳中和目标的角度，还是改善人们的工作、生活环境、保护我们的天然资源的角度，用矿物铸件取代铸铁或者天然大理石对具有巨大的社会意义和极高的经济价值。采用矿物铸件比采用灰铸铁可以节约98%左右的电能，同时降低98%以上的碳排放量。

为充分实现产业升级、节能减排和环境保护的目标，对于用新型材料矿物铸件取代灰铸铁或者天然大理石。从国家需要进行积极的宣传，并利用资金、税收等多个方面进行采用矿物铸件作为零部件的企业和生产制造矿物铸件的进行扶持，从而加速这一转变过程的实现。

我国于2021年7月启动全国碳排放权交易市场上线交易。全国碳排放权交易市场是利用市场机制控制和减少温室气体排放、推动绿色低碳发展的一项重大制度创新，是实现碳达峰碳中和的重要政策工具，这一举措，也让碳排放量与企业和个人的经济利益有了直接的关联。

作为一个有社会责任的企业或者公民，如果你们公司还在大量采用灰铁产品，那么现在拿起电话，找一家值得信赖的矿物铸件公司，开始讨论和研究用矿物铸件替代铸铁的方案吧！