[發(fā)明專利]基于設(shè)計(jì)參數(shù)碳排放的砂型鑄造工藝優(yōu)化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910583005.4
• 申請(qǐng)日: 2019-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN110222473A
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭軍;周行健;黃彬彬;張?jiān)?/a>;馬紅萍;凌瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江科技學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;G06Q10/04;G06Q50/04
• 代理公司: 杭州中利知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 33301
• 代理人: 盧海龍

本發(fā)明公開了基于設(shè)計(jì)參數(shù)碳排放的砂型鑄造工藝優(yōu)化方法。首先根據(jù)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)間的屬性關(guān)系將參數(shù)分類，提出三類碳源碳排放和總碳排放計(jì)算方法并將原始工藝代入計(jì)算；然后主要依據(jù)原始工藝碳排放和參數(shù)類別調(diào)整部分參數(shù)形成新工藝，經(jīng)過(guò)質(zhì)量驗(yàn)證后計(jì)算新工藝的碳排放；最后對(duì)比新舊碳排放量，反復(fù)調(diào)整工藝設(shè)計(jì)參數(shù)直到新工藝滿足節(jié)能減排目標(biāo)。本發(fā)明能夠從砂型鑄造的工藝設(shè)計(jì)階段出發(fā)，以工藝碳排放為衡量標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化參數(shù)判斷依據(jù)，從而可以有針對(duì)性地選擇可優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到最終減少原料浪費(fèi)和碳排放產(chǎn)生，并降低能耗的目的，對(duì)砂型鑄造行業(yè)在節(jié)能減排和工藝優(yōu)化方面具有一定的實(shí)際意義。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及砂型鑄造的技術(shù)領(lǐng)域，特別是砂型鑄造工藝優(yōu)化方面的技術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】

砂型鑄造廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中。然而由于其能源利用率不高以及大量的廢棄物排放，砂型鑄造對(duì)環(huán)境造成了很大影響。作為制造業(yè)的基本方法，砂型鑄造比其他鑄造方式產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題更嚴(yán)重。典型的現(xiàn)代砂型鑄造工藝包含許多不同的階段，例如熔化，合金化，模塑，澆注，凝固和精加工。鑄造也是能源密集程度最高的制造工藝之一，其中金屬熔化步驟消耗的能量超過(guò)總能量的一半。在世界范圍內(nèi)，60％-70％的鑄件是通過(guò)砂型鑄造制造的，一噸鑄件生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生50kg粉塵、200kg廢水、20m³廢氣以及1.3t至1.5t廢砂。很顯然，砂型鑄造已成為能源消耗和污染排放的主要來(lái)源之一。

現(xiàn)有針對(duì)砂型鑄造的研究主要關(guān)注砂型鑄造的設(shè)備、新工藝與新材料。如使用約束快速感應(yīng)熔煉單次向上鑄造工藝(CRIMSON)代替?zhèn)鹘y(tǒng)砂型鑄造工藝，可以節(jié)省部分原材料；調(diào)整生產(chǎn)線并使用新型砂模可以大幅降低生產(chǎn)線對(duì)環(huán)境的影響；通過(guò)工藝選擇和工藝調(diào)度可以顯著降低機(jī)械制造的碳排放等。為了實(shí)現(xiàn)鑄造工藝的低碳化，能效作為提高能源效率的重要管理工具被引入鑄造行業(yè)。理性的決策方法也可以幫助鑄造廠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。因此，砂型鑄造行業(yè)在節(jié)能減排上依然有很大潛力可挖。

然而上述研究和方法雖然可以在一定程度上降低砂型鑄造的總體碳排放，但是由于種種現(xiàn)實(shí)因素制約，使得方法難以實(shí)際開展或?qū)嶋H開展效果達(dá)不到預(yù)期水準(zhǔn)。如企業(yè)普遍不愿意對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行大幅度調(diào)整，購(gòu)置新設(shè)備也會(huì)帶來(lái)額外的碳排放。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，企業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)因素的考量更多，所以企業(yè)更偏向于用現(xiàn)有設(shè)備和生產(chǎn)條件解決問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

為了滿足企業(yè)的實(shí)際需求，本發(fā)明提出基于設(shè)計(jì)參數(shù)碳排放的砂型鑄造工藝優(yōu)化方法，能夠從砂型鑄造的工藝設(shè)計(jì)階段出發(fā)，以工藝碳排放為衡量標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化參數(shù)判斷依據(jù)，從而可以有針對(duì)性地選擇可優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到最終減少原料浪費(fèi)和碳排放產(chǎn)生，并降低能耗的目的，對(duì)砂型鑄造行業(yè)在節(jié)能減排和工藝優(yōu)化方面具有一定的實(shí)際意義。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明提出了基于設(shè)計(jì)參數(shù)碳排放的砂型鑄造工藝優(yōu)化方法，整個(gè)工藝優(yōu)化方法由以下步驟組成；

步驟一：根據(jù)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)之間的屬性關(guān)系，將工藝過(guò)程內(nèi)的砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)分為砂型鑄造獨(dú)立工藝設(shè)計(jì)參數(shù)IP、砂型鑄造耦合工藝設(shè)計(jì)參數(shù)CP、砂型鑄造固有屬性工藝設(shè)計(jì)參數(shù)IAP這三個(gè)參數(shù)類型，三類工藝設(shè)計(jì)參數(shù)可以作如下描述：

DP＝{IP,CP,IAP}

其中DP表示砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，將砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)按照自身屬性歸類至三類工藝設(shè)計(jì)參數(shù)中；

步驟二：提出砂型鑄造的三類碳排放：物料碳排放CM、能源碳排放CE、非期望碳排放CU；按照鑄造物料碳排放折算方式的不同，將物料碳排放CM分解為一次性物料碳排放CM_ot、重復(fù)利用物料碳排放CM_r、均攤物料碳排放CM_s；根據(jù)三類碳排放的基礎(chǔ)計(jì)算公式和砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算初始工藝的碳排放，其中一次性物料碳排放計(jì)算如下：