李川
（五）铸造（foundries）
铸造即是将熔融金属注入按所需工件形状制成的铸型内。在有些情况下，铸型还带有一个型芯，型芯将决定铸件内腔的尺寸。铸造作业包括：制作模型、制作并组装铸型、熔化和精炼金属、将金属浇入铸型，最后，再清除成品铸件上的附砂和多余金属。几千年来，铸造技术的基本原理改变甚微，但近代铸造工艺曾经历了相当的发展，在很大程度上实现了现代化，铸造过程已日益机械化和自动化，木模已逐渐被金属模和塑料模所代替。为满足型芯和铸型制作的许多新工艺的需要，已研制出一些新材料，并使用种类广泛的合金来补充黑色金属铸件的生产。
铸造金属和材料传统的铸造金属有：铁、钢、黄铜和青铜。近年来的发展使这个范围大为扩展。现在的铸造金属和合金可包括：铝、钛、铬、镍、镁，以及甚至有毒的金属，如铍、镉和钍。以往，铸型是用粘土粘结的硅砂制成。而型芯则传统地采用由植物油或天然糖粘结的硅砂制成，经过烘烤获得必要的硬化。现代铸造的先进技术，使制作铸型和型芯的新工艺也有了很大的发展。
铸造过程根据设计图纸制作与成品铸件外形一致的模型。同样，根据图纸制成型芯盒，用以制作决定成品铸件内部形状的合适型芯。砂型铸造仍然是应用最广的方法，但有大量的其他铸造技术可供铸造工作者采用。这些技术包括：使用铁质或钢质铸型的金属型铸造；压力铸造——将通常为轻合金的熔融金属在70~7000千克力/厘米2的压力下注入一金属铸型内；熔模铸造，为每个特制的铸件作一个蜡模，蜡模外部涂以耐火材料，形成一个可将金属注入其内的铸型。
金属或合金在熔炉内熔化和制备，熔炉可以是冲天炉、转炉、反射炉、坩锅炉、电弧炉、感应电炉等。为检验熔融金属的质量而进行冶金或化学分析后，将熔融金属通过浇包注入或直接注入装拢的铸造中。待金属冷却后，拆除铸型，如有型芯，还需清除型芯（脱膜或落砂），再对铸件进行清理和修理（切除浇口，进行喷丸或水力清砂，以及其他打磨方法）。某些铸件需要进行焊接、热处理和油漆后，才能符合客户的技术要求。
危害及其防护
不论铸造厂采用何种铸造工艺，有些危险仍为大多数铸造厂所共有。高温金属所造成的危险即为其中一例。此外，某一特铸定造工艺会有特殊的危险，如镁的燃烧会造成眩目的危险，这在其他金属铸造业中不会遇到。本条目的重点将放在铸铁厂方面，因为铸铁厂的危害可代表大多数典型铸造行业的危害。为简便起见，假定铸铁厂由下列六个部门组成：①熔铁和浇注；②造型；③型芯制作；④落砂；⑤铸件清理；⑥其他。在许多铸造厂中，这些工序中几乎任何一道工序都可以在同一车间内同时地或依次地进行。
熔铁和浇注在铸铁业中，金属的熔炼在很大程度上仍依靠冲天炉，冲天炉实质上是一座高而垂直的熔炉，从炉顶加入焦炭、生铁、石灰石和废钢铁。在冲天炉工作过程中，所有这些材料被连续进入炉内，故应就近堆放，一般放在加料机邻近的料斗内，材料堆放整齐以及对其进行有效管理，可减少由于重物滑动而造成伤害的危险。为将废金属粉碎到可用的尺寸大小，便于装入冲天炉或装满加料斗，为了防止铁块飞出伤人，必须制订严格的操作规程，起重机驾驶室应加以良好防护，操作人员要经过训练。
原料搬运工应穿戴防护靴和皮手套。加料稍不注意，会使料斗装盛过满，造成溢落的危险。如果加料过程噪声太大，则可在翻斗和斜斗上安装橡皮阻尼衬来降低金属撞击发出的噪声。加料平台必须高出地面，其表面必须平坦、防滑，平台和任何地面凹坑处周围必须围以坚固的栏杆，不然。会造成危险。
冲天炉由于其本身的特点，会产生大量的一氧化碳，一氧化碳会从加料门逸出并被局部的涡流吹回。一氧化碳既无色、又无味，如达到足够高的浓度，会迅速产生毒害作用。因此，应对加料台或周围走道上工作的人员进行良好的训练，使他们识别一氧化碳中毒的危险性。应备有呼吸器和复苏器，并使之处于随时可用的状态，操作人员应学会使用这些设备用品。应为进行紧急任务建立和贯彻两人工作制成监护制度。
冲天炉一般是成对设置，轮流使用，一台在使用时，就对另一台进行检修。由于耐火材料炉衬必须经常修补和更换，在检修中必然涉及工人在冲天炉内进行工作的问题，这时应采取措施，防止从加料口向炉内加料。维修人员应戴安全帽，以防被落物砸伤，如果进行高空作业，还应使用安全带。
冲天炉前的出铁工，即将铁水从冲天炉炉膛注入浇包的工人，必须遵守严格的个体防护条例。护目镜和防护服是必不可少的防护用品。护目镜应能耐高速撞击和铁水飞溅，特别需要注意的是防止剩余的熔渣（通过石灰石添加物去除熔融金属中的无用杂质）和铁水与水接触，因为这会引起爆炸。出铁工和工长的责任是确保任何与冲天炉操作无关的人员离开危险区，即离开冲天炉出铁槽周围半径为4米左右的区域。根据1953年英国钢铁铸造厂规则，对未经许可不得入内的区域的划定是一项法定的要求。
当冲天炉工作结束后，将炉底打开，以便在工人进行例行的耐火材料维修工作之前，清除残留在炉壳内的无用炉渣和其他物质。打开冲天炉底是一项技术性强、危险性大的工作，并需有受过训练的人员进行监护。炉内废料必须清落在用耐火材料或干砂铺成的地面上。若发生问题，如冲天炉底卡住，必须十分仔细地处理，提防工人被红热金属和炉渣灼伤的危险。
在白炽金属暴露可见之处，由于红外和紫外辐射，工人眼睛有可能受伤害，长期暴露于该辐射中会引起白内障。
铸造厂的金属熔化和浇注工段是最应重视防护工作的工序，应采取各种措施确保提供护目用品、围裙、腿套或鞋罩、以及长统靴，并应对这些用品的使用进行充分指导，坚持强制使用，这样的措施多多益善。对涉及处理熔融金属的部门，鼓励高标准的良好环境整理是最有成果的安全措施。
金属注入铸型后，铸型和型芯内的煤粉、水和化学粘合剂被蒸发或分解，形成一定数量的可见烟气。若砂箱密封不严、压重不够，浇注时会造成铁水外溢。用起重机悬吊大浇包时，应使用可靠的浇包控制装置，以确保操作人员松手时，金属不致倾出。
造型铸铁工业的造型工序总是使用砂和其他一些掺和物。几个世纪以来，砂一直是铸铁工艺中的一个部分，其危害已有详尽的记载。但是，最近开发的一些掺和物，品种多，性质各异，对它们在应用中涉及的危险还很少作过深入的研究。这些掺和物一般是作为粘结剂用来增加砂的强度。传统的湿砂型是用天然砂或硅砂和煤粉制成，所用的砂粒和其他掺和物颗粒的大小和形状构成不同的强度和砂型特性，因而，对某一件铸件决定用何种型砂十分重要。除了用粘土作为粘结物外，有三种通用的造型方法：热固法、冷自硬法、气体硬化法。
铸铁业中，热固法工艺用于壳型造型和制芯。这种工艺是将通常用煤气加热至450℃左右的金属模板钳送至一料斗或倾卸箱处，斗箱内装有由酚醛热固树脂配成的型砂。将斗或箱倾倒，使混有树脂的型砂洒落在倒置的模板上，保持约30秒钟，使其粘结。再经过进一步短暂的固化，使变成坚硬的薄壳，能被内装的顶杆推离模板。也可将型砂吹入芯盒内制作型壳。显然，酚醛树脂和热的模板接触时，会产生热分解产物，工人有暴露在这种产物中的危险，也有可能在凝固和硬化过程中蒸发出具有挥发性的有机化合物。避免酚或酚醛树脂与皮肤或眼睛接触至关重要，因为它们具有刺激性和过敏性，足以引起皮炎，多用热水洗涤有助于减轻这一病患。任何树脂一旦被摄入体内，应立即就医。
在冷硬法这一类造型工艺中，目前有多种常用的硬化系统，包括：酸性催化的呋喃类化合物和酚类化合物、醇酸树脂和酚异氰酸酯；发斯库特快速冷硬；自凝硅酸盐，依诺赛特无机不烘粘结剂；水泥砂和流态砂。所有这些系统的共同点是都不需要依靠外部加热来促使其凝固。用作粘结剂的异氰酸盐一般是以亚甲双苯基异氰酸酯为基料，一旦被吸入，就会产生呼吸系统刺激剂和过敏剂的作用，引起气喘病症。在使用和处理这种化合物时，涂敷护肤膏及戴护目镜是行之有效的措施。在处理含树脂的型砂时，特别当型砂处于热态时，建议采用局部排风装置。应将异氰酸酯谨慎地存放在密封容器中，并置于温度为10~30℃的干燥处。任何用空的容器应注满5%碳酸钠溶液，浸泡24小时，使容器中残存的任何化学药品得到中和。使用酚醛树脂和醇酸树脂油的树脂造型工艺中，应严格贯彻最普通的保管工作原则，但在处理作为凝固剂的催化剂时，应极其小心谨慎。作为酚醛和油性异氰酸酯树脂的催化剂，应极其小心谨慎。作为酚醛和油性异氰酸酯树脂的催化剂，通常是以吡喧化合物的芳香胺为基本部分。这种吡喧化合物是一种带刺鼻味的液体，它们能强烈刺激皮肤，造成肾和肝的损害，还会影响中枢神经系统。在市场上，这些化合物或是以单独的添加剂（三组分粘结剂）形式、或是以和油料掺和的形式供应。在拌和、造型、浇注，以及落砂各阶段中，都应保持良好的局部排气通风。在其他一些不需烘烤的工序中，使用的催化剂也是有毒的磷酸或各种磺酸，故在运输和使用过程中应采取防护措施，以免发生事故。
最后一类造型工艺是气体硬化，主要有：CO2水玻璃法和气雾冷芯盒法，或称阿西兰特法工艺。CO2水玻璃工艺从50年代就开始使用，并据此发展了多种工艺，这一工艺一般用于生产大、中型铸型和型芯（见下节）。其所用的硅酸钠粘结剂是由氧化钠和二氧化硅反应而生成的一系列化学品。这种粘结剂通常添加诸如糖蜜之类的物质作为分解剂来加以改进。硅酸钠是一种碱性物质，如果和皮肤、眼睛接触，或摄入人体，都会造成伤害。最好能在处理大量硅酸钠区域附近提供应急淋浴设施，并要保持涂搽护肤膏。凡使用硅酸盐的铸造区，应配备取用方便的洗眼瓶，常使可能发生的严重事故化险为夷。供应的二氧化碳可以是固态、液态或气态，若以气瓶或压力桶的形式供应，则在保管上应采取许多安全措施，如气瓶的贮存、阀门的维修、气瓶的搬运等，同时对气体本身的危害也必须加以防护。
不管采用何种形式的造型工艺，凡使用型砂的场合，就可能有吸入粉尘的危险。但是在造型工序，通常使用湿砂或与液态树脂拌合的砂子，所以不太可能成为可吸入粉尘的主要尘源。为了使铸模易于从铸型中取出。有时加入脱模剂。最常用的脱模材料是滑石粉。这些易被吸入的滑石粉粉尘有引起滑石肺——一种尘肺的危险。在手工造型中，脱模剂的应用更为广泛，而在大型的、自动化程度较高的造型工艺中，则很少见。
为了使铸件表面光洁，常在铸型表面喷涂化学品，它们溶解或悬浮在异丙醇中，然后把异丙醇燃尽，使在铸型上留下一层化合物，这种化合物通常是一种石墨。这一作业有直接发生火灾的危险，所有与喷涂作业有关的工作人员均应配备阻燃防护服和手套，因为有机溶剂也会引起皮炎。喷涂作业应在装有通风的小室内进行，以防止有机物质的蒸气逸散至工作场所。应遵守严格的规程，确保异丙醇的安全贮存和使用。即时要用的异丙醇应灌入小容器内，而将较大容器放在远离燃化作业的地方。铸铁车间的这部分地区附近，应严禁吸烟。
铸型制作过程中，需要搬动大而笨重的物件，铸型本身就很重，砂箱也一样。这些重物往往要用人力进行提升、搬运和堆放，搬运工人应意识到提起重物会使背部受到极大负担，因此必须注意，不应搬动超过安全限度的重物。
型芯制作型芯制成后，将嵌入铸型内，用以决定空心铸件的内部形状。型芯必须有足够的强度，经得起浇注，但同时又不应过于结实，以致在脱模时不易从铸件内清除，传统的型芯混合料包括砂和诸如亚麻仁油、糖蜜或糊精之类的粘合剂，以获得足够的强度。混合料在烘箱内烘干，制成型芯。虽然型芯最初干硬而结实，但遇到溶融金属时会变脆而后松散，以致在落砂时易于清除。在用烘炉烘干型芯的场所，会受到有毒烟气毒害的危险，所以应在型芯烘炉上方装设合适的、维护良好的排烟系统。在正常情况下，烘炉内的对流足以能保证烟气的充分排除，成品型芯从烘炉中取出放在架上冷却时，会冒出少量烟气，但危害性较小。然而，在某些情况下，烟气中的少量丙烯醛，可能造成相当大的危险。型芯可以涂以“上光涂层”来提高铸件表面的光洁度，对此需要采取与铸型相同的预防措施。
在修整型芯时，可能需要使用锉刀，进行锉削作业时会产生较多粉尘，以致有引起尘肺的危险，锉型芯的工人应戴手套，以防手部擦伤。
许多用于制作铸型的工艺，也适用于制造型芯，这些工艺可分为三类：热固法、自硬法、气体硬化法。在这些工艺过程中用作粘结剂或与粘结剂混合的材料有：苯酚甲醛、脲醛、糠醇、苯酚甲醛糠醇、苯酚甲醛/脲醛、聚氨酯、三乙胺、有机磺酸，以及在最近研制成的SO2工艺中使用的丁酮过氧化物和许多其他有机化合物。用热固法（空气固化、壳型造型、热芯盒和传统的型芯粘结）制成的型芯能产生许多热降解产物，必须注意，避免过多暴露于这种未经调查研究过的化合物中。在用冷态自硬法及气体硬化法制芯时，也要采用与铸型制作相同的预防措施，因为两者产生的危害在许多方面都很相似。有一种既可用于制作型芯，又可用于制作铸型，且使用方便的工艺，即气雾冷芯盒法或称阿西兰特法。这是一种气体硬化法，是用一种树脂——通常是聚氨酯——与二异氰酸酯相混合，然后用胺作吹气处理，使用的胺通常是三乙胺或二甲基乙胺，以促使交联固化反应。常用的是桶装出售的胺，是一种无色的液体，有强烈的氨味，其蒸气比空气重，故总是沉积在靠近地面处，具有非常现实的火灾和爆炸危险，必须十分小心对待，特别是在成批贮存该材料的场所尤应注意。这些胺的生理作用主要是影响中枢神经系统，能造成痉挛、瘫痪，有时会导致死亡。当眼睛或皮肤接触到胺时，抢救措施应是首先用大量清水至少冲洗15分钟，并立即进行医疗。在气雾冷芯盒法中所用的胺呈蒸气状，由于有泄漏的可能，因而更加危险，在处理这种材料时，必须倍加小心，并应安装适当的排风设备，以排除工作区内的烟气。
落砂熔融金属注入已合箱的、有时还带有型芯的铸型内，经冷却后，必须取出毛坯铸件。这是一个噪声很大的工序，它所产生的等效连续声级大大超过建议的8小时工作制条件下的声级值90分贝。如果实际上无法降低噪声，则应提供听力保护用具。通常用振击法使铸件脱离铸型的主体。把砂箱、铸型和铸件放在振动的格栅子台上，突然撞击和持续振动可振落大部分砂，这些砂通过格栅落入一漏斗内或落在输送带上，可用磁铁进行分离，然后重新研磨、处理、供再使用，或者堆放起来。接着，取出铸件，并转入落砂作业的下一阶段。由于型砂已与近1500℃温度的熔融金属接触，因而变得十分干燥，更易产生粉尘。如果铸型中或型芯中曾使用过树脂或油，则在落砂阶段仍然存在热分解产物。金属本身和砂一样仍然很热。若可能存在眼睛受热砂损伤的危险，则应配备和使用护目用品。铸造厂落砂工段应严格坚持常规的保管整理工作。对工作疏忽的人灼热的金属大件会构成很大的危险。人所共知，铸铁车间发生的事故中，最常见的是绊倒、跌撞在车间内到处堆放的物件上。如果物件正好是凹凸不平或灼热的金属件，或者周围堆放着大量干而滑的砂料，则问题更为严重。
铸件清理这是一道去除多余金属以留下最后成品铸件的工序，包括磨削、喷丸、水力或水喷砂清理、滚筒清理、切除浇注口、敲铲等作业。
在这些修整作业中，第一步是去除浇注口，相对于最后成品铸件来说，浇注在铸型中的金属可能有一半是多余的，这部分多余金属对铸造过程本身却至关重要。铸型显然必须注满金属，以确保铸件的完整。为了使铸型的各个部位以正确的次序固化，铸型内有一冒口，冒口主要是一个有时是相当大的容筒或型腔，以确保有足够的压头，产生正确的金属分布。金属是通过浇口注入型腔及其相关的冒口，浇口是浇注槽和铸件座之间的金属溶液的垂直通道。浇口通常可在落砂阶段去除，但有时铸件的性质决定这部分工作只能作为一独立的清理或修整作业。如果是单独进行，则切除浇口是用手工操作，通常用榔头敲击铸件。为了降低噪声，可用包有橡皮的榔头代替金属榔头，输送器也衬以类似的防噪声橡皮。操作过程中，可能有热金属碎片飞出的危险，在这种情况下，应向工人提供护目用品，工人必须使用护目用品，并妥加保养。扔弃浇口时不可大意。