冶金機械綠色設計應用及關鍵問題分析

高文虎

（黃河鑫業有限公司，西寧 810000）

綠色設計是在產品整個的生命周期內，將產品環境屬性作為設計目標，在實現環境目標的同時，保證產品應有的功能、使用壽命、產品質量、環境污染、能源消耗、產品和零部件的回收再利用等。

1 設計概況

冶金機械是在冶金工業的冶煉、鑄錠、軋制、搬運和包裝過程中使用的各種機械和設備。冶金過程非常復雜，冶金機械的特點是結構大、能耗大、生產一體化、設備完整性強。冶金機械大多都是在溫度較高、灰塵較多、重載和腐蝕較嚴重的環境下工作，因此，必須滿足高效、可靠、耐用和節約能源等要求。這種設計理念必須貫穿于冶金機械生產的始末，圍繞節能環保展開，在對傳統的性能、功能等基本使用因素進行考量外，還需要從能源和環境角度對其進行設計。

2 設計原則與內容

綠色設計是一種新興的設計理念，其在冶金機械設計中有重要意義，能夠對冶金機械產品的質量和成本產生重要影響[1]。

2.1 原則

封閉環形設計具備較強的優勢，能夠對產品的質量產生重要促進作用，使其的使用時限相較于傳統產品實現一定程度的延長。同時，它也是一項節能環保傾向較明顯的技術，可以使冶金機械產品具備回收利用的特性，對于環境保護具有較積極的意義[2]。環境是一個綜合性較強的系統，其內容涉及諸多方面，因而需要在設計的過程中制定統一的標準。對物流的運作狀況進行實時監測，收集其在各個時期的流動信息，構建出能夠對環境造成擾動的因素模型。對于設計內容進行檢查，排除會對環境產生負面影響的因素[3]。尋找多重目標，將降低成本與公司目標連在一起。例如，利用統計策略六標注差，傳統上它被用來管理生產缺陷，現在可以將它用在財務方面來衡量和減少交易失誤，降低錯誤改正成本，提高交易質量。

2.2 內容

在進行此產品的設計前，要對此產品的可拆性和可利用性進行細致分析，做到完全了解產品的特性，根據對產品的了解程度在對產品信息進行反饋，最后再進行產品設計。任何產品在生產過程中都會進行的一個步驟，即排污量檢測，我們要采用合理的生產技術將工業中三廢（廢水、廢氣、廢液）的含量降到最低，避免其對環境造成污染。這就要求我們在生產過程中從技術上采用最高、精、尖的技術，將產品的排污系統做到最好，對產品質量進行嚴格把關。

3 設計方法

整個產品設計分為需求分析階段、系統整體方案設計階段、產品技術設計階段、優化階段和最后評價階段。要仔細注意每一關的質量，使產品能夠給消費者帶來最有效、最便利的服務。需求分析階段主要進行的工作就是對需求理念進行高要求理解，對冶金機械的使用需求、系統的主要功能以及次要功能、實現功能所需的技術等信息都要做到理解，同時對整個產品的雛形有一個大概了解，并能設計出一個系統方案。知道產品要包含哪些功能后，我們就要對產品進行整體系統方案設計，從基礎的材料的選擇、環境的屬性、經濟的屬性等各個方面多角度進行考量。

4 冶金機械綠色設計關鍵問題的處理

基于冶金生產要求，在冶金機械綠色設計過程中應注意以下幾方面問題，而且是關鍵性問題處理，這對降低冶金生產過程中的能耗以及污染具有非常重要的作用。

4.1 綠色選材

針對以往冶金機械重金屬以及有毒、有害情況，在冶金機械原材過程中應特別謹慎，原材料應具有易生產且無污染以及可回收利用等特性。比如，H型鋼具有良好的生產性能和經濟性，且截面相對比較穩定，當冶金機械設備報廢以后仍可回收利用；同時，較比傳統冶金機械原材料而言，H型鋼的側向剛度以及抗彎能力較強，且殘余應力相對較低。值得一提的是，H型鋼的應用可有效降低機械設備的自重，一般可減輕20%左右，而且能增加其利用面積。

4.2 控制污染與回收利用

對于冶金生產以及冶金機械設備制造中產生的污染，應進行綜合治理。其中，冶金生產中的污染，綠色設計過程中應合理管控冶金機械的性能，比如，可選用適宜的治污技術措施，促使冶金操作與生態環境保護之間和諧相處。冶金機械生產中，應根據實際情況，環保、冶金行業之間應聯合作業，制定合適的排放標準，從而促使冶金生產中的排放物達標。同時，在冶金機械綠色設計過程中，還應考慮能源、資源的有效回收利用，比如，回收冶金生產過程中的熱能。國內焦化工序能耗在鋼鐵聯合總能耗中約占15%，煉焦爐能耗為總能耗的七成以上，煉焦煤在焦爐中被隔絕空氣加熱干餾，生成焦炭，同時產生大量揮發出來的荒煤氣。回收化產品高溫荒煤氣帶出顯熱無法利用而白白浪費，對此我們應開展技術工藝創新研究，分析原裝置弊病，開發新型余熱回收裝置。煉焦爐能源支出如圖1所示，其中，紅焦帶出的顯熱占到總能耗的37%，通過干熄焦技術進行回收利用。荒煤氣帶出的顯熱占到總能耗的36%，此項技術就是將800℃的荒煤氣降低到520℃，回收荒煤氣的余熱生產蒸汽供焦化廠自用。

4.3 泄漏控制

實踐中應針對冶金機械生產中的泄露問題采取有效措施和方法予以處理，完善和改進密封技術，特別是液壓系統，應促使該系統各個應力結構緊密性及致密性，利用密封件以及較高的機械強度和硬度來抵御外界沖擊。同時，液壓系統還應選擇綠色防腐材料。選擇油液時，要保障液壓油無毒害以及其他副作用，即便發生泄漏事故，也不會影響冶金機械設備內部構件。冶金生產綠色設計過程中，一定要注意滲漏問題及其處理措施的有效應用，這是冶金機械綠色設計的關鍵一環。

圖1 煉焦爐能源支出

4.4 噪聲與振動

冶金機械綠色設計過程中應對冶金機械設備的噪聲問題進行妥善處理，通常情況下，噪聲主要來自于冶金機械的動力系統，因運動系統各構件之間相互摩擦而產生噪聲。針對這一關鍵問題，在冶金機械綠色設計過程中建議利用大容量消音設施，以便能夠有效消除噪聲。對于摩擦相對比較劇烈的內部結構構件而言，可通過合理選用潤滑油等方式來減少各構件的相互摩擦。此外，動力系統運行時部分結構發生振動在所難免，就部分結構而言必要時可對其進行更換材料，選用清潔而又質輕的材料進行代替，以此來減少振動影響。比如，選用全塑風機來替代金屬風機，可以起到減振以及降噪效果。

5 結語

目前，我國冶金機械綠色設計應用并不是特別廣泛，因此，面臨著強大的推廣阻力。一方面是由于節約能源、產品建造、材料環保、能源降耗等新技術和新材料的采用使成本與原先相比有所增加；另一方面是由于設計人員的能力提升不到位，對技術了解不夠透徹，缺乏對整個產品深刻細致的認識。但是，此設計符合我國現在可持續發展的戰略目標，因此，必將得進一步推廣。