冶金机械绿色设计应用及关键问题分析

高文虎

（黄河鑫业有限公司，西宁 810000）

绿色设计是在产品整个的生命周期内，将产品环境属性作为设计目标，在实现环境目标的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、产品质量、环境污染、能源消耗、产品和零部件的回收再利用等。

1 设计概况

冶金机械是在冶金工业的冶炼、铸锭、轧制、搬运和包装过程中使用的各种机械和设备。冶金过程非常复杂，冶金机械的特点是结构大、能耗大、生产一体化、设备完整性强。冶金机械大多都是在温度较高、灰尘较多、重载和腐蚀较严重的环境下工作，因此，必须满足高效、可靠、耐用和节约能源等要求。这种设计理念必须贯穿于冶金机械生产的始末，围绕节能环保展开，在对传统的性能、功能等基本使用因素进行考量外，还需要从能源和环境角度对其进行设计。

2 设计原则与内容

绿色设计是一种新兴的设计理念，其在冶金机械设计中有重要意义，能够对冶金机械产品的质量和成本产生重要影响[1]。

2.1 原则

封闭环形设计具备较强的优势，能够对产品的质量产生重要促进作用，使其的使用时限相较于传统产品实现一定程度的延长。同时，它也是一项节能环保倾向较明显的技术，可以使冶金机械产品具备回收利用的特性，对于环境保护具有较积极的意义[2]。环境是一个综合性较强的系统，其内容涉及诸多方面，因而需要在设计的过程中制定统一的标准。对物流的运作状况进行实时监测，收集其在各个时期的流动信息，构建出能够对环境造成扰动的因素模型。对于设计内容进行检查，排除会对环境产生负面影响的因素[3]。寻找多重目标，将降低成本与公司目标连在一起。例如，利用统计策略六标注差，传统上它被用来管理生产缺陷，现在可以将它用在财务方面来衡量和减少交易失误，降低错误改正成本，提高交易质量。

2.2 内容

在进行此产品的设计前，要对此产品的可拆性和可利用性进行细致分析，做到完全了解产品的特性，根据对产品的了解程度在对产品信息进行反馈，最后再进行产品设计。任何产品在生产过程中都会进行的一个步骤，即排污量检测，我们要采用合理的生产技术将工业中三废（废水、废气、废液）的含量降到最低，避免其对环境造成污染。这就要求我们在生产过程中从技术上采用最高、精、尖的技术，将产品的排污系统做到最好，对产品质量进行严格把关。

3 设计方法

整个产品设计分为需求分析阶段、系统整体方案设计阶段、产品技术设计阶段、优化阶段和最后评价阶段。要仔细注意每一关的质量，使产品能够给消费者带来最有效、最便利的服务。需求分析阶段主要进行的工作就是对需求理念进行高要求理解，对冶金机械的使用需求、系统的主要功能以及次要功能、实现功能所需的技术等信息都要做到理解，同时对整个产品的雏形有一个大概了解，并能设计出一个系统方案。知道产品要包含哪些功能后，我们就要对产品进行整体系统方案设计，从基础的材料的选择、环境的属性、经济的属性等各个方面多角度进行考量。

4 冶金机械绿色设计关键问题的处理

基于冶金生产要求，在冶金机械绿色设计过程中应注意以下几方面问题，而且是关键性问题处理，这对降低冶金生产过程中的能耗以及污染具有非常重要的作用。

4.1 绿色选材

针对以往冶金机械重金属以及有毒、有害情况，在冶金机械原材过程中应特别谨慎，原材料应具有易生产且无污染以及可回收利用等特性。比如，H型钢具有良好的生产性能和经济性，且截面相对比较稳定，当冶金机械设备报废以后仍可回收利用；同时，较比传统冶金机械原材料而言，H型钢的侧向刚度以及抗弯能力较强，且残余应力相对较低。值得一提的是，H型钢的应用可有效降低机械设备的自重，一般可减轻20%左右，而且能增加其利用面积。

4.2 控制污染与回收利用

对于冶金生产以及冶金机械设备制造中产生的污染，应进行综合治理。其中，冶金生产中的污染，绿色设计过程中应合理管控冶金机械的性能，比如，可选用适宜的治污技术措施，促使冶金操作与生态环境保护之间和谐相处。冶金机械生产中，应根据实际情况，环保、冶金行业之间应联合作业，制定合适的排放标准，从而促使冶金生产中的排放物达标。同时，在冶金机械绿色设计过程中，还应考虑能源、资源的有效回收利用，比如，回收冶金生产过程中的热能。国内焦化工序能耗在钢铁联合总能耗中约占15%，炼焦炉能耗为总能耗的七成以上，炼焦煤在焦炉中被隔绝空气加热干馏，生成焦炭，同时产生大量挥发出来的荒煤气。回收化产品高温荒煤气带出显热无法利用而白白浪费，对此我们应开展技术工艺创新研究，分析原装置弊病，开发新型余热回收装置。炼焦炉能源支出如图1所示，其中，红焦带出的显热占到总能耗的37%，通过干熄焦技术进行回收利用。荒煤气带出的显热占到总能耗的36%，此项技术就是将800℃的荒煤气降低到520℃，回收荒煤气的余热生产蒸汽供焦化厂自用。

4.3 泄漏控制

实践中应针对冶金机械生产中的泄露问题采取有效措施和方法予以处理，完善和改进密封技术，特别是液压系统，应促使该系统各个应力结构紧密性及致密性，利用密封件以及较高的机械强度和硬度来抵御外界冲击。同时，液压系统还应选择绿色防腐材料。选择油液时，要保障液压油无毒害以及其他副作用，即便发生泄漏事故，也不会影响冶金机械设备内部构件。冶金生产绿色设计过程中，一定要注意渗漏问题及其处理措施的有效应用，这是冶金机械绿色设计的关键一环。

图1 炼焦炉能源支出

4.4 噪声与振动

冶金机械绿色设计过程中应对冶金机械设备的噪声问题进行妥善处理，通常情况下，噪声主要来自于冶金机械的动力系统，因运动系统各构件之间相互摩擦而产生噪声。针对这一关键问题，在冶金机械绿色设计过程中建议利用大容量消音设施，以便能够有效消除噪声。对于摩擦相对比较剧烈的内部结构构件而言，可通过合理选用润滑油等方式来减少各构件的相互摩擦。此外，动力系统运行时部分结构发生振动在所难免，就部分结构而言必要时可对其进行更换材料，选用清洁而又质轻的材料进行代替，以此来减少振动影响。比如，选用全塑风机来替代金属风机，可以起到减振以及降噪效果。

5 结语

目前，我国冶金机械绿色设计应用并不是特别广泛，因此，面临着强大的推广阻力。一方面是由于节约能源、产品建造、材料环保、能源降耗等新技术和新材料的采用使成本与原先相比有所增加；另一方面是由于设计人员的能力提升不到位，对技术了解不够透彻，缺乏对整个产品深刻细致的认识。但是，此设计符合我国现在可持续发展的战略目标，因此，必将得进一步推广。