冶金机械环保设计关键技术研究

摘 要：随着经济发展速度的不断加快，新的科学技术和设备得到了开发和应用，带动了我国相关产业的发展和繁荣。在这样的背景下，冶金机械制造工业得到了迅猛的发展，为我国社会经济的进步提供了良好的技术支撑。而可持续发展理念的提出和应用，使得绿色设计逐渐成为冶金机械设计的主流。本文对绿色设计应用的关键问题进行了分析。介绍了绿色设计的基本原则、方法、关键技术和后评价体系，为相关设计人员提供参考。

关键词：冶金机械；绿色设计；关键问题；研究

1. 冶金机械绿色设计原则

在冶金机械的绿色设计过程中，设计人员应充分考虑产品的生产工艺对环境的影响，重点考虑设计产品在整个生命周期各阶段与人、周围环境的相互影响。在设计时，遵循闭环设计原则、资源回收再利用原则、节能降耗原则、成本优化原则、技术先进原则等。

（1）闭环设计原则。冶金机械产品的绿色程度应包括产品设计、制造、运输、销售、使用、废弃处理等6个阶段，在产品整个生命周期中，确保在各个阶段均符合绿色特征，提高对资源的利用效率。

（2）资源回收再利用原则。在冶金机械设计时，应最大限度提高产品的可拆卸性和回收再利用性，对回收材料的性质进行研究，对材料的用量和种类进行控制，减少对环境或材料的危害。

（3）节能降耗原则。设计时应尽量采取清洁能源，同时在满足基本的生产工艺要求条件下，力求冶金机械的整个生命周期循环中能耗最少。

（4）成本优化原则。在设计初期建立基于整个冶金机械产品全生命周期的成本管理模型，综合考虑设计、制造、使用、资源回收再利用等各项成本，对冶金机械进行成本优化管理。

（5）技术先进原则。应采用最先进的技术体现绿色设计效果，可以采取开发性设计、适应性设计、组合选型设计等方法，并加以创造性的应用，以获得最佳的经济效益。

2 冶金机械绿色设计内容

绿色设计的主要内容包括设计材料的选择、产晶的可拆卸性设计、产品的可回收性设计、产品成本分析、产品设计数据库与知识库等内容。在冶金机械绿色没计时应结合冶金行业的特殊性，在合理确定冶金机械的系统功能、保证系统的可靠性、经济性、安全性的同时，绿色设计应包括以下内容。

（1）冶金机械的环境、资源、能源属性。应将冶

金机械的环境属性、资源属性、能源属性放在绿色设计的首要地位，在设计初始阶段就应进行充分考虑。在满足上述属性要求后，再确定冶金机械产品的经济属性。

（2）冶金机械的可拆性和回收利用性。设计时应对产品的可拆性和回收利用性进行事先分析，根据冶金机械绿色设计评价系统的信息反馈再对设计方案进行调整。

（3）原材料的呵再生性。在设计原材料选取时，应重视原料的可再生性、易分解性、可回收性，在提高原料在生产过程中的使用效果同时，显著降低原料对环境的不利影响。

（4）冶金机械的零排放。应重视冶金机械生产过程中工业“三废”（废水、废气、废液）的有效处理，采取合理措施和技术，实现冶金机械生产过程中的零排放。

3 冶金机械绿色设计方法

3.1 设计阶段划分

按照冶金机械全过程绿色设计流程可以分为需求分析阶段、方案设计阶段、技术设计阶段和后评价阶段4个阶段，

（1）在需求阶段，设计人员应定位于对冶金机械使用单位的需求分析，确定冶金机械的主要功能和次要功能，分析满足主要功能的技术可行性，对涉及的技术进行充分调研、分析。

（2）在方案设计阶段，主要从环境属性、经济属性、材料选择、资源回收4个角度进行多角度论证、研究，确定绿色设计的总体方案。

（3）技术设计阶段，主要是落实上述阶段的研究成果，结合冶金机械的特点，从液压系统、动力系统、工作结构、控制机构进行基于绿色设计基本原则的具体设计。

（4）在设计后评价阶段，通过对环境评价指标、经济评价指标、能源评价指标、资源评价指标等途径，结合绿色设计后评价方法评价设计的有效性。

3.2 绿色设计方法

根据绿色设计的侧重点和设计要求，冶金机械绿色设计方法可以分为产品生命周期设计法、可拆卸结构设计法、并行交叉工作设计法、可回收设计法、创新问题解决法、绿色质量功能配置法等6类基本方法。

（1）产品生命周期设计法。设计人员在设计伊始就要确定冶金机械的绿色设计目标，确保绿色特征贯穿在产品生命周期全过程。

（2）可拆卸结构设计法。设计人员把冶金机械产品的可拆卸性作为基本评价准则，主要考虑产品的易于拆卸与回收处理。

（3）并行交叉工作设计法。为了保证绿色设计在有效的并行环境下实施，应在设计人员的组合及绿色设计的实施策略方面强调协调和交叉工作。

（4）可回收设计法。资源回收和再利用是绿色设计的主要控制目标之一，可回收性设计是在产品设计时要充分考虑该产品报废后回收和再利用的问题，充分重视可重复利用的零件和材料。目前主要通过原材料的再循环和零部件的再利用来实现，其中后者是较为合理的资源回收方式。

（5）创新问题解决法。也称为基于TRIZ的绿色设计，TRIZ是一种机制，利用这种机制可以对缺少既有的解决方案，需要非标准的、创新性概念和思想等复杂问题进行创造性或突破性思考。

（6）绿色质量功能配置法。该方法的基本思想是将质量功能配置和生命周期设计相结合，将用户的需求分别转换为工程技术特性，满足用户的需求。

4 绿色设计的关键技术研究

冶金机械绿色设计作为一种新的设计概念，其关键技术是产品液压系统、动力系统、工作系统和控制系统等部分与传统的机械设计相比，呈现出的显著差异。

（1）液压系统关键技术。液压系统设计应充分考虑简化技术、工作介质的绿色化、减震去噪、密封等相关因素，建议使用组合化和集成化设计的元件及系统进行设计简化。采用无毒性液压油，

（2）动力系统关键技术。冶金机械动力装置的绿色设计，可以采用大容量消声器、全塑风机及罩壳进行系统除噪、减振，采用一体化结构设计减轻动力装置重量，并采用铝合金或尼龙等材料代替传统材料。同时，采取清洁能源对机械能源进行改变或改良，实现材质的轻量化和节约能源。

（3）工作系统关键技术。冶金机械工作机构应使用变频无级调速技术，提高工作能力。

（4）控制系统关键技术。冶金机械控制系统绿色设计，应采取光机电一体化技术。使用先进的操作方式将设备结合在一起，综合可靠性设计、工业设计、优化设计、有限元设计等多种方法，充分降低设备的操作难度。

5 结语

目前我国的冶金机械绿色设计应用并不广泛，推广应用阻力较大，一方面因为节能、减噪、环保、降耗等新技术和新材料的采用导致用户短期的成本投入增加；另一方面冶金机械设计人员的绿色设计能力提升不到位，对于节能环保新技术、新材料了解不够，对基于产品生命周期的绿色设计理念缺乏深刻认识 。但冶金机械绿色设计符合我国可持续发展的战略目标，通过政府对冶金机械绿色技术应用的政策支持和绿色技术系统的不断完善，冶金机械绿色设计的实际应用效果将得到显著提高，我国冶金行业也将迎来飞速发展的新契机。

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