（材料加工工程专业论文）镁合金压铸废料分料及收集、囤积、运输的安全管理研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 作为最轻的商用金属结构材料 镁合金正得到日益广泛的应用 其中的9 5 左右为压铸件 由于镁合金压铸工艺的独特性 其压铸生产过程会产生4 0 一7 0 的 工艺废料 由于镁的化学性质非常活泼 极易与生产环境中介质发生反应 镁合 金废料种类繁多 形态复杂 处理不当极易引起燃烧甚至爆炸等安全事故 在镁 行业频繁导致生命和财产损失 因此 研究镁合金废料安全事故发生机制和形成 条件 制定相应的管理规范和安全标准 对指导和规范镁合金废料的处理有重要 意义 本文首先介绍了镁合金和国内外相关标准的现状及本文的研究目的及意义 阐述了标准化的基本理论 明确了制订本标准的基本原则和依据 为制定全面的 安全措施 防止镁合金废料的燃烧和爆炸提供理论基础 本文从镁高温氧化的热 力学和动力学入手 研究了颗粒状态镁的热力自燃和强迫着火的条件 分析了散 热 容积大小 介质温度 颗粒尺寸 合金元素 水分 介质含氧量等对镁屑着 火的影响 并在g b t2 0 9 2 6 2 0 0 7 镁及镁合金废料 的基础上从燃烧热力学和 动力学角度 按废镁安定化程度提出了压铸镁合金废料的新的分类方法 本文研究了镁粉尘的爆炸事故发生条件 提出 释氢致燃 现象 即 镁能与湿 润空气或水反应释放氢气 驻留在废镁间隙空气中 氢气被引燃导致废镁爆炸性 燃烧 分析了其形成机理 并对其重点采取了预防措施 针对镁合金废料自燃 点燃 氢气致燃等原因 本文围绕防止废料本身温度 积累 防止出现明火及外界热源 防止出现氢气聚集 防止工作环境积尘等主要 方向 针对镁合金在在切削 研磨加工和废料收集及囤积过程中的特点 制订了 相应的安全管理规范 最后 在上述理论和措施的基础上 根据现有的相关标准以及标准制定的原 则和要求 制订出了国家强制标准 镁合金压铸废料的分料及收集 囤积 运输 安全要求 的草案以供征求意见 关键词 镁合金 压铸废料 标准和标准化 安全 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t a s l el i 曲 t e s tm e t a l 蛐n l c t i l r a lm 酏e r i a lo fc o m m e r c i a l i z a t i o n t h em a g n e s i u ma l l o y f i n dm o r ea i l dm o r e 印p l i c a t i o n s a tp r e s e n t m o r et h i 姐9 0 m a g n e s i 啪a l l o yp a r t sa r e p r o d t i c e d 谢t l ld i ec a s t i n g d u r i i l gm g d i ec a s t i n g o i l l y3 0 6 0 m 砷 r i a lr e m a i n so nm e p a r t s w k l et l l er e s tb e c o m e sd i f r e r e n t 咖eo fp r o c e s s i n gs c r 印s t h el l i 曲c h e m i c a l r c a c t i v i t ro ft l l em ga l l o y s 谢 lt 1 1 ee n v i r o 衄e mm a k e st 1 1 es c r 印sp r o m p tt 0i 嘶t i o n a n de x p l o s i o n ni s t l l e r e f o r e o fp a r a m o u mi m p o m m tt 0s e tu pan a t i o n a ls a 脚 啦m d a r df o rt l l eh 锄d l i n go fm es c r 印sp o s tt l l e i rg e n e r a t i o ni nm gm 锄1 1 1 沁t u r i n g i 1 1 d u s 臼y a f 橱a ni n n d d u c t i o nt ot l l ec u n e n ts i t l i a t i o n sa n d 也ei e l e v 肌tn l e o r i e so fs 1 a n d a r d c o m p o s i t i o n t l l i sp 印e rf i r s ts t u d i e dm ec r i t i c a lc o n d i t i o l l sa n ds p o n t a n e o u sc o m b u s t i o n m g e o ft 1 1 eh e a t e dp o w e ri 1 1t h ep a l t i c l es t a t ea n df o r c e di 鲥t i o n 龇l d t h e l l a n a l y z e d n l ei i m u e n c eo fd i 毹r e n tf 如t o r s s u c h 嬲 d i s p e l l i n gh e a t v o l u m es i z e m e d i u m t e m p e r a t u r e p a r t i c l es i z e a l l o y i n ge l e m e n t m o i s t u r e o x y g e nc o n t e mo fm e d i 啪e t c o n 廿l ei g n i t i o np h e n o m e n o ni no r d e rt ol a yam e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rp r o p o s i n gs a f e t r m e 嬲u r e m e m s t h e n t 1 1 ep 印e ri sd e v o t e dt 0m a g n e s i 啪d i ec a s t i i 唱s c r 印c l 嬲s i f i c a t i o n 谢t l lc o n s i d e 谢o no fg b 厂r2 0 9 2 6 2 0 0 7f o rm a 印e s i u ma n dm a 印e s i 岫a l l o ys c r 印s a n dt l l et h e n l o d 姗i c sa n d b m 锄i c so fs c r a pi g i l i t i o n 1 1 1 i s p 印e rm i d i e d t 1 1 e e x p l o s i o n c o n d i t i o 璐o fm a g n e s i u m p o v d e r t h e m a g n e s i u ma l l o yc 锄r e a c t 谢t l lw a t e ra n dm o i s 眦t 0p r o d u c eh y d r 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r d s m a g n e s i 啪舢l o y d i e c a s t i n gs c r a p s t a l l d 砌趾ds t a n d 砌i 2 a t i o l l s e c u r i 锣 学位论文独创性声明 本人声明所呈交 的彳廷 士 学位论文 是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论 文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果 与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均 学位论文作者签 导师签名 了谢意 字日期 字日期 学位论文使用授权书 多 f 本人完全了解重庆大学有关保留 使用学位论文的规定 本人完全同意 中 国博士学位论文全文数据库 中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程 以 下简称 章程 愿意将本人的丕红学位论文 提 交中国学术期刊 光盘版 电子杂志社 c n 在 中国博士学位论文全文数据 库 中国优秀硕士学位论文全文数据库 以及 重庆大学博硕学位论文全文数 据库 中全文发表 中国博士学位论文全文数据库 中国优秀硕士学位论文 全文数据库 可以以电子 网络及其他数字媒体形式公开出版 并同意编入c n l i 中国知识资源总库 在 中国博硕士学位论文评价数据库 中使用和在互联 网上传播 同意按 章程 规定享受相关权益和承担相应义务 本人授权重庆大学 可以 作者 备注须填写以下内容 该论文属于涉密论文 其密级是 涉密期限至 年一月一日 说明 本声明及授权书 蛆装订在提交的学位论文最后一页 重庆大学硕十学位论文l 绪论 l 绪论 1 1 镁及镁合金的特点 镁是自然界分布最广的元素之一 约占地壳重量的2 3 5 嘣1 1 由于镁的化学性 质活泼 在自然界中只以化合物的形式存在 主要存在于白云石 菱镁矿 光卤 石矿 橄榄石矿 蛇纹石 盐矿 地下卤水及盐湖和海水中 在海水中的含量约 为o 1 3 含镁的化合物种类繁多 主要有碳酸盐类 如菱镁矿m g c 0 3 白云石 m g c 0 3 c a c 0 3 硅酸盐类 如橄榄石 m 萨e 2 s i 0 4 硫酸盐类 如硫酸镁石 m g s i 0 4 h 2 0 等 氯化物盐类 如水氯镁石m g c l 2 6 h 2 0 等 镁是最轻的商用金属结构材料 镁的制造历史有近1 0 0 年 但由于易腐蚀和 价格高等原因一直没有得到广泛应用 随着耐腐蚀镁合金技术的突破和原料价格 的降低 近几十年来又重新受到青睐 相对传统材料而言 镁具有以下主要优点 最轻的商用金属结构材料 镁合金的密度在1 7 5 1 8 5 幽m 3 之间 大约是 铝的2 3 是铁的1 4 它是现有商用金属中最轻的金属 在追求轻量化的行业如 便携式的器械和汽车行业中有很好的商业应用前景 高比性能 镁合金的比重虽然比塑料重 但是单位重量的强度和弹性率比 塑料铝和钢高即比强度和比刚度高 所以在同样的强度零部件的情况下 镁合金 的零部件能做得比塑料铝的薄而且轻 另外 由于镁合金的比强度也比铝合金和 铁高 因此 在不减少零部件的强度下可减轻铝或铁零部件的重量 传热性好 虽然镁合金的导热系数不及铝合金 但是比塑料高出数十倍 因此 镁合金用于电器产品上 可有效地将内部的热散发到外面 电磁波屏蔽性好 镁合金是非磁性金属 电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀 屏蔽膜的效果好 因此使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序 机加工性能好 镁合金比其他金属的切削阻力小 其切削阻力为铝合金的 o 5 6 黄铜的0 4 3 铸铁的o 2 9 所以在机加工时可以较快的速度加工 不需要 磨削 抛光处理 不使用切削液就可以得到粗糙度低的加工面 弹性模量较低 抗冲击性好 耐凹陷性高 当受到外力作用时 应力分布 更均匀 可以避免过高的应力集中 在弹性范围内受到冲击载荷时 所吸收的能 量比铝高5 0 左右 受到冲击后能吸收冲击能量而不会产生断裂 由冲撞而引起 的凹陷也较小 因此 镁合金可以替代工程塑料在3 c 产品上 减振吸噪性能好 由于镁合金的阻尼系数大对振动能量的吸收性能好 使 用在驱动和传动的部件上可减少振动和噪音 抗蠕变性能好 与工程塑料比 镁随着时间和温度的变化在尺寸上蠕变少 重庆大学硕十学位论文 1 绪论 尺寸精度高 易于回收再生利用 镁合金可以简单地再生使用且不降低其机械性能 而 塑料很难在不降低其机械性能的情况下再生使用 镁合金与其他金属相比熔点低 比热小 在再生熔解时所消耗的能源是新材料制造所消耗的能源的4 1 2 镁合金的应用现状 2 0 世纪7 0 年代以后 由于全球范围的能源紧缺和环保压力 轻量化 无污 染和可再生的材料逐渐成为现代汽车材料的发展方向 发达国家正在逐步用镁合 金取代钢 铝合金和工程塑料生产汽车零部件 8 0 年代初 北美汽车制造商为达 到c a f e 平均燃油标准 目标 用镁合金代铝减轻汽车的重量获得成功 八十年代 末到九十年代初 欧洲 日本以及南韩也开始启动各自的研究和发展划 1 9 9 3 1 9 9 4 年欧洲汽车制造商提出 3 公升汽油轿车 的新概念 美国提出了 p g v 新一 代交通l 具 的合作计划 目标是生产出每百公里耗油3 公升的6 人客车 且整车 8 0 以上的部件可以回收 这些要求迫使汽车制造商采用更多高新技术 生产重量 轻 耗油少 符合环保要求的新一代汽车镁合金以其比重轻 比强度和比刚度高 减震性能好 成本低以及回收率高等特点在与其它诸如铝合金 工程塑料等结构 材料的竞争中已取得明显优势并再度受到各国特别是发达国家的重视和青睐 目 前镁压铸件的应用己超过6 0 余种 国际镁协提供的资料表明 从1 9 9 1 到2 0 0 8 年 间 全世界对镁的需求量成倍增长 1 9 9 1 年世界镁压铸件用量为2 4 万吨 而1 9 9 7 年高达6 4 万吨 近十多年来 铸造镁合金汽车零部件在欧美 日本等发达国家汽车工业中的 应用出现了持续快速增长势头 镁合金以很高的年增长率逐步取代钢 铝甚至工 程塑料等传统材料 正在成为门类众多的汽车材料中的重要角色 根据国际镁协 会 i m a 的预测 随着世界汽车业的不断发展 将促使镁需求持续增长 到2 0 3 0 年世界汽车保有量将比目前增加一倍 达1 0 亿辆 今后1 0 年汽车工业需求镁增 长将达1 5 目前 国外单车镁合金平均用量约3 公斤每辆 v o l v o l c p 2 0 0 0 单车 镁合金用量达5 0 公斤 据福特公司评估 到2 0 1 0 年 轿车镁合金用量将达到4 0 公斤 进入2 1 世纪 在欧美发达国家汽车工业轻量化 节能 环保的要求和改善 汽车的结构和动力性能的促成上 镁合金压铸件在汽车上得到广泛应用 因此 镁合金铸件生产己成为镁的最重要 发展速度最快的应用领域 在美国和欧洲 汽车业处于世界领先地位 许多汽车零部件采用镁合金铸造 生产 目前镁合金压铸汽车零部件至少已超过6 0 种 如 汽车仪表板 座位架 方 向操纵部件 引擎盖 变速箱 进气歧管 轮毅等 而在日本及我国台湾地区 压铸镁合金在3 c 产品上的广泛应用显得尤为引人 2 重庆大学硕士学位论文l 绪论 瞩目 由于镁合金其良好的电磁波屏蔽性能 比强度和比刚度高 传热性好等特 点 以及可得到的压铸件壁厚小等优点 使得其在3 c 产品上的应用日益广泛 其 零件的各种使用性能大大高于工程塑料 比重低 比性能高 有利于手机 笔记 本电脑 相机等携带式产品降低重量 比刚度高 适合在笔记本电脑的液晶屏幕 框架和背面的壳体上使用 散热好 用于内部产生高温的电脑和投影仪等替代工 程塑料非常恰当 如果电视机的外壳上使用镁合金可做到无散热孔 电磁屏蔽性 好 省掉了用工程塑料的电磁屏蔽层 我国拥有丰富的镁资源 1 9 5 8 年在东北生产出第一块合格的变形镁合金铸锭 现在己经成为原镁生产大国和出口大国 2 0 0 0 年全国产量约2 0 万吨 但8 0 以上 作为初级原料低价出口 国内消费2 万吨左右 其中只有2 0 0 0 吨用于桑塔纳轿车 变速箱壳体 其余均作为合金制备等一般用途 由于镁合金的技术装备和开发应 用相对滞后 国内镁行业表现出严重的结构性矛盾 据统计 全国目前有上百家 镁原材料生产企业 规模小 技术落后 为出口而无序竞争 竞相压价 曾受到 国际反倾销的制裁 属典型的以牺牲资源和环境为代价的原料出口型工业由于镁 合金的技术装备和开发应用相对滞后 国内镁行业表现出严重的结构性矛盾 一 方面原镁生产严重过剩 另一方面镁合金在民用产品上的应用受技术和市场制约 而严重滞后 尤其在汽车等交通类镁合金产品的开发 生产 应用能力远远落后 于国外 面对国外镁合金应用技术的飞速发展 近年来 提高我国镁合金的应用和产 业化技术的水平得到了我国政府相关部门的高度重 镁合金研究领域也十分活跃 在政府支持下 北京有色金属研究总院 上海交大 东南大学 重庆大学等众多 科研院所及高校 在国家 九五 十五 十一五 等项目支撑下 对镁合金基础 研究 材料生产 产品加工 科学应用及技术装备等领域展开了大量富有成效的 研究 并取得了可喜成果 积极推进了镁合金在我国的迅速发展 为我国镁合金 产业化的发展积累了一定的经验 为我国镁合金研究开发的持续发展打下了良好 的技术基础 1 3 镁合金的压铸 镁合金成形主要通过铸造和塑性变形二种方式来实现 在目前得到应用的镁 合金产品中 通过铸造成形方式生产的比例远远高于其他成型方式 在各种铸造 方法中 应用最为广泛的是压铸 压铸是液态或半液态金属在高压作用下 以合理的速度充填铸模型腔 并在 压力下快速凝固成型而获得铸件的一种铸造方法 可以成型薄壁 形状复杂 轮 廓清晰的铸件 该工艺生产效率高 产品质量好 经济效益好 目前9 0 左右的 3 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 镁合金零部件都是压铸件 这是由于其具有良好的压铸工艺性能乜3 镁合金液黏度低 流动性好 易于充满复杂型腔 用镁合金可以很容易生 产出壁厚为1 呲o i 姗的压铸件 最小壁厚可达0 6 m m 冲型距离可达6 0 0 8 0 0 删皿 最大跨径可达2 0 0 0 删n 镁合金的高温强度低 易于复制铸模型腔细微特征 且对模具夹持力低 故在 相同压铸工艺条件下 镁压铸件的尺寸稳定 可以选用较小拔模斜度 在极端情况下 可采用零拔模斜度生产 镁合金的熔点和结晶潜热都比铝合金低 f e 在镁合金中的溶解度极低 压 射时熔体高速充型对压铸模具的冲刷和浸蚀作用小 不易出现粘模 模具使用寿 命比铝压铸长2 4 倍 镁合金压射周期比铝合金短 因而生产率可比铝合金高 大约能提高2 5 镁合金铸件的加工性能优于铝合金铸件 镁合金铸件的切削速度可比铝合 金提高5 0 加工耗能比铝合金件低5 0 优良的压铸性能 使得压力铸造工艺目前己成为镁合金用于移动电话 笔记 本电脑 c d 摄像机等家电产品外壳 摩托车汽缸体 曲轴箱体 曲轴箱盖 发 动机缸体 缸盖等摩托车零件以及轿车方向盘 仪表面板 变速箱壳体等汽车零 部件的主要成形工艺 我国台湾省自1 9 9 8 年以来大举向镁合金压铸工业进军 目 前无论其生产规模还是技术水平均居亚洲第一 并跻身世界先进之列 合金的工艺与合金的各性质密切相关 要得到恰当的工艺必须先研究合金的 各项性质 表1 给出了决定镁合金熔铸工艺特性的物理化学参数 表1 1决定镁合金熔铸工艺特性的物理化学参数嘲 垒垒 皇 q 堡里p 垒 里型垒翌垒壁垒曼翌i 璺巳璺墅 竺 曼堡 q 垒堕g 型 q y 皇兰笙塑 兰 墨 兰 堑旦鲎垫1 2 兰堕坐g 常温密度 1 7 3 8 9 c m 3 比热容 1 0 5 k j k k 熔点密度 熔点温度 沸点温度 大气中燃点 燃烧热 氧化膜致密系数 1 6 5 0 幽i i l 3 1 5 8 4 c i i l 3 6 5 帕 0 5 1 0 9 0 约5 0 0 2 50 0 0 l j 爪g m o l 0 7 9 饱和蒸汽压 导热系数 蒸发热 热膨胀系数 冷却线收缩 凝固体收缩 o 1 4 k p a 3 2 7 o 3 5 2k p a 6 5 0 l5 6 w m k 5 2 0 0 l j k g 2 6 1 0 气依 室温 1 8 6 5 0 7 0 4 2 体积分数 由于镁的物理化学特性 使得镁合金压铸工艺具有如下特征和相关工艺参数 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 调控遵循的基本准则 因金属镁原子的外层电子数为2 化学性质活泼 易与大气中的氧 氮等 气体反应而氧化 甚至燃烧 因此 镁合金通常需要在保护环境下熔炼 浇注 金属镁的沸点低 蒸气压随熔炼温度升高而升高 因此 镁合金熔炼过程 中应将熔炼温度严格控制在合理的范围内 镁合金的热容低 凝固潜热低 在相同散热条件下 熔体温度下降快 和 舢 s i 压铸合金相比 镁合金压铸件内更易于出现冷隔 浇不满等与充型时熔体过 度凝固相关联的工艺缺陷 因此 镁合金压铸时在要求将工模具预热到合适的温 度范围的同时 要求快速浇注 高速充型 另外 为了保证高的工艺成品率 要 求将模具工作温度波动控制在一个狭窄的范围内 镁合金凝固体积收缩大 和砧 s i 压铸合金相比 镁合金压铸件内更易于 出现凝固疏松等缺陷 因此 镁合金压铸充型完成后希望高速增压 在控制气孔 缺陷的同时 最大限度地消除凝固疏松缺陷 镁合金的活泼化学性质要求压铸件在精整后尽快进行表面钝化处理 以防 表面腐蚀 1 4 废料及分类 废料来源 正如上文所述 由于镁合金压铸工艺的独特性 为了保证其产品率和产品质 量 只有3 0 5 0 左右的合金最终成为铸件 其余则成为各种工艺废料 包括浇 冒口 边角料 切屑等 压铸过程产生的废料和报废的镁合金零部件是镁合金废 料的两大来源 1 压铸废料 目前 我国镁合金废料主要来自压铸产品的生产和机加工 2 0 0 0 年以前 我 国的镁合金压铸业还未得到发展 因而产生的废料也较少 2 0 0 0 年后 日本 韩 国及我国的台湾地区在我国建立了电子产品生产基地 由于这些产品的外壳大多 采用镁合金压铸件 因而极大地带动了我国镁合金压铸业的发展 2 0 0 0 年以前 我 国基本没有镁废料的进出口贸易 随着我国压铸业的发展 已有企业取得了镁合 金废料的进口权 从镁压铸业较为发达的日本等国进口少量镁合金废料 现在我 国己建成了生产汽车和摩托车零部件及电子产品壳体等产品的镁合金基地 同时 我国已经越来越快地融入到国际大环境下 国外一些镁厂已经将生产基地转移到 我国 主要发展方向就是镁合金压铸业 2 报废的镁合金零部件 2 0 世纪9 0 年代以来 国际上主要金属的发展趋势表明 金属镁以每年大于 5 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 2 0 的速度连续保持快速增长 镁合金产品的加工和应用近几年国际上已经形成需 求市场 具有市场容量大 层次多的特点 而镁合金的应用与发展 依赖金属镁 的生产 全球镁合金压铸件9 0 用于汽车配件的制造 我国近几年轿车产量稳步增长 镁合金在汽车工业上的用量逐年增加 3 c 产业在我国发展迅速 镁合金在这方面的 应用已经开始 这也是我国镁合金应用的一大领域 镁合金在其它领域的开发应 用我国也正在进行 随着高品质镁合金的开发 在一些尖端领域镁合金也得到应 用 所以在新世纪随着镁合金使用范围的扩大 我国报废的镁合金零部件会日益 增多 从资源和环保的角度出发 对回收报废镁合金零部件的需求会越来越大 而这些报废的镁合金零部件的再利用和再回收也存在环保和安全问题1 4 j 废料回收与再生 镁合金回收技术对于合理回收废料 节约资源 降低镁合金压铸件成本 减 轻环境污染及延长镁合金的生命周期都具有重要意义 5 镁合金废料的工业化回收有炉前回收 厂内回收e l v e n d o f l i f ev e l l i c l e s 报废 汽车1 回收三种形式 6 1 镁合金废料再生方法主要分为 熔解法 蒸馏法 电解法 固体循环法 水化法冶金 目前 熔解法是最常用的方法 其基本的工艺流程为 熔化 去除氧化物 除铁 调整化学成分 除气 铸锭 7 1 在镁合金成形过程中产生的废料如 浇道 流道以及机械加工的车屑等 占 原料的2 0 5 0 目前处理这些边角料的方法基本上都采用熔解法 成本较高 日 本产业技术综合研究发明的固体循环法 8 9 不对镁合金边角料进行重熔和预备成 型 直接通过热挤压由边角料制成高性能的型材 这种方式将边角料表面氧化膜 破坏 通过新生面强制固化结合 在强制加工过程中 伴随着动态再结晶 可获 得微细晶粒组织 随着回收技术的不断发展 再生镁合金得到了与原生镁合金同样的应用 2 0 世 纪9 0 年代 c l u y s l e r 汽车公司用1 0 0 再生镁合金生产出性能完全合格的汽车零部 件 成为镁工业发展的里程碑 l0 1 据报道 1 1 日本富士通公司开发出的一项新技术 能够1 0 0 回收和利用个人 电脑和家电外壳中含有的镁合金并使电脑的生产成本降低了l o 左右 1 2 1 废料的分类 一些世界著名企业如m e l h y d r o 公司率先制定了镁合金废料分类的企业标 准 其基本思想是根据废料再生的难易程度定级 首先将废料分为清洁废料和污 染废料两大类 再根据体积和污染状况进一步分级 i s 02 0 0 5 年制定的标准 2 3 0 7 9 2 0 0 5 基本采纳上述分类方法f 1 3 日本于2 0 0 2 年8 月率先制定了镁合金废料分类标准 j i s h 2 1 2 0 2 0 0 2 其按照 6 重庆大学硕士学位论文l 绪论 加工方式和来源 如压铸件 变形材等 分成六大类 各类再分为不同的等级 在国 内 2 0 0 4 年就有学者 1 4 j 建议尽早制定我国该领域的系列标准 我国在i s 02 3 0 7 9 2 0 0 5 标准的基础上也制定了相应的国家标准 g b r 2 0 9 2 6 2 0 0 7 镁及镁合金废料 l5 1 在标准中将镁及镁合金废料依据物理形态分为 三类 i 类块状 i i 类屑状 类渣状 九个等级 然而该标准并无把废镁粉包 含其中 而在压铸件的精整过程中必然会产生废镁粉 且具有很大的危险性 因 此把废镁粉也包含在 镁及镁合金废料 中是合理且必要的 因此本标准在g b 厂r 2 0 9 2 6 2 0 0 7 的基础上 对压铸镁合金废料从安全角度进行了分类 见表1 2 表1 2 压铸镁合金废料分类表 垒垒 皇 2 坐璺 旦堕塑堕 曼 皇 q 望 垒g 翌呈堑坚坐苎坐垒鲤呈兰塾 坐璺 q y 璺呈 望 类等形要求典型示例 别级状 g b t3 5 0 0 1 9 9 8 对 粉末 的定义为 指尺寸小于1 l 衄的离散颗粒的集合体 粉末状废料 指直径在1 i m 含 以下的细小颗粒 块状废料 指三维尺寸 中 最大一维尺寸不小于1 0 删 1 1 且最小一维尺寸不小于3 m m 的废料 如图1 1 屑状废料指介于粉末状和块状之间的废料 7 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 图1 1 块状废料示意图 f i 9 1 1n u b b ys c r a l s 1 5 镁合金标准的国内外现状 在国际标准化组织 i s o 中 轻金属及其合金 委员会 i s o 厂r c 9 7 镁及镁 合金 分委会 i s o 1 c 9 7 s c 5 负责制定相应镁合金领域的相关标准 目前镁及 镁合金相关标准i s o 已有2 5 项 美国材料与试验协会 a s t m 标准有8 项 欧 洲标准 e n 有4 项 德国标准 d i n 有6 项 日本标准 j i s 有1 4 项 我国 国家标准 g b 有3 0 项 在这些标准中 大都是镁及镁合金的试验方法等基础标准 如在我国3 0 项镁合金国标中 有1 9 项是关于镁合金化学分析方法的标准 而关 于镁及合金废料的标准则还不完善 近十多年来 随着镁合金废料的数量和种类也在不断扩大 如何科学地处理这 些废料 已经引起国际上的广泛重视 l 8 镁合金废料再生标准的制定也己提上 了议事日程 2 0 0 8 年6 月1 5 日 在上海举行了 全国铸造机械标准化技术委员会金属热成 形分技术委员会 t c l 8 6 s c 2 成立大会 并举行了第一次工作会议 大会审议 通过了金属热成形分技术委员会成立大会及第一次工作会议对分技术委员会的纲 领性文件 全国铸造机械标准化技术委员会金属热成形分技术委员会章程 和指 导文件 全国铸造机械标准化技术委员会金属热成形分技术委员会细则 金属热成形分技术委员会主要在冷 热室压铸机 镁合金冷 热室压铸机 低压 铸造机 金属型铸造机 压铸机零部件及配套设备等领域 组织专家落实本专业 国家标准和行业标准体系的建构 标准的修订 制定 宣贯 实施监督和推广应 用工作 金属热成形分技术委员会组织本领域内的专家委员以产品技术 检测方 法 安全要求等内容为主线 初步拟定了由6 7 份标准构成的标准体系草案提交大 会审议 本标准即是上述标准规划中的安全要求标准 金属热成形分技术委员会这个平台的创建 为相关标准的制订提供了组织平 台支持 将有助于推动相关产业在全球化竞争中全方位地参与全球竞争 有利于 在该行业内推动我国掌握金属热成形国际标准的主动权 8 重庆大学硕 学位论文1 绪论 1 6 研究目的及意义 众所周知 镁的化学性质非常活泼 容易与其他物质发生化学反应 镁合金 压铸件生产的危险大多由加工及后处埋过程中的过失所引起 据r 本方面的统计 镁合金压铸件生产过程中引发的危险 熔炼占2 5 铸造占1 0 加工占3 9 贮藏及废弃物占1 6 电气占3 其他占7 1 9 1 在镁合金的生产中 不仅压铸过 程中的镁汤为易燃物 极具氧化性 容易与水反应发生燃烧或爆炸 在压铸成形 后的机加工切削过程中 由于镁的燃点低 处理不当 也非常容易发生燃烧等现 象 而镁屑镁粉在囤积等过程中 也容易与水或潮湿空气反应生成氢气发生自燃 甚至爆炸等危险 由于镁合金及废料燃烧而引起的火灾爆炸事故屡见报端 2 毗 2 0 0 1 年3 月 西班牙生产镁合金汽车配件的d a l p h i i l l 削公司 废镁堆积库因火花引燃镁屑导致 火灾 2 5 吨镁锭 6 0 0 吨镁成品 拥有4 个压铸单元的厂房 机加工厂房被彻底 烧毁 2 0 0 3 年1 2 月 美国g a r f i e l d 公司的镁回收厂废镁储藏库发生燃烧和爆炸 厂房焚毁 2 0 0 3 年1 2 月 重庆一企业因镁合金产品打磨积累的镁粉未及时清除 被抛光产生的火花引燃 导致车间部分镁产品燃烧成灾 经过3 小时的奋力扑救 才将火灾控制住 2 0 0 4 年l o 月 台湾高雄一笔记本电脑外壳生产厂 因镁粉尘燃 烧 爆炸 导致厂房和厂房外停放的6 0 多辆机车被烧毁 2 0 0 6 年7 月 深圳某厂 废镁遇雨水自燃引发火灾 导致厂房在大雨中烧了7 个小时 因此 充分认识镁合金压铸废料安全事故的发生条件 树立科学的安全管理 规范 制定安全标准 建立合理的安全生产保障措施是迫切和重要的 本文的研究目的 是通过研究镁合金压铸废料在高温下的氧化和燃烧机理 分析其着火燃烧和爆炸的条件及影响因素 从而制订出科学合理的镁合金压铸废 料安全规范并制订 镁合金压铸废料的分料及收集 囤积 运输安全要求 草案 而制定和实施该标准的目的 正是为了规范镁合金压铸废料的处理过程 防止或 减少因镁合金压铸废料处理不科学和不合理行为产生的火灾或爆炸等安全事故 以保护相关企业财产和人身安全 该标准的制定和实施具有重要意义 这既是我国镁合金行业不断发展壮大的 客观需要 也是促进和保证镁合金行业健康快速发展 科学利用资源 推动产业 结构升级的必要条件 同时还是对我国安全生产标准体系的完善 为安全生产法 规的实施提供了技术保障 对于防止或减少安全事故的发生 保护环境和人身安 全 构建和谐社会等方面都具有非常重要的意义 9 重庆大学硕士学位论文2 标准化理论基础 2 标准化理论基础 2 1 标准和标准化 标准 舳d 棚 的定义是指 为了在一定的范围内获得最佳秩序 经协商 一致制定并由公认机构批准 共同使用的和重复使用的一种规范性文件 2 3 1 即标 准是一种规范性文件 它与其他规范性文件的区别是 经协商一致并由公认机构 批准 标准宜以科学 技术和经验的综合成果为基础 以促进最佳的共同效益为 目的 标准化 咖d 莉i z a t i o n 则是指为了在一定范围内获得最佳秩序 对现实 问题或潜在问题制定共同使用和重复使用的条款的活动 这些活动主要包括编制 发布和实施标准的过程 标准化的一般目的即 获得最佳秩序 标准化可以有一个或更多特定目的 以使产品 过程或服务具有适用性 这样的目的可能包括品种控制 可用性 兼 容性 互换性 健康 安全 环境保护 产品防护 相互理解 经济效性能 贸 易等等 标准化的结果即标准 按照标准化的对象 通常把标准分为技术标准 管理 标准和工作标准等三大类 技术标准 指对标准化领域中需要协调统一的技术事项所制定的标准 包括 基础技术 标准 产品标准 工艺标准 检测试验方法标准 及安全 卫生 环保标准等 术语标准化 即运用标准化的原理和方法 通过制定术语标准 使之达到一定范 围内的术语统一 从而获得最佳秩序和社会效益 管理标准 指对标准化领域中需要协调统一的技术事项所制定的标准 包括 管理基础 标准 技术管理标准 经济管理标准 行政管理标准 生产经营管理标准等 工作标准 指对工作的责任 权利 范围 质量要求 程序 效果 检查方法 考核办 法所制定的标准 它包括部门工作标准和岗位 个人 工作标准 需要指出的是 上述标准类别之间并不是相互排斥的 例如 一个特定技术 的标准中也可能包含管理标准的内容 按照标准的实施属性可将标准划分为推荐性标准和强制性标准两大类 推荐性标准 是指国家鼓励自愿采用的具有指导作用而又不宜强制执行的标准 即标准所 l o 重庆大学硕士学位论文2 标准化理论基础 规定的技术内容和要求具有普遍的指导作用 允许使用单位结合自己的实际情况 灵活加以选用 推荐性国家标准的代号为 g b t 强制性标准 是指国家通过法规的形式明确要求对于一些标准所规定的技术内容和要求必 须执行 不允许以任何理由或方式加以违反 变更 这样的标准称之为强制性标 准 对违反强制性标准的 国家将依法追究当事人法律责任 强制性国家标准的代 号为 g b 2 2 标准的意义 随着社会的发展 标准在科技 经济 社会生活中所起的作用越来越大 2 0 0 4 年财富 f o m m e 杂志选出5 项可能改善未来世界的科技趋势 排名第一的就是标准 化 从有形商品到无形服务贸易 从技术规范到社会责任都被纳入标准范畴 所 以标准在国民经济建设中的作用愈来愈重要幽l 标准化的意义重大 而且随着社会的发展 这些意义也不断由新的内容填充 进来 下面对标准制定的意义做简要介绍 2 5 2 6 通过生产技术 试验方法 检验规则 操作程序 工作方法 工艺规程 等各类标准统一生产和工作的程序和要求 保证了每项工作的质量 使有关生产 经营 管理工作走上正常轨道 通过术语 符号 代号 制图 文件格式等标准消除技术语言障碍 加 速科学技术的合作与交流 通过安全 卫生 环境保护等标准 减少疾病的发生和传播 防止或减 少各种事故的发生 有效地保障人体健康 人身安全和财产安全 通过产品系列化 使产品品种得到合理的发展 通过产品标准 统一产 品的型号 尺寸 化学成分 物理性能 功能等要求 保证产品质量的可靠性和 互换性 使有关产品间得到充分的协调 配合 衔接 尽量减少不必要的重复劳 动和物质损耗 为社会化专业大生产和大中型产品的组装配合创造了条件 通过标准传播技术信息 介绍新科研成果 加速新技术 新成果的应用 和推广 促使企业实施标准 依据标准建立全面的质量管理制度 推行产品质量 认证制度 健全企业管理制度 提高和发展企业的科学管理水平 为生产活动提供规范 为科技与产业化搭建桥梁 为产业升级和结构优化提供支撑 为实践以人为本提供支持 重庆大学硕士学位论文2 标准化理论基础 2 3 安全标准 安全的定义为 2 7 免除了不可接受的风险的状态 而风险指对伤害的一种综合衡量 包括伤害发生的概率和伤害的严重程度 标准化考虑产品 过程或服务的安全问题 通常着眼于实现包括诸如人类行为等 非技术因素在内的若干因素的最佳平衡 把损害人员和物品的可避免的风险消除 到可接受的程度 即安全是由两个概念来定义的 严重性 受伤害的程度 和频繁性 受伤害 的频率 我们都知道 没有任何一种人类或自然的创造能够完全不造成伤害 因 此 技术人员经常面临这样的问题 怎样的安全才是足够的安全 不幸的是 安 全并非一个能够独立研究的非联系性概念 从最简单的形式看 技术人员必须在 安全 功能和成本问寻求平衡 即把损害人员和物品的可避免的风险消除到可接 受的程度 安全标准的特征 安全标准指为保护人和物的安全而制定的标准 安全标准一般有两种形式 一种为专门的安全标准 另一种是在产品标准或工艺标准中列出有关安全的要求 和指标 本课题要制定的标准属于前者 安全标准除了基本标准的一般特征外 还具有以下几个特征 2 8 1 防止负面影响 2 成本 安全和功能的交替考虑 3 安全因素 4 可靠性及相关特性 我国的安全标准体系 2 9 3 1 安全标准体系是安全生产标准按其内在联系形成的科学的有机整体 该体系 按照适用范围和隶属关系分成不同的层次 体系的最底层是安全生产的具体标准 结构合理 重点突出 符合实际的安全标准体系 可以为安全生产标准的制修订工 作提供指导 为政府部门依法行政 科学管理提供技术支持 我国安全生产标准主要包括国家标准 g b 和行业标准 a q 可由五个分体系 构成即 基础标准分体系 管理标准分体系 技术标准分体系 产品标准分体系 和方法标准分体系 每个分体系又由若干子体系组成 基础标准分体系由基本规定 名词与术语等三个子体系组成 管理标准分体系由设计 风险评价等十三个子体 系组成 技术标准分体系由机械设备安全 特种设备安全等五个子体系组成 产 品标准分体系由劳动防护用品 安全防护装置等五个子体系组成 方法标准分体 系由设备检测 产品试验和检测方法等三个子体系组成 1 2 重庆大学硕士学位论文2 标准化理论基础 图2 1 安全生产标准体系构成 2 9 f i 9 2 1s 1 a n d a r ds y s t e mo fs a f e l yp r o d u c e 根据标准的适用范围和隶属关系 标准体系分为四层 图2 1 仅给出第一 第 二层 第一层是基础标准分体系 基础标准是在安全生产标准领域内作为其他标 准的基础并普遍使用 具有广泛指导意义的标准 它是整个标准体系的基础 第 二层是管理标准 技术标准 产品标准和方法标准等分体系 管理标准以预防和 控制与人有关的危险和有害因素为中心 重点规范人的行为 以减少人的不安全因 素 合理组织生产 获得最佳的管理效果制定的一系列方法和措施 技术标准主 要预防和控制由设备设施与工艺引发的危险和有害因素 以减少物的危险状态而 制定的一系列规范和要求 产品标准是针对安全产品 生产设备除外 做出的安全要 求 包括产品本身的安全技术性能和检验规则等 方法标准是针对采样 试验与 分析 测定与计算等方法制定的标准 第三层是各分体系包括的子体系 如基础 标准包括的基本规定标准子体系 名词与术语标准子体系等管理标准分体系包括 的设计安全标准子体系 风险评价标准子体系等 第四层是各子体系包含的具体 标准名称 这些标准应该包括一定时期内应有的全部标准 即现存的标准 正在 制定的标准和计划制定的标准 本课题需制订的标准属于技术标准体系下的 生产与工艺标准 子体系范畴 同时部分内容也可归到管理标准的范畴 2 4 标准化的基本原理 标准化的基本原理通常包括以下主要方面 统一原理 简化原理 协调原理 和最优化原理 在标准制订过程中要自觉遵循这些原理 下面对其分别介绍 3 2 统一 统一原理就是为了保证事物发展所必须的秩序和效率 对事物的形成 功能 或其他特性 确定适合于一定时期和一定条件的一致规范 并是这种一致规范与 重庆大学硕士学位论文2 标准化理论基础 被取代的对象在功能上达到等效 统一原理包含以下要点 1 统一是为了确定一组对象的一致规范 其目的是保证事物所必须的秩序和 效率 2 统一的原则是功能等效 从一组对象中选择确定一致规范 应能包含被取 代对象所具备的必要功能 3 统一是相对的 确定的一致规范 只适用于一定时期和一定条件 随着时 间的推移和条件的改变 旧的统一就要由新的统一所代替 标准的统一性即要求在每项标准或系列标准内 标准的结构 文体和术语应 保持一致 系列标准的结构及其章 条的编号应尽可能相同 类似的条款应使用 类似的措辞来表述 相同的条款应使用相同的措辞来表述 在每项标准或系列标 准内 某一给定概念应使用相同的术语 对于已定义的概念应避免使用同义词 每个选用的术语应尽可能只有惟一的含义 简化 简化原理就是为了经济有效地满足需要 对标准化对象的结构 型式 规格 或其他性能进行筛选提炼 剔除其中多余的 低效能的 可替换的环节 精炼并 确定出满足全面需要所必要的高效能的环节 保持整体构成精简合理 使之功能 效率最高 简化原理包含以下几个要点 1 简化的目的是为了经济 使之更有效的满足需要 2 简化的原则是从全面满足需要出发 保持整体构成精简合理 使之功能效 率最高 所谓功能效率系指功能满足全面需要的能力 3 简化的基本方法是对处于自然状态的对象进行科学的筛选提炼 剔除其中 多余的 低效能的 可替换的环节 精练出高效能