材料成形装备及自动化C9E

材料成形装备及自动化EquipmentandAutomationofMaterialsProcess,凌宏江副教授华中科技大学材料学院,材料成形及控制工程专业核心课程材料学院材料成形装备及自动化教案,2009-2010学年第二学期,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,2,目录,第一章绪论（2学时）第二章金属液态成形装备及自动化（10学时）第三章金属塑性成形装备及自动化（8学时）第四章金属连接成形装备及自动化（10学时）第五章高分子材料成形设备及自动化（2学时）第六章快速成形装备及控制（8学时）第七章其它材料成形装备（2学时）第八章热处理工业炉及其控制（2学时）第九章材料加工中的环境保护装备（2学时）总结复习（2学时）,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,3,第九章材料加工中的环境保护装备,9.1环境保护的意义及国家的环境保护法9.2除尘装备9.3噪声及振动控制9.4废气净化装置9.5污水处理设备9.6旧砂再生回用设备,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,4,9.1环境保护的意义及国家的环境保护法,材料加工成形生产工艺过程较复杂，多有高温、高粉尘、高噪声，废砂、废水、废气等，会给环境造成严重的污染。对生产车间的灰尘、噪声等进行控制，对所产生的废砂、废水、废气进行处理或回用是现代材料加工工业生产的主要任务之一。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,5,9.1.1可持续发展与绿色制造,可持续发展被定义为：“满足当代人的需要、又不损害子孙后代满足其需求能力的发展”。可持续发展的制造业（即绿色制造），应是：最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物和最少排放污染，以更清洁的工艺制造绿色产品的产业。美国在展望2010年的制造业前景时，确定应把“精确成形工艺”发展为“无废弃物成形加工技术”。“无废弃物加工”的新一代制造技术是指加工过程中不产生废弃物，或产生的废弃物能被整个制造过程作为原料而利用。绿色制造是长期的努力方向；现实的目标应是：防止污染、减少废弃物、重用及再生回用。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,6,以铸造工业生产为例,2008年全年铸件总产量：3200万吨，产量超过美国居世界第一。铸造业的特点：能耗大、资源消耗大、污染重、工作环境差。发达国家向发展中国家转移发达国家为逃避本国环境问题，采取“转移工业”的措施。转移工业“非清洁工业”主要指“传统产业”及劳动密集型而技术含量低的产业。“传统产业”主要指石油化工，钢铁和其他金属冶炼，机械工业、造纸等产业，这些产业是高消耗和高污染的产业。例如，日本“非清洁工业”的2/3至4/5已转移到东南区和拉丁美洲；美国危害生态的工业部门的国外投资的39%在发展中国家；原联邦德国的化学工业投资27%在发展中国家。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,7,铸造：每生产1吨铸件需耗约1吨新砂、同时废弃约1吨旧砂。目前我国年生产铸件约3000万吨，年排放的旧砂量约为3000万吨热处理：每年约有5000吨淬火油因蒸发或局部燃烧造成CH化合物、CO及烟尘；有约9000吨废淬火油因排放不当而污染水质；每年盐浴炉生成盐蒸汽7000吨以上和有害废渣约1万吨；燃煤炉窑排放SO2约1.5万吨，灰分约8.5万吨；喷砂处理中产生的SiO2等有害粉尘1万吨，严重污染了环境。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,8,机械工业本身是耗能、耗材和排污大户（金属热加工行业，包括铸造、锻压、热处理、焊接、电镀和喷漆）机械工业单位产值的能耗为工业发达国家的4倍，金属热加工耗能量又占机械工业耗能总量的70%以上，单位产值的耗钢量也为工业发达国家的1.3-1.5倍。机械工业所产生的废物种类多、数量大。铸造产生的废旧型砂、热处理产生的盐浴炉渣、电镀和涂装及热处理等产生的废水、各种热加工产生的废气等“三废”和各种污染。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,9,9.1.3材料加工中的环保设备概述,金属加工涉及的污染物质包括：废气、废水、废渣（砂）、粉尘等物质以及噪声、振动、热辐射等环境污染源。铸造生产中的环保设备种类繁多，主要包括：除尘设备、污水处理设备、旧（废）砂再生设备、废气净化设备、噪声控制设备等。锻造（冲压）生产中的环保设备主要包括：噪声控制设备、减振装备等。焊接成形的环境污染主要是高温热辐射和由电弧加热引起有害气体。热处理工艺的主要生产装备为各种加热炉和冷却设施，与加热炉配套的环保设备主要为降温、通风、除尘及烟法处理设备等。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,10,9.2除尘装备,9.2.1粉尘的危害及其最高容许浓度粉尘通常是指小于40m的颗粒，它是污染空气的主要因素之一。人长期吸入某些矿物质粉尘会导致尘肺（如矽肺等）。表92为我国车间空气中常见生产性粉尘的最高容许浓度。除尘设备系统的作用是捕集气流中的尘粒、净化空气，它主要由局部吸风罩、风管、除尘器、风机等组成，其中，除尘器是系统中是主要设备。除尘器的结构形式很多，可分为干式和湿式除尘器两大类。常见的干式除尘器有旋风除尘器和袋式除尘器两种。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,11,9.2.2常见除尘装备,1.,2.,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,12,1)干式集尘,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,13,布袋集尘,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,14,2)湿式集尘,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,15,9.3噪声及振动控制,9.3.1噪声的危害及其允许等级噪声是指：各种不同频率和声强的声音无规则的杂乱组合。噪声的危害主要有：损害人的听力，引起耳聋、神经衰弱等疾病；干扰工作和休息环境，使人的工作效率降低，使人烦燥不安；高声强的噪声还会损坏建筑，声疲劳会使仪器、仪表失灵，等等。我国工业企业的生产车间或作业场所的允许噪声级,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,16,1.噪声的特点,噪声无污染物，属于感觉公害，受生理与心理因素的影响噪声污染是暂时的，不会积累噪声的能量最后消失为空气的热能，传播距离不太远影响面广,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,17,2.噪音的危害,工厂机器运转高达100110分贝马路上声音高达90100分贝飞机的起飞和降落发出的声音能达到140分贝一般电子工业和轻工业的噪声在90dB以下纺织厂噪声约为90106dB机械工业噪声为80120dB，大型球磨机为120dB风铲、风镐、大型鼓风机在120dB以上,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,18,3.噪声的控制,噪声控制的方法主要有：消声器降噪、吸声降噪、隔离降噪等三类。(1)用消声器降低排气噪声,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,19,(2)吸声降噪,借助某些声学材料或声音结构以提高声能的吸收，有效地减少噪声源周围壁面的反射，从而达到降低噪声之目的。方法是采用各种吸声材料和吸声结构。(3)隔离降噪声音的传播有两种方式：一是通过空气直接传播；另一是通过结构传播，即由于本身的振动以及对空气的扰动而传播。为了降低或减缓声音的传播，常用隔声的方法。(4)其它因振动设备的振动而产生的噪声，一般从减振和隔振方面入手，寻求降噪途径。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,20,9.3.3压力加工设备的隔振装置,1.锻锤的隔振,锻锤的安装方法,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,21,2.压力机的隔振,压力机的安装,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,22,9.4废气净化装置,1.废气的最高容许浓度及其净化方法车间空气中常见有害物的最高容许浓度（单位：mg/m3）废气中的颗粒物及其危害常见废气的净化方法液体吸收（喷淋塔）固体吸收（活性炭）冷凝（冷凝器）燃烧（直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧）,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,23,2.冲天炉喷淋式烟气净化装置,冲天炉烟气中含有大量粉尘和有害气体（SO2、HF、CO等），必须进行净化处理。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,24,3.消失模铸造（EPC）废气净化装置,消失模铸造（EPC）产生的废气除H2、CO、CH4、CO2等小分子气体外，主要是苯、甲苯、苯乙烯等有机废气。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,25,9.5污水处理设备,9.5.1污水的排放标准及处理方法表9-6工业废水最高容许排放浓度（一）：第一类，能在环境或动物体内蓄积而对人体健康产生长远影响的有害物质，含此类有害物质的废水，必须进行必要的处理，在设备的排出口。表9-7工业废水最高容许排放浓度（二）：第二类，其长远影响小于第一类的有害物质，在设备的排出口。表9-8污水的处理方法及处理范围。污水的处理方法，根据要求的不同，可分为三级：一级为简单处理，主要是降低悬浮物浓度、初步中和酸碱度等；二级处理，主要是解决可分解或氧化的有机溶解物或部分悬浮固体物的污染问题，基本达到排放标准；三级处理为深度处理，主要解决难以分解的有机物和溶液中的无机物，处理结果将达到地面水、工业用水和生活用水的标准。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,26,9.5.2主要的防治技术,物理法（一级处理）沉淀法；B.过滤法；C.离心分离法；D.浮选（气浮）法；E.蒸发结晶；G.反渗透法,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,27,2.化学法（多为深度处理工艺中采用）,混凝法：处理含油废水、染色废水、煤气站废水中和法氧化还原法：含酚、氰、硫废水的处理电解法：含铬废水萃取法：有机废水吹脱法：含CO2、H2S、HCN废水吸附法：有毒废水深度处理电渗析法：应用离子交换膜含粉、氰废水,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,28,3.污水处理工艺流程,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,29,旧砂再生污水处理工艺流程,水玻璃旧砂湿法再生的污水处理及回用设备的工艺流程图1-污水池，2-加药系统，3-污水泵，4-进水管，5-处理器6-出水管，7-清水池，8-反冲进水管，9-回用水管10-清水泵，11-排泥口，12-反冲排水,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,30,9.6旧砂再生回用设备,对铸造工厂或车间而言，如果旧砂不进行再生利用，通常生产一吨铸件需要排放一吨旧砂。这不仅会消耗大量宝贵的石英砂资源，抛弃废旧砂还会给环境带来很大的污染，因此，在现代化的铸造厂，对旧砂进行再生回用是必不可少的。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,31,9.6.1旧砂回用与旧砂再生,旧砂回用是指：将用过的旧砂块经破碎、去磁、筛分、除尘、冷却等处理后重复或循环使用。旧砂再生是指：将用过的旧砂块经破碎、并去除废旧砂粒上包裹着的残留粘结剂膜及杂物，恢复近于新砂的物理和化学性能代替新砂使用。旧砂再生与旧砂回用的区别在于：旧砂再生除了要进行旧砂回用的各工序外，还要进行再生处理。即：旧砂再生等于“旧砂回用”+“去除旧砂粒表面残留粘结剂膜”的再生处理。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,32,9.6.2旧砂再生的方法及选择,旧砂再生的方法根据其再生原理可分为：干法再生、湿法再生、热法再生、化学再生四大类。干法再生是利用空气或机械的方法将旧砂粒加速至一定的速度，靠旧砂粒与金属构件间或砂粒互相之间的碰撞、摩擦作用再生旧砂。湿法再生是利用水的溶解、擦洗作用及机械搅拌作用，去除旧砂粒上的残留粘结剂膜。热法再生是通过焙烧炉将旧砂加热到800900去，除去旧砂中可燃残留物的再生方法。化学法再生，通常是指向旧砂中加入某些化学试剂，把旧砂与化学试剂搅拌均匀，借助化学反应来去除旧砂中的残留粘结剂及有害成分。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,33,1.干法再生,(1)配置预再生的落砂机,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,34,(2)离心再生机,离心再生及沸腾冷却床,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,35,2.热法再生-燃气热法再生,采用热法再生来处理的砂子，使其回复到接近新砂性能的干净砂。,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,36,“三合一”加热炉,将铸件落砂、热处理、砂再生结合在一起称之为“三合一”的加热炉。,“三合一”加热炉工作原理,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,37,TOTALRECLAMATION完全再生,新砂,散落砂,散落砂,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,38,9.6.5典型的旧砂的再生系统,1.自硬树脂旧砂的热法再生系统,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,39,2.水玻璃旧砂干法再生系统,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,40,3.气流式再生系统,EAMP材料加工中的环境保护装备华中科技大学材料学院,41,9.