材料成形装备及自动化C9E1

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1、材料成形装备及自动化 Equipment and Automation of Materials Process 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 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

2、学时 总结复习 2学时 2 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 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 除尘尘装备备 9 3 噪声及振动控制 9 4 废气净化装置 9 5 污污水处处理设备设备 9 6 旧砂再生回用设备设备 3 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 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 4

3、材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 9 1 1 可持续发续发 展与绿绿色制造 可持续发续发 展被定义为义为 满满足当代人的需要 又不损损害子孙孙后代满满足其需求能力的发发展 可持续发续发 展的制造业业 即绿绿色制造 应应是 最有效地利用资资源和最低限度地产产生废废弃物和最少 排放污污染 以更清洁洁的工艺艺制造绿绿色产产品的产业产业 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

4、废弃物 重用及再生回用 5 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 以铸造工业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

5、发展中国家 原联邦德国 的化学工业投资27 在发展中国家 6 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 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 7 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 机械工业本身是耗能

6、 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 8 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 9 1 3 材料加工中的环环保设备设备 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

7、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 9 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 9 2 除尘尘装备备 9 2 1 粉尘的危害及其最高容许浓度 粉尘通常是指小于40 m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9 2为我国车间空气中常见生产性粉尘的最高容

8、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 10 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 9 2 2 常见除尘装备 1 2 11 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 1 干式集尘 12 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 布袋集尘 13 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 2 湿式集尘 14 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 9 3 噪声及振动控制

9、 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 每个工作日噪声暴露时间 hr 8421 新建企业允许噪声级 dB A 85889194 现有企业允许噪声级 dB A 90939699 最高允许噪声级 dB A 115 15 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 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

10、 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 16 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 2 噪音的危害 工厂机器运转高达100 110分贝 马路上声音高达 90 100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90 106dB 机械工业噪声为80 120dB 大型球磨机为120dB 风铲 风镐 大型鼓风机在120dB以上 分 贝贝危 害 140 150 听觉觉器官会发发生急剧剧外伤伤 引起鼓膜破裂出血 双耳完 全失去听力 90 以上严严重影响听力和引起神经经衰弱 头头痛

11、血压压升高等疾病 70 以上干扰谈话扰谈话 影响工作效益 50 以上影响休息 17 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 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 18 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 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

12、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 19 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 9 3 3 压压力加工设备设备 的隔振装置 1 锻锤的隔振 锻锤的安装方法 20 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 2 压力机的隔振 压力机的安装 21 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 9 4 废气净化装置 1 废废气的最高容许浓许浓 度及其净净化方法 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

13、 催化燃烧 22 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 2 冲天炉喷喷淋式烟气净净化装置 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 23 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 3 消失模铸铸造 EPC 废废气净净化装置 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 24 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 9 5 污污水处处理设备设备 9 5 1 污污水的排放标标准及处处理方法 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

14、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 25 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 9 5

15、 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 26 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 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 27 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 3 污水处理工艺流程 一级二级三级 28 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 旧砂再生污污水

16、处处理工艺艺流程 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 29 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 9 6 旧砂再生回用设备设备 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 30 材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 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 31 材料