花岗石在机械产品中部分取代钢铁的环境影响与技术分析

贵州大学2010届硕士研究生学位论文花岗石在机械产品中部分取代钢铁的花岗石在机械产品中部分取代钢铁的花岗石在机械产品中部分取代钢铁的花岗石在机械产品中部分取代钢铁的环境影响与技术分析环境影响与技术分析环境影响与技术分析环境影响与技术分析学科专业：环境工程研究方向：环境保护导师：刘鸿雁研究生：梅怡中国﹒﹒﹒﹒贵州﹒﹒﹒﹒贵阳2010年5月分类号：X5X5X5X5论文编号：200743010005200743010005200743010005200743010005密级：公开2目录第一章概述1.11.11.11.1制造业中实现绿色设计与绿色制造的研究概况1.1.11.1.11.1.11.1.1绿色设计与绿色制造产生的背景与意义………………………（9999）1.1.21.1.21.1.21.1.2绿色设计与绿色制造存在的问题………………………………（12）1.21.21.21.2生命周期评价的概述1.2.11.2.11.2.11.2.1生命周期评价的起源与发展……………………………………（13131313）1.2.21.2.21.2.21.2.2生命周期评价的定义……………………………………………（14141414）1.2.31.2.31.2.31.2.3生命周期评价的框架……………………………………………（15151515）1.2.41.2.41.2.41.2.4生命周期评价的主要特征………………………………………（16161616）1.2.1.2.1.2.1.2.5555生命周期评价在国内外的应用…………………………………（16161616）1.31.31.31.3绿色产品材料的选择1.3.11.3.11.3.11.3.1材料选择的基本概念……………………………………………（17171717）1.3.21.3.21.3.21.3.2环境与材料………………………………………………………（19191919）1.3.31.3.31.3.31.3.3选材原则…………………………………………………………（21212121）1.1.1.1.3.43.43.43.4钢铁金属材料在机械产品中使用的局限性……………………（21212121）1.1.1.1.3333....5555材料选择方法的现状……………………………………………（23232323）1.1.1.1.4444本文的主要研究工作……………………………………………………(23(23(23(23）第二章花岗石与钢铁的生命周期评价2.2.2.2.1111钢铁生产过程的生命周期评价2222....1111....1111钢铁生产的特点…………………………………………………（25252525）2222....1111....2222钢铁生产的目标范围的界定……………………………………（26262626）2222....1111....3333钢铁生产的清单分析……………………………………………（26262626）2.2.2.2.2222花岗石生产的生命周期评价2.2.12.2.12.2.12.2.1花岗石的资源现状………………………………………………（37373737）32.2.22.2.22.2.22.2.2花岗石生产的目标范围的界定………………………………………（38383838）2.2.32.2.32.2.32.2.3花岗石生产的清单分析………………………………………………（39393939）2.32.32.32.3吨钢和每立方花岗石产品生产的环境负荷比较2.3.12.3.12.3.12.3.1污染排放比较…………………………………………………………（43434343）2.3.22.3.22.3.22.3.2能耗比较………………………………………………………………（43434343）2.3.32.3.32.3.32.3.3资源消耗比较…………………………………………………………（44444444）2.42.42.42.4钢铁和花岗石生命周期环境影响评价2.4.12.4.12.4.12.4.1简式材料生命周期环境影响评价矩阵的建立…………………………（45454545）2.4.22.4.22.4.22.4.2花岗石和钢铁生命周期环境属性评价…………………………………（45454545）第三章机械产品材料选择系统框架及方法3333.1.1.1.1机械产品材料选择原则3333.1.1.1.1.1.1.1.1使用性原则……………………………………………………………（48484848）3333.1.2.1.2.1.2.1.2生产工艺性原则……………………………………………（49494949）3333.1.3.1.3.1.3.1.3成本性原则…………………………………………………（50505050）3333.1.4.1.4.1.4.1.4环境协调性原则……………………………………………（50505050）3333.2.2.2.2机械产品材料选择过程3333.2.1.2.1.2.1.2.1分析零件的机械性能要求…………………………………（51515151）3333.2.2.2.2.2.2.2.2对可供选择的材料进行筛选………………………………（52525252）3333.2.3.2.3.2.3.2.3对可供选择的材料进行评价………………………………（52525252）3333.3.3.3.3机械产品材料选择系统框架………………………………………（53535353）3333.4.4.4.4机械产品材料选择方法3333.4.1.4.1.4.1.4.1材料选择的传统方法………………………………………（53535353）3333.4.2.4.2.4.2.4.2材料选择的多属性三级决策法……………………………（54545454）第四章花岗石在机械产品中部分取代钢铁的材料性分析4.14.14.14.1花岗石的材料特性44444....1111.1.1.1.1花岗石的主要化学特性………………………………………………（61616161）4444.2.2.2.2.2.2.2.2花岗石的主要物理特性……………………………………（61616161）4444.2.3.2.3.2.3.2.3花岗石的材料特点…………………………………………（61616161）4.4.4.4.2222花岗石与钢铁材料的使用性能分析……………………………（64646464）4.4.4.4.3333钢铁和花岗石材料的经济性分析…………………………（65656565）4.4.4.4.4444钢铁和花岗石材料的工艺性分析………………………………（66666666）4.4.4.4.5555花岗石在机械产品中部分替代钢铁的分析4.4.4.4.5555.1.1.1.1建立花岗石和钢铁的材料层次分析图………………………………（66666666）4.4.4.4.5555.2.2.2.2建立判断矩阵…………………………………………………………（66666666）4.4.4.4.6666花岗石在数控车床中部分取代钢铁部件的分析………………………（68686868）4.74.74.74.7花岗石构件在机械产品中的应用4.74.74.74.7.1.1.1.1量具…………………………………………………………………（72727272）4.74.74.74.7.2.2.2.2检测设备……………………………………………………………（72727272）4.74.74.74.7.3.3.3.3精密机床的部件……………………………………………………（72727272）4.74.74.74.7.4.4.4.4印刷电路板制造业…………………………………………………（74747474）第五章花岗石构件在机械产品中的设计及加工工艺5555.1.1.1.1花岗石构件的设计………………………………………………………（75757575）5.25.25.25.2花岗石构件的加工工艺…………………………………………………（76767676）第六章研究工作的总结和展望6.16.16.16.1研究工作的总结…………………………………………………………（79797979）6.26.26.26.2展望………………………………………………………………………（79797979）参考文献5花岗石在机械产品中部分取代钢铁的花岗石在机械产品中部分取代钢铁的花岗石在机械产品中部分取代钢铁的花岗石在机械产品中部分取代钢铁的环境影响与技术分析环境影响与技术分析环境影响与技术分析环境影响与技术分析摘要世界经济的飞速增长,同时也导致了资源、能源、生态环境以及经济可持续发展等方面的巨大矛盾。钢铁作为传统材料，属于能耗、物耗高和污染重的行业，生产成本与环境的代价都较高。随着制造业技术的发展，在精密机械或仪器的零部件中、在精密加工、特种加工和微细加工技术中钢铁金属材料较难满足部分部件产品性能要求，有必要在自然界中寻找一种比金属更稳定、更耐磨、能长时期保持高精度的原材料代替钢铁，同时价廉、环保、出产丰富易于加工。当前绿色产品的生产是企业生存和竞争的根本。绿色材料是绿色产品生产的基础。材料的环境协调性是绿色材料的主要属性。如何评价材料的环境协调性和进行绿色材料的选择是当前环境科学的一个研究重点。本文通过建立钢铁和花岗石材料生产的生命周期环境评价体系，对钢铁和花岗石生产的目标范围进行界定，明确钢铁和花岗石的生产工艺流程和产污点，明确污染物的种类和排放量，利用物料平衡计算环境负荷，通过清单分析和分类，对吨钢和每立方花岗石材料生产过程的环境负荷、能耗与资源消耗等方面进行计算对比分析；运用运筹学矩阵分析理论，建立简式材料生命周期评价矩阵，以半定量的方式从花岗石和钢铁材料的全生命周期过程进行环境属性评价，确定花岗石的环境协调性优于钢铁材料。针对传统设计中材料选择存在的问题，给出了机械产品材料选择的四个原则、方法和步骤,基于材料选择的使用性、环境性、工艺性和加工工艺性的四个基本原则，借助AHP等相关数学知识，建立材料选择的模型框架，提出材料选择多属性三级决策的新思路，并对多属性三级决策法的流程和步骤给予详细描述。通过该材料选择法从材料角度计算出花岗石在部分机械产品中可替代钢铁。并以花岗石作为数控车床部分另部件材料为例从资源的可持续性利用、环境影响、材料的机械性能和生产成本方面进行探讨。通过对花岗石构件的设计分析，提出花岗石作为机械产品部件的加工工艺性要点，为拓宽自然资源材料花岗石在机械制造业中的应用提供借鉴参考。关键词:生命周期评价绿色材料材料选择方法花岗石钢铁6GraniteproductsinthemechanicalparttoreplacesteelEnvironmentalimpactandtechnicalanalysisAbstractWiththerapidgrowthofworldeconomy,itleadstotheenormouscontradictiontonaturalresources,energy,environmentandtheeconomicsustainabledevelopment.Astraditionalmaterials,theindustryofironandsteelisofhighenergyconsumption,highpollution,highproductioncostsandenvironmentalcosts.Withthedevelopmentofmanufacturingtechnology,ironandsteelmaterialscanhardlymeetsomeperformancerequirementsofsomepartsandproductsinthefieldssuchasprecisionmachining,specialprocessingandmicromachiningtechnology.Itisnecessarytolookforal