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濟南庫倫特科技有限公司
         

環保呼聲高漲,囧途中的金屬加工液路在何方?

 

金屬加工液指用于金屬及其合金在切削和成型加工過程中起潤滑、冷卻、清洗及防銹等作用的介質,如機械加工過程中使用的各類切削液、磨削液、軋制液等。在機械制造領域,金屬加工液在提高加工效率、改善加工質量、減少刀具損耗、便于排除切屑、防止金屬銹蝕等方面效果顯著是一類量大面廣的消耗性輔助材料。當今它正面臨著多重壓力。

1. 金屬加工液面臨的壓力

首先是環境壓力。金屬加工液屬油脂化工產品,其生產、運輸和使用都受到嚴格的管制。使用金屬加工液產生的耗散物及廢棄物會對勞動衛生和生態環境均構成一定的危害。近來不斷曝光的溢入河道、注入地下的工業廢水污染事件,都有金屬加工液的身影。這方面的例子頗多,不容忽視。

其次是性能壓力。近些年來,高速、高效、強力、重負荷、高精度等詞匯常用來描述現代加工技術的進步,這些新工藝都對金屬加工液的內在品質、供液方法、供液壓力和流量寄予更高的期望;與此同時,新的機械工程材料(如新型鋁合金、鎂合金、鈦合金等)和切削工具材料(如新型硬質合金、金屬陶瓷、復合涂層、金剛石、立方氮化硼)的應用,都對金屬加工液的性能提出更多特殊的要求。

還有經濟壓力。近十年來,一方面,國際油價大起大落帶動化工原料價格忽高忽低,原料跌的時候,用戶要求產品降價;原料漲的時候,產品價格又降不下來,生產廠家不得不自己承受這種落差損失;另一方面,各國的勞動保障和環境保護法規日趨嚴厲;企業需要增加勞保開支和廢液處理費用,導致使用金屬加工液的間接成本增加,金屬加工液面臨日益增長的經濟壓力。

在這樣的多重壓力下,囧途中的金屬加工液路在何方?以下針對金屬加工液中使用量最大、影響面最廣的切削液(含磨削液及應用于各種去除加工的冷卻潤滑液)進行敘述。

 

2. 解決金屬加工液生態環境問題的三條路線

其一是徹底摒棄金屬加工液,采用干式切削技術,其中包括冷風切削、吹氧切削、液氮切削等;其二是采用半干式切削技術,主要指微量切削液加工技術。其三是改造傳統金屬加工液,將其負面影響降低到最小程度,使之成為環境友好的,并能被保護生態環境的法規所接受。這三條路線互為補充,各有其優缺點和應用范圍。

1)干式切削

干式切削在加工過程中不使用金屬加工液,可徹底避免金屬加工液的負面影響,同時也放棄了金屬加工液所能帶來的好處。干式切削面臨的主要問題是切屑形成過程中潤滑性差導致刀-屑、刀-工界面上摩擦劇烈,能耗大,發熱多,加上冷卻不力,因而刀具損耗快、工件熱變形等等;另一個不容回避的問題是機床與工藝裝置的銹蝕以及工件的短期工序間防銹問題。用干式(包括冷風、液氮)切削后,通常需要增加機床和工件的防銹處理以及之后的清洗處理特別是在高溫、潮濕的地區和季節。其結果是減少了切削液卻增加了防銹液、清洗液;從總體上看,有時并不能有效地達到減輕環境負荷的目的。此外,加工過程中的沖洗、排屑等方面的問題也需要特殊處理。干式切削的發展依賴于刀具材料、工件材料、機床技術和切削技術的進步。從目前的技術進展情況來看,干式切削還只能在一小部分加工領域中應用,有較大的局限性。

2)半干式切削

半干式切削主要指微量切削液加工技術,是一種技術上的折衷,既能部分保留濕式切削的利點,又可減輕其負面影響,已經在一些加工領域取得了較好的應用效果,是目前綠色加工技術的研究熱點之一,有廣闊的應用前景;但也存在著油霧污染問題以及在某些加工場合潤滑冷卻不足之類的煩惱。

3)環境友好金屬加工液

傳統金屬加工液受到的環境壓力將會愈來愈嚴酷,進行改良和創新勢在必行。不僅要繼續提高金屬加工液的加工性能更應該積極著眼于研究開發和推廣應用低毒、低污染的環境友好型金屬加工液其遠景目標是開發、應用無毒、無污染的綠色金屬加工液Green Metalworking Fluid。這是解決問題的根本途徑,是實現綠色制造的重要步驟,目前的研究十分活躍,任重而道遠。

顯然,金屬加工液使用一段時間后必然存在著消耗、退化、變質等問題,需要進行廢液再生處理與循環利用。關于這方面的話題,限于篇幅,不再贅述。

3.環境友好金屬加工液

1)含義

環境友好金屬加工液 (Environmentally Friendly Metalworking Fluid) 指滿足使用性能和生態環境效應雙重要求的金屬加工液。這里所指的生態環境效應包括:金屬加工液及其耗散與廢棄產物的毒性(Toxicity)和生態毒性(Eco-toxicity)以及生物累積性(Bioaccumulation)、生物可降解性(Biodegradability)、資源可再生性 Resource Renew-ability)等。簡言之,環境友好金屬加工液既能滿足金屬加工的使用要求,金屬加工液本身及其耗散與廢棄產物對生物和生態環境又不構成危害, 或在一定程度上為生態環境所容許,資源可循環利用或容易再生。

2)界定

如何界定金屬加工液是不是環境友好的,目前還沒有統一說法。一些發達國家已經相繼建立了環境標志組織,對環境友好的產品進行標識。如歐洲的“生態標志”、北歐四國(挪威、芬蘭、瑞典、冰島)的“白天鵝”、德國的“藍色天使”、法國的“NF環境標志”、美國的“綠色標記”等。產品要獲得這些標志都必須滿足相應的生態效應指標。

金屬加工液成份復雜、毒性和環境影響研究很不充分,試驗數據十分匱乏。在此之前我國還沒有金屬加工液有害物質的管控標準,金屬加工液生產、使用及管理都缺乏相應的依據。

4.GB/T 32812-2016《金屬加工液 有害物質的限量要求和測定方法》簡介

1)制定過程

可喜的是,我國已經著手進行金屬加工液相關環境標準的研究工作。2010年國家質量監督檢驗檢疫總局啟動了公益性行業科研專項《清潔高效基礎制造工藝技術標準研究》。在這個項目支持下,由中機生產力促進中心、濟南庫倫特科技有限公司提出立項建議,開展《金屬切削液 有毒有害性評價導則》的研究,并于2012年提交了《金屬切削液 有毒有害性評價》國家標準立項申請,同年12月獲得批準(國家標準計劃編號:20121362-T-469)。工作組由金屬加工企業(用戶)、金屬加工液研究機構及生產企業共同組成;技術歸口單位為全國綠色制造技術標準化技術委員會。正式的國家標準命名為《金屬加工液 有害物質的限量要求和測定方法》,標準號為GB/T 32812-2016,標準發布日期為2016829,正式實施日期為201731

2)主要內容

GB/T 32812-2016規定了禁用物質(Prohibited substances)和受控物質(Controlled substances)。所謂禁用物質指對人體健康、動植物生命安全及環境具有危害或潛在危險,由法規規定在某些產品中禁止使用的物質(GB/T 28612-2012,定義5.29)。所謂受控物質是指對人體健康、動植物生命安全及環境的危害或潛在危險性尚不明確、用戶要求在公開其在產品中使用狀況的物質。

GB/T 32812-2016規定了6種禁用物質。它們是亞硝酸根NO2- 、壬基酚聚氧乙烯醚、C10~C13短鏈氯化石蠟、多環芳烴、二乙醇胺和鉛。對上述禁用物質都規定了限量要求和測定方法。

GB/T 32812-2016規定的受控物質包括:硼酸、四硼酸鈉和氯化石蠟(C14~C17、>C18)。受控物質應在金屬加工液產品安全技術說明書(SDS)中標明其名稱、濃度或濃度范圍值。

3)現實意義

國家標準GB/T 32812-2016的現實意義是十分明顯的。通過制定金屬加工液有害物質管控標準,為金屬加工液生產企業和使用者提供依據,對規范金屬加工液市場、保護工人健康和減少環境影響具有重要意義,同時也可以為環境管理部門提供科學管理依據。從一定程度上講,該標準為環境友好金屬加工液產品設立了一道門檻:所列有害物質的含量高于這道門檻的門檻值者,不是環境友好金屬加工液。那么人們可能會問:如果金屬加工液產品中有害物質的含量低于這些門檻值,是不是就一定是環境友好的金屬加工液呢?從目前的生產發展水平而論,暫且可以這么認為;但這道門檻的內容和高度不是一成不變的,它會隨著社會對生態環境問題的認知水平與承受能力以及科學技術的進步而發展變化的。

4)一點感想

濟南庫倫特科技有限公司作為國內唯一的一家金屬加工液生產企業,參與了制定該標準導則及正式標準全過程的相關研究工作。一家小微企業為什么能夠在這方面有所作為呢?這要從這家企業創辦的源頭和宗旨上談起。

濟南庫倫特科技有限公司成立于2009年初。公司創辦人劉鎮昌博士(原山東大學教授、博士生導師)從事切磨削液技術、切磨削加工理論與新技術、綠色制造與清潔生產技術的研究三十余年,曾多次應邀在日本和美國從事上述領域的合作研究,現任全國綠色制造技術標準化技術委員會委員,已出版著譯作《切削液技術》(編著)、《金屬切削液——選擇、配制。使用與管理》(編著)、《制造工藝實訓教程》(主編)、《現代刀具設計與應用》(參編)、《切削液與磨削液》(獨譯)、《金屬加工液》(參譯)等,發表研究論文百余篇,為公司的發展奠定了堅實的科學技術基礎。

濟南庫倫特科技有限公司是一家集科、工、貿于一體的現代化小微企業。公司設有切削液生產車間和專門的研究室,幾乎每年都自籌資金聘請國外的切削液專家來研究室進行學術交流與合作研究,使切削液產品的質量和性能跟上國際先進水平。公司的主要研究人員將大部分時間和精力用于新產品開發和老產品的環境友好化改進。現已獲得兩項切削液產品的國家發明專利、

濟南庫倫特科技有限公司長期致力于宣傳綠色制造理念,研發和推廣清潔生產技術、環保節能技術、環境友好機械制造工藝油(液)及其相關設備和技術,經常到工礦企業舉辦技術講座。公司的宗旨是:興綠色制造,倡環保節能;創民族品牌,長國人之氣。

 

         
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