中国焊割设备网消息:王智慧，蒋建敏，何洪文，李现兵，姜羽
北京工业大学材料科学与工程学院，北京0111223

　　摘要：应用环境负荷评估理论和方法，对焊条的焊芯及部分添加材料—大理石粉、云母片、长石粉和萤石粉进行了环境负荷评估。从评估结果中可以看出，焊芯的生产过程环境负荷较大，而矿物粉的生产过程环境负荷相对较小，其结果对指导研制环境协调型焊接材料有重要意义。

　　 关键词：焊条；环境因子；环境负荷；辅料

前言

　　目前，发展“ 循环经济”已经成为世界经济发展的主流。“ 循环经济”是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以低消耗、低排放、高效率为基本体征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对“ 大量生产、大量消费、大量废气”的传统模式的根本变革[1-5]。

　 材料作为经济发展的基础与先导，为社会带来了巨大的财富。然而从资源、能源和环境角度分析，材料的提取、生产、使用和废弃过程又是一个不断消耗和破坏人类赖以生存的空间的过程。随着人们环境意识的增强和可持续发展观念的深入人心，世界各国已经陆续立法，要求产品的生产厂家对产品整个寿命周期的环境影响负责，消费者也越来越青睐环境保护性好的绿色产品。焊接产业面临着同样的问题。焊接虽然是传统的产业，但是经过现代高技术的改造和提升，正向着高效、自动化、智能型、节能、环保型焊接的方向发展。

　 焊接一直是有污染排放的行业之一，所以有效改善焊工的工作条件、减少烟尘已经成为焊接工作者所面临的重要课题。针对这一课题，工业发达国家已经开始研究焊接材料的环境负荷以及焊接产品的生命周期的环境影响，并开始新一代低毒、低烟尘环境协调型焊接材料的研制。

　 为了新一代低毒、低烟尘环境协调型焊接材料的研究，现已开始逐步地进行焊接材料的主料和辅料的环境负荷评估，以期得到各种辅料的环境影响因子，作为指导环境协调型焊接材料的研制。在此仅对焊芯和几种辅料进行了初步的评估。

1　焊条的环境负荷评价方法

　　焊条的生产过程涉及到许多与化学、物理变量有关的数据。尽管这些数据反映了焊条生产过程对环境状态的损伤，但它们的量纲是各不相同的，难以归一化和相互比较对环境的损伤程度，从而难以准确地了解焊条的环境负荷。显然，对研究工作者来说，就要求和希望将焊条的环境负荷具体化和定量化，这样才能对焊条的生产过程中产生的废弃物如废气、粉尘等是否符合环境标准有大致的了解。根据每个细节，对环境负荷比较大的环节应进行分析和改进，以降低其环境负荷。

1.1　确定评估目标和范围

　　分析或评估目标和界定范围以及确切地分析或评估产品对象决定了分析或评估的方向和深度。它所要确定的内容包括：评价目的与范围、数据的类型及收集方式、整个系统边界、评价方法等。该文主要研究了焊条的部分添加材料如钢芯、大理石粉、云母片、长石粉和萤石粉在制成焊条之前的环境负荷，即原材料的环境负荷。

1.2　数据收集

　　为了能真实地反映产品对环境的具体影响情况，必须大量收集相关数据。只有在详细、可靠的数据基础上，才能根据数据的具体情况，选用合适的评估模型，使得评估的结果能够反映真实情况。根据收集的数据，详细列出各个阶段的各种输入和输出清单并进行分析，从而为下一阶段各种因素对目标性能的影响评价分析做准备。

1.3　环境影响因子的确定

　　在环境负荷评估里，环境影响因子是负荷评价的最基本组成部分，也就是环境负荷评估是针对环境影响因子所进行的各种计算与评价。对于该文所讨论的环境影响因子，指废弃物环境影响因子。废弃物环境影响因子就是在生产每项材料的各个过程中，都会排放出各种对环境有直接或间接影响的废弃物，基本包括废水、废气、废渣等。把每种废弃物进行细化与分类，得到的对环境有影响的众多物质，其中每一项物质就归结为一种废弃物环境影响因子。

1.4　环境因子数据的处理

　　对于环境因子的处理，首先要将有量纲的环境影响因子转变为无量纲的数据，把各种单位不一的环境影响因子单位统一化，从而可以看出该种影响因子在全生产过程对环境的负荷影响幅度，还能看出在材料的单一生产过程中所有环境影响因子对环境的负荷影响幅度。

1.5　权重系数的选择与确定

　　在整个的生产过程中，每一项废弃物环境影响因子对外环境的影响都不尽相同，有的微量会对环境造成较大的影响，而有的则恰恰相反。为了从全局把握、整体衡量，引出权重系数来标称每一项影响因子对环境影响程度的大小，以衡量每项影响因子危害程度。这些权重系数不是凭空出来的，要进行权重系数的确定，保证科学性、合理性、可操作性和简单化。权重系数的确定一般分为/ 种情况：统计权重系数；专家权重系数；当量权重系数。

1.6　建立模型

　　应用非连续函数环境负荷评估模型对原材料进行评估。叠加型评估模型公式为非连续函数ELV=∑{ELV(n)}。

　叠加型评估模型是每项环境影响因子进行有权重系数的数学叠加。此数学模型的特点在于算法简洁直接，并且对于演算过程和结果都比较直观。缺点是由于算法简洁，可能存在偏离现象。不过，由于此模型要求的数据收集不是很繁琐，符合数据收集的实际情况，故该研究主要用此模型进行计算。

1.7　数据结果分析

　　在收集了材料的相关数据后，应用环境负荷评估的方法，将得到的环境因子的数据根据具体数值，按一定的范围用一个整数表示其对环境的影响幅度。然后将各种物质在每个阶段的影响幅度和权重系数列出一个矩阵表，再对其进行汇总，求出总的环境影响数值。这个值越大，说明其对环境的影响也就越大，应该对该阶段进行合理的分析和改进，以达到降低环境负荷的目的。

2　数据采集

2.1　焊芯生产过程中的数据收集

　　焊芯的环境负荷可以近似看成钢铁的环境负荷。对于钢铁生产的环境负荷，有许多相关公开数据和报告[6]。对从钢铁冶炼到焊芯的每一个过程编号排序，收集环境影响因子即具体废弃物和排放物，以j代表环境影响因子，i表示废弃物和排放物的标准。钢铁的生产流程是：采矿（j=1）→洗矿（j=2）→炼焦（j=3）→烧结（j=4）→炼铁（j=5）→炼钢（j=6）→连铸（j=7）→热轧（j=8）→冷轧（j=9）。在焊芯生产过程中，主要收集以下各种环境影响因子，分别是废水排放量（i=1）；悬浮物排放量（i=2）；挥发酚排放量（i=3）；石油类排放量（i=4）；废气排放量（i=5）；二氧化硫排放量（i=6）；烟尘排放量（i=7）；一氧化碳排放量（i=8）氧化氮排放量（i=9）。

　　部分典型焊芯生产流程中的环境影响因子的数据列于表1和表2。

说明：编号A为废水类排放物，A后面的数字为各项排放物的序号；B为废气类排放物，B后面的数字为各项排放物的序号；C为废固体类排放物，C后面的数字为各项排放物的序号。单位：t/t 指每生产1t钢带排放废气物的质量。

说明：编号A为废水类排放物，A后面的数字为各项排放物的序号；B为废气类排放物，B后面的数字为各项排放物的序号；C为废固体类排放物，C后面的数字为各项排放物的序号。单位：t/t 指每生产1t钢带排放废气物的质量。

2.2　大理石粉、云母、长石粉和萤石粉的数据采集

　　为了得到更加实际和第一手的资料与数据，到一家以生产焊条辅料为主的工厂，主要生产大理石、云母、长石、萤石、钛铁矿。大理石粉、长石粉和萤石粉的加工流程为：采矿—破碎—过筛—研磨，而云母的加工多了水选工序。具体的数据如表3所示。

3　焊芯及添加材料的环境负荷评估

3.1　焊芯生产过程的环境影响评价

　　求出焊芯生产过程中j对各种环境因子i的具体数据之后，为了构筑焊芯生产过程的影响评价矩阵，需要对各种具体数据进行处理，以获得具体的影响幅度和权重系数。所以，规定各种环境因子的数值在10-5和10-4以下时，其影响幅度为1；在10-3以下时，其影响幅度为2；在10-2以下时，影响幅度为3；在10-1以下，影响幅度为4；在100以下，影响幅度为5；在101 以下，影响幅度为6；在102以下，影响幅度为7；在103以下，影响幅度为8；在104 以下，影响幅度为9；在104以上，影响幅度为10。这样就能很清楚的看出每个过程中每个因子的影响幅度值，如表4所示。

　　从表4中可以看出，对环境影响最大的过程是炼焦过程，其环境影响因子为19.44，其次是烧结（19.34）和炼铁（18.93）。影响较小的过程是选矿（0）、连铸（0）、热轧（0）、冷轧（0.03）。然后，从环境影响因子对环境的影响程度来看，对环境影响最大的是废水（9.54），然后是废气（8.86）、二氧化硫（6.93）、一氧化碳（7.03）、烟尘（6.93）、氮氧化物（6.71）、悬浮物（5.88）；对环境影响较小的是石油类（4.93）、挥发酚类（4.00）。

3.2　大理石粉、长石粉、萤石粉、云母生产过程的环境影响评价

　　对于这几种矿物质的生产流程的环境影响评价中权重系数的选择，都以焊芯生产流程中烟尘排放的权重系数为参考，初步选定大理石粉、长石粉、和萤石粉生产流程中的权重系数。即：在破碎阶段为0.14；过筛阶段0.12；最后研磨筛选为0.13。对于云母，取：破碎研磨阶段为0.24，水选为0.21，晒干研磨0.13，最后过筛0.12。各个矿物质生产流程的环境影
响评价如表5所示。

4　结束语

　　从影响因子看，焊芯或钢带的生产过程环境影响因子达到68.62，4种辅料的生产过程环境影响因子为2.8。考虑到焊丝或焊带的重量系数或加粉系数为50%-80%，因而焊丝或焊带环境负荷最大。

　　在大理石粉、云母片、长石粉和萤石粉的生产流程中对环境的影响较焊芯来说是比较小，这与它们生产流程简单、废弃物单一有关。大理石粉、长石粉和萤石粉生产过程中的主要环境影响因子为粉尘，其整个生产过程中的影响程度为0.39。这3种石粉的整体环境影响程度为1.17，与焊芯各个生产过程中环境影响程度比较来看，它们的影响幅度还是比较小的。而云母片的生产过程中的环境影响程度和大理石粉、长石粉、萤石粉生产过程相比较，是比较大的，其整个生产过程中废渣的影响程度为2.80，比3种石粉的影响幅度总和还要高，这与云母片生产工艺过程有关。

　　该研究仅对焊条的几个辅料和焊芯进行了环境负荷评估，焊条添加辅料的环境负荷评价是一个较大的系统，需要建立完整的数据库，这方面的工作刚刚开始，还需要进行大量的工作。

参考文献：

[1] 刘江龙：环境材料导论[M]；北京：冶金工业出版社，1999
[2] 聂祚仁：生态环境材料的研究与发展趁势（上）[J]新材料产业，2001，（10）：12-15
[3] 席德立，彭小燕 LCA中清单分析数据的获得[J]环境科学，1997，9（5）：84-89
[4] Stavrose.Daniel,Giannis T.Tsoulfas,Costas P.Pappis,et al. Aggreating and Evaluating The Results of Different Environmental Impact Assessment Methods[J].Ddepartment of Industrial Management,2004,（1：）125-138
[5] 刘江龙，丁培道，钱小蓉，等：金属材料的环境影响因子及其评价[J]环境科学进展，1996，4（6）：45-50
[6] 刘江龙：材料的环境影响评估[m] 北京：科学出版社，2002