报废汽车金属材料的回收.doc

报废汽车金属材料的回收一、汽车的类型及其材料构成 二、汽车用金属材料的分类和应用 三、报废汽车中金属材料的回收 四、报废汽车金属材料回收流程 五、回收设备的开发 六、废旧总成及零件的翻新重用 一、汽车的类型及其材料构成 汽车有三大类型：客车、货车和轿车。汽车的主要材料有金属材料、塑料、橡胶、玻璃、油漆等。废汽车的金属材料组成见表。 废汽车的金属材料组成 项目 轿车 卡车 公共汽车 Kg/台 % Kg/台 % Kg/台 % 生铁 35.7 3.2 50.8 3.3 191.1 3.9 钢材 871.2 77.7 1176.7 76.1 3791.1 76.6 有色金属 52.4 4.7 72.3 4.7 146.7 3.0 其它 161.8 14.7 246.1 15.9 817.8 16.5 合计 1120.1 100 1545.9 100 4946.7 100 由表可见，钢铁材料占废汽车总重量的80%左右，有色金属占34.7%。虽然，为使汽车轻量化，塑料和铝的用量将有逐年提高的趋势，但相对有色金属和塑料而言，由于钢具有成本低、加工难度较小、强度高、生产工艺较成熟、炼钢能耗低、容易回收再利用、利于环境保护等优点，所以它是组成汽车的最重要的材料。 旧汽车的回收利用主要是针对其中的金属材料的，其回收利用率的高低将直接影响到一辆汽车回收价值的大小。 二、汽车用金属材料的分类和应用 1金属材料的分类 金属材料可分为黑色金属材料和有色金属材料两大类。黑色金属材料包括钢和铸铁。按是否含有合金元素来分，钢可分为碳素钢和合金钢二类，碳素钢按冶炼质量又分为普通碳素钢和优质碳素钢。合金钢有合金结构钢和特殊钢之分。根据钢材在汽车中的应用部位和加工成型方法，可把汽车用钢分为特殊钢和钢板两大类。特殊钢是指具有特殊用途的钢，汽车发动机和传动系统的许多零件均使用特殊钢制造，如弹簧钢、齿轮钢、调质钢、非调质钢、不锈钢、易切削钢、渗碳钢、氮化钢等。钢板在汽车制造中占有很重要的地位，载重汽车钢板用量占钢材消耗量的50% 左右，轿车则占70%左右。按加工工艺分，钢板可分为热轧钢板、冷冲压钢板、涂镀层钢板、复合减振钢板等。 2.金属材料在汽车中的应用 2.1 特殊钢的应用 2.1.1 弹簧钢 汽车上某些零件如钢板弹簧、发动机气阀弹簧、悬挂弹簧、离合器膜片弹簧和波形片弹簧等，要求具有高和稳定的弹性极限；高的强度和疲劳极限，并能承受较大的冲击载荷；足够的塑性和韧性。为了保证上述零件在高载荷下能正常工作，必须采用弹簧钢制造。 2.1.2 齿轮钢 汽车中的变速箱齿轮、差速齿轮、后桥齿轮等，在工作时承受交变弯曲力的作用，换挡时又承受冲击，轮齿的表面在带有滑动的滚动摩擦中受到接触压力和摩擦力的作用。总之，齿轮在使用过程中由于受力情况较为繁重，所用材料必需具有高的疲劳极限，合适的心部强度和韧性，轮齿的表面要耐磨等。为了满足这些要求，汽车齿轮一般须进行表面渗碳、碳氮共渗或高频表面淬火等热处理。 2.1.3 调质钢 曲轴是发动机中最主要的零件之一，它承受发动机周期性变化着的气体压力，活塞连杆组的往复惯性力、回转惯性力和曲柄间的扭转力等作用，在高速的发动机中，还有扭转振动的影响，因此制造曲轴的材料要求具有高的强度和适当的冲击韧性。凸轮轴经常承受滚轮、推杆、摇杆、挺杆、气阀弹簧等零件传来的惯性力，气阀的推力及由凸轮传来的扭力等的复杂作用。所以要求材料具有高的硬度、强度和适当的韧性。连杆连接活塞和曲轴，把汽缸内的气体，爆发力传递给曲轴，驱使曲轴回转，它承受往复惯性力和旋转惯性力，所以连杆在工作中处于一种很复杂的应力状态。连杆螺栓是发动机中承受载荷较大的零件之一，它承受着很大的具有冲击性的迅速变化着的拉力。上述曲轴、凸轮轴、连杆、连杆螺栓，还有缸盖螺栓、后半轴、转向节等零件所用钢材，一般均为调质钢，即中碳结构钢或中碳低合金结构钢，采用调质处理以获得所需要的性能。 2.1.4 非调质钢 非调质钢是在碳素结构钢中加入微量钒、钛、铌，通过轧制和锻造直接冷却，微合金元素的碳化物或碳氮化物弥散析出，起到析出强化和细化晶粒作用。钢在锻轧状态就可以直接加工成制品，无需经过调质处理就能达到良好的综合力学性能。由于非调质钢的显著经济效益，得到各国生产和使用部门的高度重视，世界上几乎所有的主要产钢厂都在研制和推广应用这类钢种。非调质钢在工业上的应用范围正在不断扩大，已成功地用来制造汽车中的曲轴、连杆、半轴、齿轮轴和轴类等零件。 2.1.5 渗碳钢 用于制造表面要求具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限，而心部仍保持足够的塑性和韧性的零件如齿轮、活塞销、凸轮轴、气阀挺杆、拉杆、球头销、球碗、前桥半轴、万向节十字轴等。 2.1.6 不锈钢 汽车发动机排气阀常见的故障是头部阀面被烧坏、腐蚀、部分过热或熔化、挠曲变形、头部疲劳碎裂及阀杆断裂等。因此在设计配气机构时，不仅要有合理的结构与工艺，并且在选材上应有严格的要求。气阀钢应具有较高的室温和高温强度、持久强度、硬度和耐磨性；具有良好的抗燃气腐蚀和抗氧化性；在工作期间保持尺寸稳定和不变形；具有高的导热系数，而线膨胀系数应与导管材料的大致相近；具有冷热变形和切削加工性能及焊接性能。为达到上述性能要求，汽车排气阀及排气系统中的排气歧管、溢流管、催化转化器、消声器和尾管等应采用耐热不锈钢制造。 2.1.7 易切削钢 在机械制造工业中，切削加工是一种主要工艺，随着机械工业和近代技术的发展，切削加工正走向精密化、高速化和自动化大量生产。为此，对钢材的切削加工性能的要求也越来越高，这就促使了易切削钢的出现。在汽车生产中，需要大量的各种品种规格的易切结构钢，以便在不增加设备和人员的条件下提高需要切削加工的机器零件，如各种标准件、齿轮、转向齿条、阀簧座、连杆、曲轴等的切削速度。 2.2 钢板的应用 2.2.1 热轧钢板 主要用于车架等承受应力较大的零件，如汽车的纵梁和横梁等。它是采用双相钢通过控制轧制而成。 2.2.2 冷冲压钢板 小于等于4 毫米的薄钢板，一般用来制造驾驶室、发动机罩、翼子板、车厢、散热管护罩等不受载荷的各种覆盖零件；大于4 毫米的厚钢板用来制造承受一定载荷的零件，如大梁、横梁、车架、保险杠等。 2.2.3 涂镀层钢板 涂镀层钢板有镀锌板和镀铝板，镀锌板冲压性能、焊接性能都较好，可用作驾驶室底版、车身覆盖件和油箱等汽车零件；镀铝板耐腐蚀性能和镀层耐热性好，主要用在消声器、排气管等零件。 2.2.4 复合减振钢板 复合减振钢板由低成本的钢板和低质量树脂结合而成，其特点是减轻汽车质量，降低车内噪声。它主要用作档泥板、隔板、底版和顶板、油漆壳、隔音板等。 2.3 铸铁的应用 除了变速箱、发动机缸体采用铸铁制造外，近来，由于铸造和热处理技术的进步，汽车中许多重要零件也采用铸铁制造，既可显著地降低制造成本，又不降低使用效果。如发动机上采用稀土镁球墨铸铁曲轴的日益增多，近年来，合金铸铁和球墨铸铁的凸轮轴也有了一定的发展，经过适当热处理的铸铁凸轮轴在耐磨性方面并不亚于钢制的凸轮轴，甚至在某些场合优于钢制的凸轮轴。 2.4 有色金属材料的应用 三、报废汽车中金属材料的回收 废旧汽车总重量的80%左右是金属材料，旧汽车的回收利用主要是针对其中的金属材料的，其回收利用率的高低直接影响到一辆汽车回收价值的大小。 1.国外报废汽车中金属材料回收 国外旧车回收的一个重要渠道是各大汽车公司回收自己的旧车，对于回收后可重用的零部件直接用到现使用的车上，不可重用的零部件可以材料形式回收，发动机上有很多零部件可直接重用到新车上，而性能不会有任何影响，如发动机支架、空调压缩机支架、机油标尺、离合器压盘等。这样做旧车可最大限度地回收利用。 日本轿车的更新换代很快，使用期较短，发动机旧件基本上可重用，机身及其他尚可用作备件的各零部件可在日本国内流通，也可出口。不可用的零部件由专人将铁和铝及其他有色金属分离，铁多数熔化后用于土建材料，铝则可再生之后用于生产汽车零件或其他产品。车身一般只作为材料回收。车身骨架经冲压之后，利用磁铁将铁和其他有色金属材料分离，然后，再将有色金属材料和非金属材料（树脂、纤维、木材、玻璃等）分开。 在德国目前75%的废汽车上的材料可回收利用，与日美等国差不多，其余25%的材料为不可回收材料，需作堆放和填埋处理。德国奔驰汽车公司已使金属回收率达到95%。 美国对汽车回收的研究很先进很深入，起步较早。美国三大汽车公司都有专门的汽车回收试验研究中心，对汽车上的各种材料回收都有成果和专利问世。 2.我国废旧汽车中金属材料回收现状 我国旧车的报废与回收从形式上分为二种：官方回收和民间回收。官方回收按照国家规定，车辆六大件：发动机、变速箱、前桥、后桥、方向机、车架必须严格按照材料形式回收，不准再出售利用。其他的金属材料零部件如钢板弹簧等可利用的均可进入旧车交易市场或旧车零部件市场出售，或者以材料形式回收。民间回收实际上包括了旧车报废及其零部件的交易两个方面。回收单位并不是严格意义上的企业，而是一些个体私人作坊，报废及回收的手续很大程度上与国家的有关政策不相符合。如安徽凤阳刘府拆旧市场，国家规定不准出售的六大件可以随意买到，而且可以拼装整车出售，不受任何限制。 上海市目前共有华东拆旧中心等十三家拆车厂，以上海华东拆旧中心为例，该厂按照国家规定，对任何一辆车拆解以后，其中六大部件不准出售，必须彻底拆掉，根据金属种类分类，然后砸碎，作为材料回收，送钢厂回炉。其他零部件可由拆车厂自行处理，对可利用的旧零部件尽力拆卸完整,不要损坏，以便回收利用，有些零部件还要精拆。对车辆零部件依新旧程度卖给用户，一般为个体户、市郊农民、本地或中西部汽车修理厂等。零部件中的有色金属和黑色金属一样都回收。象铜、铝等金属，拆下收集，统一送有关公司回炉，炼成新的铜材、铝材出售。 四、报废汽车金属材料回收流程 从废旧汽车中回收金属材料的莱茵哈特法工艺流程（美国专利4014681 号）如图： 国内汽车回收的典型流程如下图： 废旧汽车经拆卸、分类后作为材料回收的必须经机械处理，然后将钢材送钢厂冶炼，铸铁送铸造厂，有色金属送相应的冶炼炉。当前机械处理的方法有剪切、打包、压扁和粉碎等。 剪切：用废钢剪断机将废钢剪断，以便运输和冶炼。 打包：用金属打包机将驾驶室在常温下挤压成长方形包块。 压扁：用压扁机将废旧汽车压扁，使之便于运输剪切或粉碎。 粉碎：用粉碎机将被挤压在一起的汽车残骸用锤击方式撕成适合冶炼厂冶炼的小块。 对于金属材料的机械处理有三种可供选择的方案： 方案一： 名称 处理方法 推荐设备 汽车壳体 采用金属打包机打包 Y81-250B，Y81-315，Y81-400 汽车大梁 采用废钢剪断机剪断 Q43-63B 型鳄鱼式废钢剪断机 变速箱、发动机缸体 铸铁破碎机破碎 PSZ-160 型铸铁破碎机 方案二： 名称 处理方法 推荐设备 汽车壳体和大梁 门式废钢剪断机预压剪断 Q91Y-630,Q91Y-800,Q91Y-1000， Q91Y-1200 变速箱、发动机壳体等 铸铁件破碎机破碎 PSZ-160 型铸铁破碎机 方案三： 采用废汽车处理专用生产线整车处理，即送料压扁剪断小型粉碎机粉碎风选磁选出料或送料大型粉碎机粉碎风选或水选出料。 方案一的特点是投资少，处理灵活，占地面积小，适合于私人或较小企业使用。方案二与方案一的主要区别在于对钢件的处理设备不同，投资较多，处理后废钢质量好，所选用的机器寿命长，生产效率高，适合于中型企业使用。方案三的特点是可以将整车一次性处理，可将黑色金属有色金属和非金属材料分类回收，所回收的金属纯度高，是优质的炼钢原料，适合于大型企业报废大量废旧汽车处理使用。此方案的生产效率很高，如英国群鸟集团公司安装的粉碎生产线，小时处理能力可达到250 吨，但是它的占地面积也大，功率大（小型粉碎机的功率在1000 千瓦以上，大型的在4000 千瓦以上），需要的投资也较多，适合于大量处理旧车的专用厂，对我国目前的现状来看，这样的大型汽车处理还不适用，但是随着我国汽车工业的迅速发展，轿车进入家庭是必然的趋势，每年必然有大量的汽车报废，这样生产线和设备是必需的。 五、回收设备的开发 世界上能加工出理想的废钢铁的设备是废钢铁生产线，其主体是破碎机，辅助设备是输送、分选、清洗装置。先由破碎机用锤击方法将废钢铁破碎成小块，再经磁选、分选、清洗，把有色金属和非金属、塑料、油漆等杂物分离出去，得到的洁净废钢铁是优质炼钢原料。目前这样的处理废旧汽车生产线在世界上已有600 多条，但大多集中在汽车工业发达的国家。 拆车技术和设备落后引起的直接后果是对资源的浪费，目前我国报废旧车上以材料回收的零部件存在回收利用率低、效率低、回收种类少等问题。例如车架的分割采用氧气切割，这种方法能量高，金属烧损量大。由于加工设备水平的限制，不能加工出质量很高的废钢，而钢铁公司对废钢铁的要求是很高的，特别是用废钢铁再生高质量钢材时。因此，开发适合我国国情的报废汽车回收设备及废钢铁生产线势在必行。 打包机液压机和剪切设备在我国相对来说，起步较早些，有数家生产这些设备的企业，其中处于主导地位的是宣昌机床股份有限公司，该公司从70 年代初开始金属回收机械的研究，拥有全国唯一的金属回收机械研究所，主要产品有4 个系列50 多个规格型号。1982 年后，该公司又成功开发了可将整个汽车驾驶室一次压成合格炉料的Y81-250 金属打包液压机和可将半个解 放、东风等车型的驾驶室压成包块的Y81-160 型金属打包液压机。目前该公司正在研制开发废钢铁生产线中的主体设备破碎机，已经做了收集