金屬材料環(huán)境友好成型加工技術(shù)研究

摘 要：金屬材料環(huán)境友好成型加工技術(shù)就是在金屬材料生產(chǎn)過程中，對能源消耗少、對環(huán)境污染小、生產(chǎn)成本低的材料的加工。文章結(jié)合金屬材料成型加工過程的特點(diǎn)，分析了金屬材料成型加工過程的環(huán)境負(fù)荷，論述了金屬材料環(huán)境友好成型加工技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：金屬材料；環(huán)境友好加工；清潔生產(chǎn)

1 概述

金屬材料具有優(yōu)良的使用性能和工藝性能，我國的人均金屬材料占有量依然很低，金屬材料在一段相當(dāng)長的時期將占據(jù)材料工業(yè)的主導(dǎo)地位[1]。隨著可持續(xù)發(fā)展思想、理念及其實踐的逐步形成與不斷發(fā)展，在金屬材料零部件的成型、加工、使用、拆卸、回收再利用等環(huán)節(jié)，符合人與自然和諧發(fā)展的基本要求，加強(qiáng)污染防止與治理、減少廢物、替代有害物質(zhì)、注重清潔生產(chǎn)技術(shù)正在成為支持可持續(xù)發(fā)展的有力戰(zhàn)略措施[2]。傳統(tǒng)的金屬材料內(nèi)成型與控制技術(shù)包括液態(tài)成型技術(shù)、固態(tài)成型技術(shù)以及液—固成型技術(shù)。金屬材料環(huán)境友好成型加工技術(shù)既包括按環(huán)境友好金屬材料的基本思想和設(shè)計原則開發(fā)的新一代金屬材料，也包括對傳統(tǒng)金屬材料的環(huán)境友好化改造，也就是說，在傳統(tǒng)金屬材料基礎(chǔ)上，通過對金屬材材料制造工藝的不斷調(diào)整，成型加工技術(shù)的不斷改造，逐漸實現(xiàn)傳統(tǒng)材料的環(huán)境友好成型加工技術(shù)[3]。金屬材料環(huán)境友好成型加工技術(shù)要求在金屬材料產(chǎn)品生產(chǎn)過程中具有對能源消耗少、對環(huán)境污染小、對生產(chǎn)成本要求低的特點(diǎn)，也具有循環(huán)再生利用高的工藝基礎(chǔ)和技術(shù)優(yōu)勢。只有這樣，才能將金屬材料環(huán)境友好成型加工技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)形結(jié)合，在金屬材料及金屬產(chǎn)品的設(shè)計階段，就要縱觀金屬材料產(chǎn)品整個生命周期過程，充分考慮到每個成型加工環(huán)節(jié)對節(jié)省資源、能源、保護(hù)環(huán)境、廢棄后容易再生循環(huán)的要求，同時具有良好的功能特性和舒適性，達(dá)到環(huán)境友好材料的目的[4]，從而提高金屬材料在生產(chǎn)和使用中的資源及能源的利用效率，降低成本，提高質(zhì)量，增大可靠性，延長設(shè)備使用壽命[5]。所以，金屬材料環(huán)境友好成型加工技術(shù)是面向環(huán)境的金屬材料成型加工及應(yīng)用研究，是金屬材料產(chǎn)業(yè)中人與自然和協(xié)調(diào)發(fā)展的理性選擇，是金屬材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

2 金屬材料成型加工過程的環(huán)境負(fù)荷

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，金屬材料成型加工的總量也在不斷增大，對資源和能源的消耗也不斷增加，由此造成的資源和能源短缺現(xiàn)象也日益嚴(yán)重。金屬材料礦產(chǎn)資源是不可更新的自然資源，傳統(tǒng)的成型加工過程對金屬材料大量消耗，必然會使人類面臨金屬材料資源逐漸減少以至枯竭的威脅。我國鋼鐵工業(yè)能源消耗巨大，金屬材料生命周期的各個階段均會造成環(huán)境負(fù)載。由于金屬材料在采礦冶煉、成型加工、產(chǎn)品制備、設(shè)備使用及廢棄過程中產(chǎn)生大量的廢水、廢氣、固體廢棄物等，對生態(tài)環(huán)境造成了很大的破壞，致使全球環(huán)境污染問題變得更加嚴(yán)峻，加重了地球的環(huán)境負(fù)擔(dān)。因此，對金屬材料的成型加工、生產(chǎn)和使用而言，對自然資源的消耗是源頭，對生態(tài)環(huán)境的污染是末尾。就鋼鐵材料冶金生產(chǎn)而言，鋼鐵的生產(chǎn)和使用與資源消耗和環(huán)境負(fù)荷有著密不可分的關(guān)系。由于鋼鐵材料以型材供應(yīng)為主，鋼鐵材料的能耗居材料產(chǎn)業(yè)能耗之首；就廢物排放而言，排放的廢水、廢氣量大。我國有色金屬材料工業(yè)，由于礦產(chǎn)資源品位很低，有色金屬材料進(jìn)行提取和加工耗能較大。每年生產(chǎn)的有色金屬產(chǎn)品造成大量的尾礦和廢渣等工業(yè)固體廢棄物。在有色金屬材料生產(chǎn)過程中，向大氣中排放的二氧化硫、氟化氫等廢氣，是工業(yè)有毒廢氣的主要源頭之一。所以要減輕金屬材料成型加工過程的環(huán)境負(fù)荷，在金屬材料成型加工設(shè)計階段，就把金屬材料的使用性能與和環(huán)境保護(hù)結(jié)合起來，使金屬材料在具有優(yōu)異性能同時，也充分滿足資源的有限性和自然環(huán)境容量的有限性。

3 金屬材料環(huán)境友好成型加工技術(shù)

一是降低鋼鐵生產(chǎn)中的噸鋼能耗比，采用先進(jìn)的金屬材料成型加工工藝及設(shè)備，逐步淘汰落后的軋鋼工藝裝備。提高廢鋼鐵在現(xiàn)代煉鋼中的比重，推廣高效節(jié)能、環(huán)境友好的的電能煉鋼技術(shù)。在電爐中采用輔助能源裝置和余熱回收循環(huán)利用技術(shù)，提高連續(xù)鑄造、連續(xù)退火、直接軋鋼等連續(xù)化生產(chǎn)的比重。應(yīng)健全金屬材料成型加工工藝廢舊鋼回收管理機(jī)制，將廢鋼鐵回收、加工、分離技術(shù)和有害元素的去除技術(shù)與金屬材料環(huán)境友好成型加工技術(shù)結(jié)合起來。進(jìn)一步提高金屬材料成型加工過程的成材率，應(yīng)用近終形連鑄技術(shù)，使連鑄坯的尺寸接近設(shè)計的最終鋼材斷面尺寸，省去了開坯工藝、初軋工藝，甚至可以免去整個熱軋工序過程。先進(jìn)的連鑄技術(shù)可控制冷卻速率，金屬凝固速度提高，形核率增大，可得到細(xì)小晶粒組織，減少或消除中心偏析等缺陷，獲得良好的鋼材性能。目前，近終形連鑄的鋼鐵短流程的工藝特點(diǎn)是無焦碳、不軋制，全部實現(xiàn)熱態(tài)連續(xù)生產(chǎn)過程。二是開發(fā)金屬材料環(huán)境友好成型加工產(chǎn)品，在工業(yè)生產(chǎn)中，將低資源消耗、低能源消耗、低污染的金屬材料產(chǎn)品，根據(jù)其生命周期的長短分為流動性產(chǎn)品和貯存性產(chǎn)品。易拉罐等流動性產(chǎn)品的生命周期短，要求在產(chǎn)品整個生命周期投入盡可能少的資源消耗和能源用量。不但要選擇在這個階段的資源消耗少、能源消耗低的材料，還要易于循環(huán)再生。橋梁結(jié)構(gòu)材料等貯存性產(chǎn)品生命周期長，在降低制造階段的資源消耗和低能源消耗時，更重要的是采用金屬材料環(huán)境友好成型加工技術(shù)，通過橋梁結(jié)構(gòu)材料的高功能化、長壽命化、提高橋梁結(jié)構(gòu)材料的可靠性和可維修性，滿足低污染、低的資源消耗、低的能源消耗要求。三是金屬基復(fù)合材料的二次成型加工技術(shù)，金屬基復(fù)合材料具有可設(shè)計性好的優(yōu)異性能，普遍應(yīng)用于航海、航空、航天、軍事等各個領(lǐng)域[5]。在金屬基復(fù)合材料的成型加工生產(chǎn)中，為了降低復(fù)合材料生產(chǎn)成本，提高復(fù)合材料性能，往往是先將金屬基復(fù)合材料制成初級坯料后，再采用二次成型加工技術(shù)進(jìn)行成形，制成可應(yīng)用的復(fù)合材料零件、或者型材等[6]。隨著金屬基復(fù)合材料精密成型加工技術(shù)的發(fā)展，精密潔凈、表面光潔、尺寸精度高的金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品需求量逐年增大，精確化和強(qiáng)韌化的金屬基復(fù)合材料產(chǎn)品市場越來越大。

參考文獻(xiàn)

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