金屬材料環境友好成型加工技術研究

摘 要：金屬材料環境友好成型加工技術就是在金屬材料生產過程中，對能源消耗少、對環境污染小、生產成本低的材料的加工。文章結合金屬材料成型加工過程的特點，分析了金屬材料成型加工過程的環境負荷，論述了金屬材料環境友好成型加工技術在工業生產中的應用。

關鍵詞：金屬材料；環境友好加工；清潔生產

1 概述

金屬材料具有優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長的時期將占據材料工業的主導地位[1]。隨著可持續發展思想、理念及其實踐的逐步形成與不斷發展，在金屬材料零部件的成型、加工、使用、拆卸、回收再利用等環節，符合人與自然和諧發展的基本要求，加強污染防止與治理、減少廢物、替代有害物質、注重清潔生產技術正在成為支持可持續發展的有力戰略措施[2]。傳統的金屬材料內成型與控制技術包括液態成型技術、固態成型技術以及液—固成型技術。金屬材料環境友好成型加工技術既包括按環境友好金屬材料的基本思想和設計原則開發的新一代金屬材料，也包括對傳統金屬材料的環境友好化改造，也就是說，在傳統金屬材料基礎上，通過對金屬材材料制造工藝的不斷調整，成型加工技術的不斷改造，逐漸實現傳統材料的環境友好成型加工技術[3]。金屬材料環境友好成型加工技術要求在金屬材料產品生產過程中具有對能源消耗少、對環境污染小、對生產成本要求低的特點，也具有循環再生利用高的工藝基礎和技術優勢。只有這樣，才能將金屬材料環境友好成型加工技術與現代工業大規模生產形結合，在金屬材料及金屬產品的設計階段，就要縱觀金屬材料產品整個生命周期過程，充分考慮到每個成型加工環節對節省資源、能源、保護環境、廢棄后容易再生循環的要求，同時具有良好的功能特性和舒適性，達到環境友好材料的目的[4]，從而提高金屬材料在生產和使用中的資源及能源的利用效率，降低成本，提高質量，增大可靠性，延長設備使用壽命[5]。所以，金屬材料環境友好成型加工技術是面向環境的金屬材料成型加工及應用研究，是金屬材料產業中人與自然和協調發展的理性選擇，是金屬材料產業可持續發展的必由之路。

2 金屬材料成型加工過程的環境負荷

隨著我國社會經濟的高速發展，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象也日益嚴重。金屬材料礦產資源是不可更新的自然資源，傳統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。我國鋼鐵工業能源消耗巨大，金屬材料生命周期的各個階段均會造成環境負載。由于金屬材料在采礦冶煉、成型加工、產品制備、設備使用及廢棄過程中產生大量的廢水、廢氣、固體廢棄物等，對生態環境造成了很大的破壞，致使全球環境污染問題變得更加嚴峻，加重了地球的環境負擔。因此，對金屬材料的成型加工、生產和使用而言，對自然資源的消耗是源頭，對生態環境的污染是末尾。就鋼鐵材料冶金生產而言，鋼鐵的生產和使用與資源消耗和環境負荷有著密不可分的關系。由于鋼鐵材料以型材供應為主，鋼鐵材料的能耗居材料產業能耗之首；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，由于礦產資源品位很低，有色金屬材料進行提取和加工耗能較大。每年生產的有色金屬產品造成大量的尾礦和廢渣等工業固體廢棄物。在有色金屬材料生產過程中，向大氣中排放的二氧化硫、氟化氫等廢氣，是工業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境負荷，在金屬材料成型加工設計階段，就把金屬材料的使用性能與和環境保護結合起來，使金屬材料在具有優異性能同時，也充分滿足資源的有限性和自然環境容量的有限性。

3 金屬材料環境友好成型加工技術

一是降低鋼鐵生產中的噸鋼能耗比，采用先進的金屬材料成型加工工藝及設備，逐步淘汰落后的軋鋼工藝裝備。提高廢鋼鐵在現代煉鋼中的比重，推廣高效節能、環境友好的的電能煉鋼技術。在電爐中采用輔助能源裝置和余熱回收循環利用技術，提高連續鑄造、連續退火、直接軋鋼等連續化生產的比重。應健全金屬材料成型加工工藝廢舊鋼回收管理機制，將廢鋼鐵回收、加工、分離技術和有害元素的去除技術與金屬材料環境友好成型加工技術結合起來。進一步提高金屬材料成型加工過程的成材率，應用近終形連鑄技術，使連鑄坯的尺寸接近設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。先進的連鑄技術可控制冷卻速率，金屬凝固速度提高，形核率增大，可得到細小晶粒組織，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是無焦碳、不軋制，全部實現熱態連續生產過程。二是開發金屬材料環境友好成型加工產品，在工業生產中，將低資源消耗、低能源消耗、低污染的金屬材料產品，根據其生命周期的長短分為流動性產品和貯存性產品。易拉罐等流動性產品的生命周期短，要求在產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，還要易于循環再生。橋梁結構材料等貯存性產品生命周期長，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境友好成型加工技術，通過橋梁結構材料的高功能化、長壽命化、提高橋梁結構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。三是金屬基復合材料的二次成型加工技術，金屬基復合材料具有可設計性好的優異性能，普遍應用于航海、航空、航天、軍事等各個領域[5]。在金屬基復合材料的成型加工生產中，為了降低復合材料生產成本，提高復合材料性能，往往是先將金屬基復合材料制成初級坯料后，再采用二次成型加工技術進行成形，制成可應用的復合材料零件、或者型材等[6]。隨著金屬基復合材料精密成型加工技術的發展，精密潔凈、表面光潔、尺寸精度高的金屬基復合材料產品需求量逐年增大，精確化和強韌化的金屬基復合材料產品市場越來越大。

參考文獻

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[3]解念鎖，王艷，武立志.高鋅基合金的應用現狀及前景[J].熱加工工藝，2010，39（14）：50-53.

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[6]韓桂泉，周品.結構/功能一體化鋁基復合材料的應用[J].航天制造技術，2005，4（2）：1-4.