趙 曦，邱 城

（機械科學研究總院 中機生產力促進中心，北京 100044）

0 引言

我國機械制造業(yè)鋼鐵消耗總量的40%以上要進行熱處理。熱處理是高耗電行業(yè)，其用電量約占機械制造業(yè)總用電量的25%～30%。同時，熱處理又帶來了十分嚴重的環(huán)境污染問題：據不完全統(tǒng)計，每年排放的污染物中，約有5000 噸淬火油蒸發(fā)燃燒成為CH 化合物、CO 及煙塵；鹽浴爐生成鹽節(jié)氣7000 噸以上；噴砂處理產生SiO2等粉塵10000 噸以上；約有9000 噸廢淬火油因排放不當而污染水質等等?？梢妼崿F(xiàn)綠色熱處理任重而道遠。

1 熱處理生產對環(huán)境的影響

熱處理加工是通過對零件進行加熱、保溫和冷卻等工藝過程來實現(xiàn)改變零件材料的內部組織，以達到滿足零件性能要求。在加熱、保溫和冷卻等過程中，存在著資源和能源的輸入以及相關產品及副產品的輸出問題，從而導致對環(huán)境的影響。

由表1 可知，熱處理加工過程產生的廢（熱）氣、廢液、廢渣、噪聲等副產品，引起大氣污染、水體污染、地球暖化等方面的環(huán)境影響，其產生的主要根源來自于：①淬火、回火油的蒸發(fā)和局部燃燒，以及老化油的排放；②鹽浴的鹽蒸氣和廢渣；③清（酸）洗液的蒸發(fā)和排放；④噴砂粉塵等。

利用生命周期清單分析法對熱處理加工過程中的輸入及輸出建立如圖1 所示的系統(tǒng)邊界。

2 熱處理工藝綠色性評價體系的建立

2.1 評價體系框架

熱處理工藝的綠色性評價指標體系包含以下的資源環(huán)境參數：原材料及輔料消耗、能耗、氣體廢棄物、液體廢棄物、固體廢棄物、其他污染和職業(yè)健康與安全危害等7 個分類準則；每個分類準則下還有具體指標。熱處理工藝綠色性評價指標體系為目標層；而資源和環(huán)境屬性為準則層；準則層下有不同的指標層，例如環(huán)境屬性包括氣體廢棄物、固體廢棄物、液體廢棄物等。

表1主要加熱設備及其環(huán)境影響Tab.1Themainheatingequipmentanditsenvironmentalimpact

圖1 熱處理加工系統(tǒng)的生命周期評價邊界Fig.1 Life cycle assessment boundary of heat treatment processing system

圖2 熱處理工藝資源消耗和環(huán)境影響指標體系Fig.2 Resource consumption and environmental impact index system of heat treatment process

2.2 熱處理生產IPO 過程模型

熱處理工藝是輸入待處理的金屬零部件、各種輔助材料（如礦物油、熔鹽、熔堿等）、能源（電能）等，經過加熱、退火、正火、淬火、回火等加工工藝過程，生產出合格產品或零件。同時在制造過程中也會各種排放物，這些排放物可能對生態(tài)環(huán)境、人體健康等造成危害和影響。從熱處理工藝過程的功能模型圖可以看出，熱處理過程實際上是一個資源-環(huán)境的輸入和輸出過程。

2.3 熱處理工藝資源環(huán)境屬性清單分析

圖3 熱處理工藝輸入輸出IPO 圖Fig.3 Input and output IPO map of heat treatment process

圖4 清單分析流程圖Fig.4 Inventory analysis flow chart

熱處理工藝過程資源環(huán)境屬性清單分析是對該工藝整個生命周期過程中資源和環(huán)境的數據進行收集、量化、分析并列出清單分析表的過程。輸入主要包括主輔原材料以及能量資源等的輸入；輸出是指粉塵、廢液、廢氣以及熱輻射等廢棄物的排放。清單分析流程如圖4所示。

2.4 清單分析表的建立

清單分析表中量化的指標有定量指標和定性指標。定量指標包括：原材料和輔料消耗、能耗兩個指標；定性指標包括：氣體廢棄物、液體廢棄物、固體廢棄物、其他污染和職業(yè)健康與安全五個指標。表2 為按評估要求整理出的熱處理工藝數據清單示例。

表2熱處理工藝的清單分析表Tab.2Inventoryanalysistableofheattreatmentprocess

3 建立熱處理工藝綜合評價的數學模型

熱處理工藝過程對資源和環(huán)境影響的因素是多種多樣的，既有定量因素也有定性因素，如何把定性因素轉變?yōu)槎恳蛩?，以獲得最后的結果，可以利用模糊數學評價方法（Fuzzy）將定性因素轉變?yōu)槎繑祿⒁粋€多層次的模糊綜合評價系統(tǒng)來解決這個問題，從而為熱處理工藝綠色性評價系統(tǒng)提供所需的綠色度評價數據。

3.1 建立評價因素集S

S={s1，s2，…，si，…，sM}

式中：M—評價內容的個數。

對第i 方面si（i=1，2，…，M）可進一步劃分為si={s1，s2，…，sj，…，sN}i

式中：N—第i 方面所需要評價要素的個數。

對第j 要素sji=（i=1，2，…，N）進一步劃分為sj={s1，s2，…，sk，…，sP}ji，式中P 為對第i 方面、第j 個評價要素中評價因素的個數。

3.2 建立評價等級集W

W={w1，w2，…，wn}

各因素取相同數量的評價等級集，其中，n 是評價等級的個數。

3.3 建立模糊評價矩陣TIJ

式 中：TIJ的每行 （Ti）IJ=（ti1ti2… tin）IJ是對第i個因素的評價結果，而tij是第i 個評價因素對第j 個評價等級的隸屬度，它反映出評價因素與評價等級之間隸屬度的模糊關系。

3.4 建立權重系數矩陣D

評價系統(tǒng)的權重系數矩陣為：D=（d1，d2，…，di，…，dM），式中di為第i個評價方面的權重值，且滿足

評價要素的權重系數矩陣為：DI=（d1，d2，…，diJ，…，dN）I，式中，djI為第I 個評價方面中第j 個評價要素的權重值，且滿足

評價因素的權重系數矩陣為：DIJ=（d1，d2，…，dK，…，dP）IJ，dkIJ為第I 個評價方面中第J 個評價要素中第k 個評價因素的權重值，且滿足

4 結論

熱處理工藝綠色性評價系統(tǒng)的建立有助于對企業(yè)的熱處理工藝進行評價和判定，并指導企業(yè)進行工藝設備上的改進，使其制造過程更加地環(huán)保。實現(xiàn)熱處理工藝的綠色性是解決傳統(tǒng)熱處理工藝污染嚴重、能源消耗大的問題，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個非常有效的手段。而通過對熱處理工藝的綠色性評價，可以實現(xiàn)對各方案的比較，發(fā)現(xiàn)問題，并找到最合理有效的解決方法。

[1]劉飛. 綠色制造.先進生產模式與制造哲理研討會論文集[C].大連理工大學出版社, 1997.

[2] 劉飛，張華，岳紅輝. 綠色制造——現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式[J].中國機械工程，1998，6.

[3] 楊建新，等.產品生命周期評價方法及應用[M].北京：氣象出版社，2002.

[4] 曹華軍，劉飛，閻春平，李聰波.制造過程環(huán)境影響評價方法及其應用技術[D].機械工程學報，2005，6.

[5] 邢西哲，李凌.綠色制造評價的理論、方法及工具[D].河海大學常州分校學報，2007，21，3.