随着全球关注点转向气候变化和环境问题，工业界也开始予以重视。在人类生活的几乎各个方面，以及我们作为整体如何遏制气候变化速度的问题上，都在采取应对措施；从禁止使用化石燃料到提高排放税。 金属成形行业也不例外，虽然已朝着环保方向迈出步伐，但要建立起“绿色产业”，还有很长的路要走。现实来看，“绿色产业”依赖于众多因素，这些因素远超出任何特定行业的范畴，也无法轻易受其影响。话虽如此，基础层面的微小改变，却能对整体环境状况产生巨大的推动作用。
本文旨在重点阐述方坯加热过程中的一些主要环境影响因素，以及在该范围内应对这些影响的方法。
环境
黑色金属和有色金属行业占全球温室气体排放量的8%，是航空业排放量的4倍多[1]。导致气候变化的主要因素是温室气体的排放[2]。温室气体之所以得名，正是因为它们会产生温室效应。 由二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）等气体构成的隔热层，会导致大气中热量过度积聚，从而导致海冰融化，进而引起海平面上升。
据称，按照目前的升温速度，到2050年，地球温度将比工业革命前高出3°C。“2050年情景”指出，这种温度上升将导致到2100年海平面上升约3米——届时荷兰等国家将大部分被淹没[3]。 一个或许更令人担忧的场景是“温室地球”。该假说认为，如果气温较工业革命前水平上升2°C，其影响将不可逆转——届时将没有任何措施能够阻止海平面上升，生态系统也将遭受无法挽回的破坏。因此，2°C这一数值被设定为《巴黎协定》的基准[4]。
坯料加热方法
黑色金属和有色金属坯料的加热是一个高能耗过程。最常见的是，坯料采用燃气炉或感应加热工艺进行加热。这两种方法在数十年的挤压生产中均已得到行业验证，且各自具有实际优势。为了进行切实可行的比较，选取了一台燃气加热炉和一台感应加热炉，两者提供的标称温度和质量吞吐率均大致相当。
†1立方米天然气约相当于10.28千瓦，此处假设燃烧效率为100%。
燃气与电磁炉
从历史上看，燃气加热器在该行业中的应用普遍更为广泛。其设备购置成本通常略低，且根据使用国家的不同，运行成本也较低。截至2020年第三季度，英国天然气每千瓦时的平均成本为0.180英镑。按同一计量标准计算，电力每千瓦时的平均成本为0.810英镑[5]。 从短期来看，较低的运行成本颇具吸引力。然而，气候变化委员会预计，到2030年，这些价格将发生剧变。预测显示，到2030年，天然气每千瓦时的价格将上涨100%，而大型制造业领域每千瓦时的电价涨幅仅为42%[6]。在其他欧洲国家，这种价差表现得更为明显。
燃气炉需要经过一段预热时间，才能达到设定温度，随后才能开始加热坯料。这一时间完全取决于炉体尺寸以及隔热效果是否良好。因此，燃气炉往往会在设定温度下长时间“保持运行”，持续消耗能源，无论是否正在加热坯料。 相比之下，使用感应加热时，仅在主动加热坯料时才消耗能量，而当坯料未处于加热过程时，基本上不消耗任何能量。对于冲压生产线操作人员而言，这通常被视为一种更灵活的方法，因为可以更轻松地调整加热坯料的供应量以匹配冲压机的产量，同时避免能源浪费。
燃气加热的一大优点在于其设计简单。这使得工厂员工能够更轻松地进行安装和操作。这通常被视为企业选择燃气加热器而非技术更先进的替代方案的关键优势。当坯料通过加热器时，其内部会在设定温度下实现均匀加热。这一过程所需时间远长于感应加热，且常会在坯料外表面产生氧化皮，从而影响最终的挤压质量。
使用感应加热的最大优势在于它能够实现锥形加热。锥形加热用于在坯料全长范围内形成温度梯度——这是减少冲压模具磨损以及在全速冲压条件下实现等温挤压的关键因素。 燃气炉的设计包含需要定期更换的炉衬；这可能会导致压机生产线停机时间延长。同样，感应线圈也需要更换，尽管这一过程最快仅需三十分钟。近年来，在烟气回收和二氧化碳烟气洗涤器相关系统方面，技术已取得进步。这些技术分别实现了更高的效率和更低的排放。
其他方法
坯料加热的方法并不局限于上述两种工艺。磁加热器和超导技术正逐渐在该领域发挥作用。这两种方法都依靠电力而非化石燃料来运行。
环境影响
本文讨论的两种坯料加热方法都会因温室气体的排放而对环境造成不利影响。就燃气加热而言，二氧化碳是在生产厂内排放的。 感应加热完全依赖于各国的电网，因此也取决于当地的能源结构。通过图1，可以计算出每种情况下的潜在二氧化碳排放量。燃烧天然气会释放0.185 kg/kWh的二氧化碳，而英国的发电过程则会产生0.256 kg/kWh的二氧化碳[7]。
这两种方法之间的巨大差异主要归因于各系统的“通电”时间——感应加热仅在处理每个坯料时才消耗电力。随着英国将重点转向可再生能源，预计到2030年，0.256 kg/kWh的二氧化碳排放量将降至0.100 kg/kWh[8]。
如图3所示，根据英国“2050年实现净零排放”的气候战略，预计二氧化碳排放量将有所下降。
利用图2和图3中确定的数值，可以计算出10年期间的预期二氧化碳排放量。
图4中的数据假设处理量为1000千克/小时，每天运行16小时，每周5天，每年52周。仅凭这些数值，从个人角度来看并不容易具体量化。如下所示，这样更容易直观理解。 一架满载的波音747-400客机，每名乘客每飞行一小时约排放90 kg/h的二氧化碳[9]。如图1所示，一台相对较小的燃气坯料加热炉10年内的排放量，大约相当于一架波音747从希思罗机场飞往肯尼迪机场的排放量——34倍。或者相当于驾驶一辆阿斯顿·马丁DB9往返月球一次——27倍。
这种程度的环境影响是不可持续的。
未来
黑色金属和有色金属挤压市场正在扩大。 据最新数据显示，2021年至2027年间[10]，铝型材挤压市场的年复合增长率（CAGR）预计为3.8%。根据这一预测的年复合增长率，市场收入预计将从573亿美元增至2027年的916.7亿美元。随着该行业的扩张，这势必会对环境造成越来越大的影响。
英国政府最近推出了一项面向大型工业企业的计划，提供补助金以帮助提高能源效率并降低碳足迹。第一阶段将提供最高4000万英镑的资金，用于“采用能够提高工业流程能源效率技术的项目”以及“针对工业流程能源效率和深度脱碳措施的可行性研究与工程研究”[11]。 挪威等其他国家最近也将每吨二氧化碳排放的征税额提高了四倍[12]。针对燃气炉的烟气回收和二氧化碳洗涤装置的进一步研发，正有助于提高效率并减少二氧化碳排放。
作为社会，我们一直依赖于被动应对的措施，但这无异于治标不治本。我们需要将被动应对转变为主动作为，积极推行更有利于环境的变革。 就个人而言，人们很容易将自己与环境相关的决策撇开。我们可以选择更轻松或更便宜的方案，因为它确实更轻松、更便宜。但难以接受的是，我们已经、正在并将继续对地球造成的破坏。不过，我们可以通过改变来遏制这种伤害。人类正面临气候危机，但这场危机是可以被遏制的。
托马斯·波斯廷斯，工学学士
班亚德销售经理——英迪克特姆加热与焊接公司
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