淺析熱處理節(jié)能與環(huán)保技術(shù)

張宏生,王 瑩（阜新華通管道有限公司,遼寧 阜新 123000）

淺析熱處理節(jié)能與環(huán)保技術(shù)

張宏生,王 瑩
（阜新華通管道有限公司,遼寧 阜新 123000）

本文對熱處理工藝進行簡要敘述，介紹了熱處理工藝的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了熱處理工藝節(jié)能與環(huán)保的途徑。

熱處理；節(jié)能；環(huán)保

1 熱處理工藝簡介

熱處理是指材料處在固體狀態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，進而改變材料表面或者內(nèi)部的化學(xué)成分與組織，從而獲得所需性能的工藝。機械制造行業(yè)的發(fā)展水平影響國家經(jīng)濟。因此，世界各國重視機械制造行業(yè)的發(fā)展。熱處理技術(shù)是機械制造行業(yè)的重要環(huán)節(jié)，是集材料、制造、信息等科學(xué)于一體的綜合性、邊緣科學(xué)技術(shù)。熱處理技術(shù)可以保證機械零件內(nèi)在質(zhì)量，充分發(fā)揮材料潛力，進而提高零部件可靠性、服役壽命，達到節(jié)能、節(jié)材的效果，提高了產(chǎn)品競爭力。

2 熱處理工藝發(fā)展現(xiàn)狀

熱處理行業(yè)存在耗能和環(huán)境污染問題，節(jié)能減排的壓力巨大。我國的熱處理行業(yè)存在著如下問題：

2.1 熱處理工藝過程裝備落后

中國熱處理企業(yè)存在很多問題，包括加熱爐爐齡很長、采用的工藝裝備陳舊、設(shè)備老化、能耗很高等問題。低污染、高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的設(shè)備占現(xiàn)有的熱處理設(shè)備的比例很低。西方發(fā)達國家采用的熱處理工藝正在朝著智能化、柔性化以及自動化的方向發(fā)展，相比之下，中國的企業(yè)存在較大的差距。我國的熱處理的產(chǎn)業(yè)化、社會化以及規(guī)模生產(chǎn)還未形成，所以生產(chǎn)效率低，與發(fā)達國家相比差之甚遠，僅為美國的1/26，設(shè)備的利用率與負荷率還不到30%，但是能耗相比美國要高出40%，造成的環(huán)境的污染嚴重。

2.2 熱處理消耗能源高

鋼件在奧氏體化過程中溫度要求處在900～1100℃之間，鋁合金要求處在500℃，所以熱處理過程消耗能源很高。熱處理的用電量可以達到企業(yè)總用電總量的25%～30%。中國熱處理專業(yè)廠、設(shè)備制造廠、工藝材料生產(chǎn)廠以及主機廠的熱處理分廠、車間大約為1600家，總的員工為38萬人，中國熱處理加熱設(shè)備15萬臺，目前正在服役的熱處理加熱設(shè)備中，電爐所占的比例很大，每年的耗電量1.1×109 kW·h。如果單臺設(shè)備的平均生產(chǎn)率為100 kg/h，按平均每天12小時計算，其年生產(chǎn)能力為4.5×107t。如果考慮加熱設(shè)備的平均利用率可以達到30%，那么這些設(shè)備的每年的生產(chǎn)量可以達到1.35×107t，則消耗電能的總量可以達到9.9×109kW·h?，F(xiàn)國際上以熱處理平均單位電耗（kW·h/t）作為參考：我國733，歐美400，日本300，由此判斷我國熱處理行業(yè)能源浪費現(xiàn)象較發(fā)達國家較大，存在很大的節(jié)能空間。

2.3 熱處理工藝過程造成的環(huán)境污染嚴重

熱處理企業(yè)給環(huán)境造成極為嚴重的污染，污染形式包括水、空氣、輻射、固體廢棄物及噪聲等形式。整個行業(yè)每年存在大量淬火油產(chǎn)生蒸發(fā)或者局部燃燒，生成大量的CmHn、CO及煙塵等污染物；其排放不當(dāng)可能導(dǎo)致水源污染；燃煤加熱爐排放SO2是酸雨的罪魁禍?zhǔn)?，產(chǎn)生的灰分給環(huán)境造成嚴重污染；噴砂機要產(chǎn)生SiO2和有害粉塵量十分驚人。近年來，由于企業(yè)向郊區(qū)移動，污染也從城市向農(nóng)村轉(zhuǎn)移。先進的制造技術(shù)使產(chǎn)品競爭能力得到保證，機械產(chǎn)品質(zhì)量好壞取決于熱處理技術(shù)的先進程度。當(dāng)今中國機械產(chǎn)品與世界先進水平存在20年的差距，其工藝裝備與技術(shù)水平落后，行業(yè)里對加強熱處理工藝的節(jié)能和環(huán)保達成了共識。

3 熱處理工藝過程節(jié)能和環(huán)保的途徑

3.1 新能源和先進燃燒技術(shù)

熱處理的能源由電能或者燃料充當(dāng)。用何種燃料要根據(jù)實際條件決定，具體體現(xiàn)在生產(chǎn)成本，操作與控制方面的難易程度、設(shè)備的可靠性、能源方面供應(yīng)條件、熱處理工藝方面的特性及對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響等綜合因素。天燃氣熱效率能夠達到50%，是煤電的熱效率的2倍。熱處理爐除了采用直接燃燒能夠獲得30%的熱效率，此外煙道氣產(chǎn)生的廢熱用于預(yù)熱燃燒，加上其他加熱亮利用，可以使設(shè)備的絕對熱利用率達到80%以上。天然氣能源具有節(jié)能和環(huán)保雙重優(yōu)勢。天然氣應(yīng)用在熱處理設(shè)備生產(chǎn)工藝上取得了很大的經(jīng)濟效益，節(jié)能和環(huán)保效果良好。國內(nèi)外科研單位研究開發(fā)的其他具有高效節(jié)能并且污染低的新技術(shù)主要包括：微小型燃燒、高紅外節(jié)能、燃氣紅外線輻射器、強輻射傳熱節(jié)能、潔凈燃燒等技術(shù)，并且已經(jīng)在熱處理行業(yè)中獲得了應(yīng)用。

3.2 節(jié)能、環(huán)保的熱處理新技術(shù)

3.2.1 氮基氣氛熱處理技術(shù)

氮基氣氛用于退火、淬火、滲碳、滲氮等工藝，可以用來防止工件在加熱過程中氧化、脫碳現(xiàn)象。在氮基氣氛用于滲碳或滲氮處理過程中，氮氣可以保證原料氣消耗減少，促使炭黑的生成量減少。氮基氣氛可以促進、加速滲碳或者滲氮過程，并且降低工件在滲碳時的內(nèi)氧化程度，同時能夠提高工件的疲勞強度，這種工藝節(jié)約能源和滲劑并且具有安全無污染、氣源豐富、成本低廉和適用面廣等特點，符合我國國情，是我國熱處理技術(shù)的一個發(fā)展方向。

3.2.2 真空熱處理技術(shù)

真空加熱的原理是將工件放置于真空的加熱方法。熱處理加熱規(guī)定的最高真空度不能超過10-5Pa。采用真空加熱可以用于防止工件的脫碳、氧化以及元素貧化，同時具有脫脂、脫氣、凈化表面和變形少等特點。工件可以在具有真空的條件中進行低壓滲氮、滲碳等表面處理，采用在真空碳氮或者滲碳共滲以后進行高壓氣淬的方法，可以縮短工期的目的，這時還能獲得優(yōu)良的性能，行業(yè)認為是比較理想的自動化、柔性化和清潔熱處理技術(shù)?，F(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)模具、汽車零件等熱處理工藝。發(fā)達國家的當(dāng)今的真空熱處理設(shè)備占其熱處理設(shè)備總量的比例為15%-20%，而我國則小于5%。

3.2.3 離子滲技術(shù)

離子滲技術(shù)具體包括離子滲氮和離子滲碳兩種，其技術(shù)原理是在放電過程的作用下，利用帶電粒子去轟擊放置于低壓容器內(nèi)的工件表面，達到使其溫度升高、原子滲入表層的目的。與化學(xué)熱處理相比較，此種工藝過程的特點是滲速快、節(jié)約能源、工件變形小、熱效率高，而且不會產(chǎn)生煙霧和廢氣污染。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代制造業(yè)產(chǎn)中，熱處理工藝需要走社會化和專業(yè)化的道路，運用材料科學(xué)工程，替換傳統(tǒng)的材料，運用新材料，運用高新的工藝技術(shù)，研發(fā)新型設(shè)備。轉(zhuǎn)變觀念、增強環(huán)保與節(jié)能的管理是我國今后熱處理行業(yè)的發(fā)展方向之一。

[1]朱祖昌.熱處理技術(shù)發(fā)展和熱處理行業(yè)市場的分析[J].熱處理，2009.

[2]陳志遠.熱處理節(jié)能[M].上海：上海工程技術(shù)大學(xué),1988.

[3]吳光治.熱處理進展[M].北京:國防工業(yè)出版社,1998.

張宏生（1983-），男，遼寧葫蘆島人，助理工程師。