浅析热处理节能与环保技术
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摘 要：本文对热处理工艺进行简要叙述，介绍了热处理工艺的发展现状，提出了热处理工艺节能与环保的途径。
关键词：热处理；节能；环保
1 热处理工艺简介
热处理是指材料处在固体状态下，通过加热、保温和冷却的手段，进而改变材料表面或者内部的化学成分与组织，从而获得所需性能的工艺。机械制造行业的发展水平影响国家经济。因此，世界各国重视机械制造行业的发展。热处理技术是机械制造行业的重要环节，是集材料、制造、信息等科学于一体的综合性、边缘科学技术。热处理技术可以保证机械零件内在质量，充分发挥材料潜力，进而提高零部件可靠性、服役寿命，达到节能、节材的效果，提高了产品竞争力。
2 热处理工艺发展现状
热处理行业存在耗能和环境污染问题，节能减排的压力巨大。我国的热处理行业存在着如下问题：
2.1 热处理工艺过程装备落后
中国热处理企业存在很多问题，包括加热炉炉龄很长、采用的工艺装备陈旧、设备老化、能耗很高等问题。低污染、高效、优质、环保的设备占现有的热处理设备的比例很低。西方发达国家采用的热处理工艺正在朝着智能化、柔性化以及自动化的方向发展，相比之下，中国的企业存在较大的差距。我国的热处理的产业化、社会化以及规模生产还未形成，所以生产效率低，与发达国家相比差之甚远，仅为美国的1/26，设备的利用率与负荷率还不到30%，但是能耗相比美国要高出40%，造成的环境的污染严重。
2.2 热处理消耗能源高
钢件在奥氏体化过程中温度要求处在900～1100℃之间，铝合金要求处在500℃，所以热处理过程消耗能源很高。热处理的用电量可以达到企业总用电总量的25%～30%。中国热处理专业厂、设备制造厂、工艺材料生产厂以及主机厂的热处理分厂、车间大约为1600家，总的员工为38万人，中国热处理加热设备15万台，目前正在服役的热处理加热设备中，电炉所占的比例很大，每年的耗电量1.1×109 kW・h。如果单台设备的平均生产率为100 kg/h，按平均每天12小时计算，其年生产能力为4.5×107t。如果考虑加热设备的平均利用率可以达到30%，那么这些设备的每年的生产量可以达到1.35×107t，则消耗电能的总量可以达到9.9×109kW・h。现国际上以热处理平均单位电耗（kW・h/t）作为参考：我国733，欧美400，日本300，由此判断我国热处理行业能源浪费现象较发达国家较大，存在很大的节能空间。
2.3 热处理工艺过程造成的环境污染严重
热处理企业给环境造成极为严重的污染，污染形式包括水、空气、辐射、固体废弃物及噪声等形式。整个行业每年存在大量淬火油产生蒸发或者局部燃烧，生成大量的CmHn、CO及烟尘等污染物；其排放不当可能导致水源污染；燃煤加热炉排放SO2是酸雨的罪魁祸首，产生的灰分给环境造成严重污染；喷砂机要产生SiO2和有害粉尘量十分惊人。近年来，由于企业向郊区移动，污染也从城市向农村转移。先进的制造技术使产品竞争能力得到保证，机械产品质量好坏取决于热处理技术的先进程度。当今中国机械产品与世界先进水平存在20年的差距，其工艺装备与技术水平落后，行业里对加强热处理工艺的节能和环保达成了共识。
3 热处理工艺过程节能和环保的途径
3.1 新能源和先进燃烧技术
热处理的能源由电能或者燃料充当。用何种燃料要根据实际条件决定，具体体现在生产成本，操作与控制方面的难易程度、设备的可靠性、能源方面供应条件、热处理工艺方面的特性及对生态环境产生影响等综合因素。天燃气热效率能够达到50%，是煤电的热效率的2倍。热处理炉除了采用直接燃烧能够获得30%的热效率，此外烟道气产生的废热用于预热燃烧，加上其他加热亮利用，可以使设备的绝对热利用率达到80%以上。天然气能源具有节能和环保双重优势。天然气应用在热处理设备生产工艺上取得了很大的经济效益，节能和环保效果良好。国内外科研单位研究开发的其他具有高效节能并且污染低的新技术主要包括：微小型燃烧、高红外节能、燃气红外线辐射器、强辐射传热节能、洁净燃烧等技术，并且已经在热处理行业中获得了应用。
3.2 节能、环保的热处理新技术
3.2.1 氮基气氛热处理技术
氮基气氛用于退火、淬火、渗碳、渗氮等工艺，可以用来防止工件在加热过程中氧化、脱碳现象。在氮基气氛用于渗碳或渗氮处理过程中，氮气可以保证原料气消耗减少，促使炭黑的生成量减少。氮基气氛可以促进、加速渗碳或者渗氮过程，并且降低工件在渗碳时的内氧化程度，同时能够提高工件的疲劳强度，这种工艺节约能源和渗剂并且具有安全无污染、气源丰富、成本低廉和适用面广等特点，符合我国国情，是我国热处理技术的一个发展方向。
3.2.2 真空热处理技术
真空加热的原理是将工件放置于真空的加热方法。热处理加热规定的最高真空度不能超过10-5Pa。采用真空加热可以用于防止工件的脱碳、氧化以及元素贫化，同时具有脱脂、脱气、净化表面和变形少等特点。工件可以在具有真空的条件中进行低压渗氮、渗碳等表面处理，采用在真空碳氮或者渗碳共渗以后进行高压气淬的方法，可以缩短工期的目的，这时还能获得优良的性能，行业认为是比较理想的自动化、柔性化和清洁热处理技术。现已经广泛应用在生产模具、汽车零件等热处理工艺。发达国家的当今的真空热处理设备占其热处理设备总量的比例为15%-20%，而我国则小于5%。
3.2.3 离子渗技术
离子渗技术具体包括离子渗氮和离子渗碳两种，其技术原理是在放电过程的作用下，利用带电粒子去轰击放置于低压容器内的工件表面，达到使其温度升高、原子渗入表层的目的。与化学热处理相比较，此种工艺过程的特点是渗速快、节约能源、工件变形小、热效率高，而且不会产生烟雾和废气污染。
4 结束语
现代制造业产中，热处理工艺需要走社会化和专业化的道路，运用材料科学工程，替换传统的材料，运用新材料，运用高新的工艺技术，研发新型设备。转变观念、增强环保与节能的管理是我国今后热处理行业的发展方向之一。
参考文献：
[1]朱祖昌.热处理技术发展和热处理行业市场的分析[J].热处理，2009.
[2]陈志远.热处理节能[M].上海：上海工程技术大学，1988.
[3]吴光治.热处理进展[M].北京：国防工业出版社，1998.
作者简介：张宏生（1983-），男，辽宁葫芦岛人，助理工程师。
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