热处理节能与环保技术进展

我国机械产品与世界先进水平之间存在很大差距，其热处理生产技术相当落后，与世界先进水平相比生产设备有三四十年差距，并且热处理行业的清洁生产没有开展三废排放，环境污染非常严重，所以加强热处理的环保及节能生产已称为制造业的当务之急。本文分析了热处理生产中耗能与污染问题的严重性;阐述了采用先进热处理技术是节能与环保的重要途径。

一、我国机械工业的发展现状

(一)中国已成为全球第一机械制造大国

我国已是全球第一的机械制造大国，然而仅仅是GDP产值位居世界第一，真正的含金量不高。70%的工程机械是我国制造的，主要是结构件，其余的30%是进口件。而工程机械70%的利润都流到了外国，我们仅剩30%。工程机械的状态体现出我们国家机械工业技术的发展水平，可以说我国是第一机械制造大国，但并不是强国。

(二)重大技术装备自主化取得较大突破

”十一五“以来，围绕能源、材料、交通运输、农业及国防等领域发展的需要，开发出一批具有自主知识产权的机械产品，其国内市场自给率已经超过了85%。

相对于机械的其他种类工程机械近十年的发展非常快，然而这个进步是否真的是技术上的一大突破，还是值得我们深思的。我们到底有多少技术是自主的、创新的、超过国外的技术。这些也是需要进一步考虑的，外国人是不是制造不出最大的，还是他们考虑多方面因素不愿意做最大的。

(三)产业结构调整取得一定进展

三资企业比重有了大幅度的提高，发展活力也逐渐增强;国有大企在重大技术装备研制和生产中继续发挥主力军作用;民营企业有很强的抗风险能力，对机械工业的贡献率超过了50%;代表性产品国际地位提升，高端产品比重提高。

(四)进出口贸易逆差变顺差，结构不断优化

2006年我国机械工业对外贸易首次实现顺差，外贸结构也不断优化。

热处理生产的现状及其污染类型

(一)热处理生产现状

现阶段，全国各类热处理专业厂、热处理设备制造厂、热处理工艺材料生产厂及其主机厂的热处理分厂、车间将近15000家。其中全民所有制企业约12000家，占80%，民营和股份制企业约3000家，占20%。全国员工总数大致为37万人。全国热处理加热设备(以75kW为一标准台)约15万台，装机容量1100万kW。每台设备平均生产率100kg/h，15万台加热设备的年生产能力近4500万吨。

以热处理加热设备的平均利用率为30%进行计算，15万台设备的每年实际热处理生产量为1350万吨，消耗电总量为99亿度。在2003年的全国调查中，热处理加工的平均价格为2.30元/kg。按全年实际产量1.3亿吨计，全国热处理年营业额约310亿元。若以平均利润率10%计，年创利润总计30亿元。热处理行业增值税率平均达12.5%，每年向国家纳税约39亿元(按物价增长比例，现在的利润、和税收应远大于这个数值)。

(二)主要污染物类型及来源

热处理过程污染主要表现在空气、水、噪声和电磁污染。

噪声污染：噪声污染主要来自于设备的运行，比如各类泵、风机、喷砂清洗等。采用一些低噪音设备及隔音防护。

电磁污染：主要来自感应加热设备的运行，可以采用电磁屏蔽降低对人员和环境的污染。

以上两种污染对环境和人员污染比较小，容易治理。我们重点分析对空气和水的污染，这也是节能、减排工作控制的重点内容。

对空气的污染物有：燃料燃烧产生的烟尘、CO2、CO、SO2、NO2及保温材料挥发所产生的粉尘等，特别是煤、重油等一次能源燃烧过程;淬火介质挥发所产生的CmHn、CO和烟尘等;盐浴热处理过程盐蒸发所产生的NaCl、BaCl2、NaCN、KCN等;气体表面渗碳、渗氮等过程所产生的CO2、CO、NH3、HCN等;喷砂、清洗过程中清洗液的挥发及喷砂形成的粉尘等。

对水的污染有：淬火废油中金属氧化物以及工件淬火时从盐中带出的BaCl2、HCN等;水基淬火介质中有机物;清洗液中化学物;盐渣和废盐中NaCl、BaCl2、CN-1等;发黑、发蓝或磷化的废液体等。

综上所述，污染物的来源主要包括热处理加热、淬火冷却、表面处理、工件的清洗等各个过程，所以说，热处理节能减排的压力依旧是非常大的。

三、节能工艺

在热处理的工艺节能当中，由于见效比较快，投资较少等优势，但是，在长期以来，由于人们受到传统观念的重要影响，选择工艺方法以及参数时都相对较为保守，同时，应用余热一般也被忽视掉，所以，对于工艺节能也就没有得到一定的重视。提高热处理的节能意识途径主要有以下几个方面。

1、可以应用工件的余热是对热处理节能的一个重要方法。通常情况下，在工业生产过程当中可以应用工件在锻后所剩下的余热，并且可以在铸后利用余热对其正火处理等，这种方法可以减少生产周期，同时也可以降低热处理的能耗。但是，在现阶段这种方法应用的很少，还有待提高。

2、在生产过程当中，操作人员在对工艺参数进行确定时，一般只重视质量，却忽视的节能的重要作用。所以，必须要对传统工艺进行大量的研究分析，并且促使把工艺参数确定在一个合理的范围当中。

3、由于在选择热处理的方法时这对耗能会存在很大的影响，所以，设计热处理时必须要把节能放在一个主导位置。通常情况下，一般化学的热处理能耗会高于普通热处理。如果在节能的方面进行考虑时，选择热处理方法时应注意几个方面：应以局部加热为主，不能用于整体加热：应进行局部的淬火处理，从而也就降低了工件的能耗。

四、发展措施

(一)更换传统材料，采用新钢种

据相关报道，某厂曾作了一个实验，五十铃汽车的前轴采用非调质钢，并免去原来采用45#钢830℃，加热+保温+淬火油+高温回火的工序后，按照规范试验横向、纵向、街弯曲疲劳实验各30万次、50万次和100万次的循环再加3万公里路试后各项均达标，与采用传统45#钢每根锻造相比成本减少了60元，年节约采购成本150万元左右，因此，以新钢种取代传统钢制造同样的零件，能够降低物耗、能耗并降低污染。

(二)采用感应加热

众所周知，在负荷技术要求，确保质量的基础上，根除污染的有效方法就是减少盐浴炉加热。比如以氯化钡为主经过多种化学盐类溶化后，对金属进行加热，虽然有加热速度快，可防止氧化，温度均匀等特点，然而因为盐雾对于温控有影响，多以准确难以掌握，加之操作不够安全，更重要的是由氯化钡高温加热会产生严重的有害气体、烟尘及盐渣等污染，而采用感应加热的新设备性能能够达到标准，且不会有害气体的污染产生。我们曾进行过实验，用钢锯条感应加热和盐浴炉淬火相比，前者能够获针状马氏体组织，冲击韧性提高20%，且没有污染。

(三)大力推广新型淬火介质

目前，中国在热处理过程中采用的依然是矿物油、一定此例的氯化钠水溶液及硝盐溶液为冷却介质。而在热处理过程中国外已经开始普遍推广和应用有机物和无机物等配制而成的水溶性聚合物淬火介质，以及淬火油改性添加剂，因为其冷却能力是可以调整的，使用中浓度测定简便有着防止淬裂，减少变形，不锈蚀，无味，无烟雾，不着火，使用温度高，环保等特点，并且大幅度降低了成本，产品合格率也有了显著的提高。我国一机械厂采用新型的pAG淬火取代30油淬火后，成本从之前的20000元/年降至9000元/年，合格率由92%提高97%。同时，成本下降20%，并免除高温中挥发的污染。因此，我国热处理过程中应加快推广新型的淬火介质。

结语

我国的热处理行业因为生产设备较为陈旧，且存在工艺落后等一系列问题，在节能环保工作当中的力量比较薄弱，而在热处理生产中，能源是生产的重要基础，所以节能工作也势在必行。