熱處理行業(yè)中綠色制造技術(shù)淺談

馮廣財(cái) 機(jī)械工業(yè)第五設(shè)計(jì)研究院 300190

熱處理行業(yè)中綠色制造技術(shù)淺談

馮廣財(cái) 機(jī)械工業(yè)第五設(shè)計(jì)研究院 300190

我國熱處理行業(yè)仍然存在能耗高、污染嚴(yán)重等問題，而且行業(yè)內(nèi)普遍存在節(jié)能環(huán)保意識不強(qiáng)、技術(shù)落后等現(xiàn)象。熱處理行業(yè)要健康可持續(xù)發(fā)展，推廣綠色制造技術(shù)是其必由之路，本文僅從熱處理工藝、加熱設(shè)備及淬火冷卻介質(zhì)三個(gè)方面進(jìn)行簡要分析。

綠色制造技術(shù)；熱處理；節(jié)能；環(huán)保

前言

綠色制造技術(shù)是指在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，能夠合理使用自然資源和能源，自覺保護(hù)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)生態(tài)平衡。其實(shí)質(zhì)就是節(jié)約資源和能源，使資源利用率最高，能源消耗最低，同時(shí)廢物減量化、資源化和無害化。熱處理行業(yè)是機(jī)械制造工業(yè)的耗能大戶，隨著世界經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，“十二五”期間我國制造業(yè)中的熱處理數(shù)量伴隨著制造業(yè)的發(fā)展也會(huì)與日俱增，其能耗量之高，污染之大就可想而知。“十二五”發(fā)展規(guī)劃中明確提出：“堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”、“實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的節(jié)能減排目標(biāo)”，綠色制造技術(shù)在熱處理行業(yè)的推廣及應(yīng)用勢在必行。

1 熱處理行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

熱處理行業(yè)經(jīng)過幾十年，尤其是近二十年的發(fā)展，產(chǎn)品的生產(chǎn)制造水平已顯著提高，節(jié)能環(huán)保意識逐漸加強(qiáng)，但與歐美及日本相比差距較大。上世紀(jì)70年代末歐洲熱處理單位能耗達(dá)到400kW·h/t以下，日本達(dá)到300kW·h/t以下；到“十一五”末期我國熱處理平均單位能耗降到約600kW·h/t，仍高于70年代的歐洲和日本。“十一五”期間大部分國有大中型熱處理企業(yè)及部分民營企業(yè)都加大了環(huán)保設(shè)施的投資，有些單位自覺建設(shè)了獨(dú)立的污水處理系統(tǒng)，以節(jié)約用水，減少污水排放。但是，還是存在部分企業(yè)對節(jié)能減排工作有意抵觸，一部分企業(yè)存在僥幸心理仍然使用國家已淘汰的設(shè)備或者把有害有毒的廢棄物隨意排放，甚至個(gè)別城市企業(yè)將工廠轉(zhuǎn)移到農(nóng)村等偏遠(yuǎn)山區(qū)，故意避開環(huán)保部門的檢查。相關(guān)部門應(yīng)該加大節(jié)綠色熱處理制造技術(shù)的宣傳及推廣，加強(qiáng)節(jié)能減排工作的宣傳及監(jiān)管，以保證我國熱處理行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

2 綠色熱處理制造技術(shù)

所謂綠色熱處理制造技術(shù)是一種符合環(huán)保要求的節(jié)能、降耗、少污染的綠色機(jī)械制造模式；該制造模式著眼于考慮產(chǎn)品制造過程中資源消耗、工作環(huán)境和環(huán)保等方面的綜合因數(shù)，要有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的共同提高。目前，我國能源問題日漸突出，一方面是能源缺口加大，另一方面能源利用率低，且浪費(fèi)嚴(yán)重，節(jié)能環(huán)保的發(fā)展空間很大，尤其是對于熱處理這種高能耗、高污染的行業(yè)。

2.1 熱處理工藝

對于熱處理工作者，一方面應(yīng)該積極采用已成熟的節(jié)能型熱處理工藝；另一方面應(yīng)該努力探索新的節(jié)能型綠色熱處理工藝，不要被某些手冊上的數(shù)據(jù)及所謂的“常規(guī)”所限制，而應(yīng)該有所創(chuàng)新。

可控氣氛熱處理工藝可實(shí)現(xiàn)無氧化脫碳，提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率，節(jié)約原材料，減少熱處理加工中廢氣和有害氣體排放，節(jié)能效果明顯。該熱處理工藝不僅能減少油煙排放，而且可節(jié)材3%～5%，目前我國該工藝技術(shù)的普及率在5%左右，提高空間很大。

氮基氣氛是可控氣氛的一種，以氮?dú)鉃橹饕煞郑鶕?jù)需要添加適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)添加劑制備而成。其優(yōu)點(diǎn)明顯：a.節(jié)能，有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，與常規(guī)的吸熱式氣氛相比，可節(jié)約有機(jī)化合物25～85%；b.資源豐富，氮?dú)馐强諝獾闹饕煞郑侨≈槐M、用之不竭的資源；c.安全經(jīng)濟(jì)，制氮技術(shù)成熟，氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w運(yùn)輸存儲(chǔ)安全方便；d.適應(yīng)性廣，通過添加劑的調(diào)整，氮基氣氛可用于各種碳鋼、不銹鋼、合金及銅、鋁的熱處理。氮基氣氛熱處理是一種綠色熱處理工藝。

2.2 熱處理加熱設(shè)備

“十一五”期間我國熱處理行業(yè)加熱設(shè)備制造水平雖然有所提高，但目前大部分企業(yè)原有加熱設(shè)備還屬能耗高、能源利用率低、結(jié)構(gòu)陳舊、環(huán)境污染嚴(yán)重的設(shè)備，加大原有熱處理加熱設(shè)備的節(jié)能改造，對于提高能源利用率、改善工作環(huán)境還是頗有意義的。加熱爐全纖維爐襯技術(shù)，目前我國熱處理行業(yè)70%是電加熱爐，其中80%以上仍采用耐火磚作為保溫材料，若在行業(yè)內(nèi)推廣普及全纖維保溫材料，可實(shí)現(xiàn)行業(yè)節(jié)能10%。高效節(jié)能型空氣換熱器，目前熱處理加工企業(yè)淬火介質(zhì)及設(shè)備的冷卻大多采用水冷換熱器循環(huán)冷卻，有甚者冷卻水直接排放，推廣普及高效節(jié)能型空氣換熱器節(jié)水效果立竿見影。

節(jié)能環(huán)保型設(shè)備應(yīng)在熱處理行業(yè)內(nèi)大力推廣和應(yīng)用。真空熱處理優(yōu)點(diǎn)明顯：a.節(jié)能：與常規(guī)熱處理相比工藝時(shí)間減少約50%，能量利用率提高到80%；b.產(chǎn)品質(zhì)量高：真空熱處理具有表面不氧化、不脫碳、脫脂、真空脫氣、淬火變形、零分散度等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品一次交檢合格率可達(dá)到99%以上（而常規(guī)熱處理一次交檢合格率低于90%）；c.環(huán)保：真空熱處理技術(shù)可實(shí)現(xiàn)熱處理過程的零排放，真正做到綠色無污染。

2.3 淬火冷卻介質(zhì)

目前我國熱處理企業(yè)內(nèi)已經(jīng)在使用的整體浸沒式淬火介質(zhì)主要有：水、淬火油、無機(jī)水溶性淬火劑、水基聚合物淬火劑。

水是應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)、冷卻速度快的淬火介質(zhì)，但自來水作為淬火介質(zhì)存在著在低溫區(qū)（馬氏體點(diǎn)）時(shí)冷卻速度過大，從而引起了變形和開裂，硬度不均且畸變大等現(xiàn)象，而且還帶來腐蝕和生銹等問題。無機(jī)水溶性淬火劑是水中加熱各種無機(jī)鹽、堿等，形成的無機(jī)物水溶液，雖然改善了水的冷卻性能，適應(yīng)了某些鋼材淬火冷卻的需求，但是鹽水易引起鋼材生銹；硝鹽易產(chǎn)生有害氣體，對操作工人身體健康有害；堿類水溶液淬火不易控制，容易灼傷操作工。淬火油淬火不僅成品增加，而且易產(chǎn)生油煙一旦處理不慎就會(huì)對環(huán)境造成污染，甚至淬火過程中可能引發(fā)火災(zāi)。淬火油、無機(jī)水溶性淬火劑均非綠色冷卻介質(zhì)，國內(nèi)外專業(yè)人士一直致力于其代替品的研究。

水基聚合物淬火劑具有無毒、無煙、無臭、無腐蝕、不燃燒、抗老化等特點(diǎn)，且冷卻速度可調(diào)，適用范圍廣。水基聚合物淬火劑是新型綠色淬火介質(zhì)，其發(fā)展前景廣闊：與水、油淬火相比，聚合物淬火劑可減少淬火工件畸變、開裂造成的廢品，可防止環(huán)境污染和火災(zāi)，減少油淬火所必需的清洗工序，帶來的效益非常顯著。目前該淬火劑已在國內(nèi)外得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，我國在過去很長一段時(shí)間主要以進(jìn)口為主（例如好富頓公司、德潤寶公司、美國聯(lián)合碳化公司等），最近幾年國內(nèi)一些廠家也加大了開發(fā)投入并生產(chǎn)出效果不錯(cuò)的產(chǎn)品。油作為淬火介質(zhì)已有上百年的歷史，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中被完全取代的可能性較小，但是應(yīng)該加大淬火冷卻理論的研究，不斷提高原有綠色淬火介質(zhì)的性能并積極開發(fā)新的淬火介質(zhì)，以解決生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的新問題，盡可能減少淬火油的使用。

3 結(jié)束語

節(jié)約資源、降低能耗和保護(hù)環(huán)境是世界工業(yè)發(fā)展的大趨勢，綠色制造技術(shù)的推廣和應(yīng)用是可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)和重點(diǎn)。對于國內(nèi)的熱處理企業(yè)要想在蓬勃發(fā)展的世界工業(yè)中占有一席之地就必須加大綠色制造技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用，以提高企業(yè)自身的市場競爭能力。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.074