冶金行业热处理节能问题研究

【摘 要】机械工业不仅大量使用钢铁或石油化工等行业所生产的原材料，而且产品的耗能、排污和可靠性，直接影响到其它行业的清洁生产水平。为此，机械工业造成直接或间接污染是不可忽视的。本文对国内外对热处理污染防治的解决方法进行了研究，提出了热处理节能与环保需要发展的关键技术，并提出了相关的措施与建议。

【关键词】热处理；节能；环保

1.机械工业发展与节能和污染防治的形势

机械工业对我国国民经济的发展和国防力量的增长起着重要作用，占有重要地位。然而，我国机械工业能耗高、资源消费大、污染环境严重、劳动保护薄弱和环境治理差，我国环境污染的70%是由工业生产造成的，而工业污染物中的大部分是由各种工艺装备或各类机电产品在生产运行中产生的。机械工业不仅是耗能耗材的大户，而且也是排污的主要行业之一。机械工业污染防治面临的形势十分严峻，机械制造过程，特别是热加工过程，总体来说是资源消费密集型行业，从整体上看，粗放型的经济增长方式尚未根本转变，“高消耗、高排放、低效率”的问题仍十分突出。

2.热处理生产的现状及其污染类型

目前，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以及主机厂的热处理分厂、车间近15000家。热处理生产过程包含加热、冷却及热处理后的工件清理等多道工序，在这些工序的生产过程中排出的废气、废水、废渣、粉尘、噪声和电磁辐射使作业场所和周围环境、大气、水质等产生污染。

3.国内外热处理节能环保现状的比较

美国能源部认为“热处理企业是重要的能源用户，对制造业有实质性影响”，2004年公布了“美国2004年热处理技术路线图(Heat Treating Technology Roadmap-2004HTS Revision)修订稿”。为实现路线图目标和完成众多的重点研发项目，美国金属学会热处理学会采取了成立热处理技术研发中心，鼓励和组织全行业企业参与研发两项措施，建立“热处理高新技术中心”和“热加工技术中心”。其中热处理高新技术中心由国家能源部和其他方面提供研究资金。主要研究如何降低能耗，减少污染，减少废品和返修品，控制生产成本以及全面促进热处理行业繁荣。我国还未组建类似于美国的“热处理高新技术中心”和“热加工技术中心”这样专业化的机构来鼓励和组织全行业的企业共同参与和研发。并且，科技部和国家发改委也没有设立相关的专项基金用于支持高效、精密、节能、节材的绿色制造技术的开发和应用。

由于历史原因，我国的热处理厂都属于大而全、小而全、不协作、封闭型企业。在一个工厂里面均设置了铸、锻、电镀、热处理、模具制造、供热采暖、运输等共用性极强的车间、工段或班组。因任务量不足、生产效率低下、设备的利用率极低造成能耗、物耗、污染增大。以中美两国热处理状况对比为例，我国的专业化热处理厂只有美国的2.86%，生产效率仅为美国的3.75%，设备利用率仅为30%，电耗却比美国高40%。

4.建议及措施

4.1加速中国热处理路线图的制定及组织实施

以中国热处理学会和协会为中心，强化学会和协会在热处理行业中的基础研究和先进技术应用的引领作用，在“十二五”及其远景规划设想的基础上，建议尽快建立中国的热处理路线图计划。并以中国热处理学会和协会为中心，组织国内相关研究、生产和应用单位，成立相应的研究技术中心和应用示范中心，争取在国家发改委、科技部等相关国家科技攻关、支撑计划中加大对高效、精密、节能、节材的绿色制造技术的支持，加大投入力度，设立相关基金专门用于支持高效、精密、节能、节材的绿色制造技术的开发，使中国热处理路线图的制定及组织实施落到实处。

4.2加速清洁、节能、精密、高效的热处理新技术推广应用及装备的研发

传统的加热介质多数是空气或熔盐，采用油作冷却介质，这种热处理方法对环境的污染非常严重，必须限制使用并尽早淘汰，取而代之研究推广清洁节能精密高效的热处理技术，使热处理生产环境得到明显的改善，实现预定的污染防治目标。

4.2.1真空热处理技术

真空加热是将工件置于正常大气压以下的负压空间的加热方法。热处理加热用的最高真空度一般不超过10-5Pa。真空加热不仅能防止工件的氧化和脱碳，而且具有脱脂、脱气、净化表面和变形少的特点。另外，工件还可以在真空中进行低压渗碳、渗氮等表面处理，而且在真空渗碳或碳氮共渗以后进行高压气淬，不仅能缩短工期、还能获得优良的性能，是理想的清洁热处理技术，可以替代可控气氛热处理技术。现已广泛应用于模具、汽车零件等的热处理。工业先进国家的真空热处理设备约占热处理设备总拥有量的15% ~20%。而我国小于5%。目前国内已有的几十家真空设备制造厂其技术水平与国际先进水平相比差距甚远，不能满足生产的需要，而进口设备价格昂贵，只能望而却步。因此研发生产需要的，高质量的、价格低廉的热处理真空设备是当务之急。

4.2.2离子渗氮和离子渗碳技术

离子渗氮和离子渗碳是将置于低压容器内的工件在辉光放电的作用下，带电粒子轰击工件表面，使其温度升高，实现所需原子渗入表层的化学热处理方法。与常规的化学热处理相比，特点是渗速快、工件变形小、易控制，热效率高、节约能源，而且无烟雾、废气污染。

4.2.3感应加热热处理技术

感应加热是利用电磁感应的原理，使工件表面产生涡流而被加热。其特点是加热速度快、易控制、工件表面氧化和脱碳少、节约能源、污染少。

4.2.4激光束、电子束、离子束表面技术与表面改性技术(表面淬火、重熔、涂层)是利用高能束对工件的表面快速加热作用实现工件表面热处理，不产生烟尘等污染，属清洁热处理技术。

4.2.5金属镀层技术

刷镀技术、热喷镀技术、离子镀渗技术是清洁的表面强化技术。

4.2.6淬火冷却装备技术

以气淬、水淬、水雾冷却技术替代油、聚合物淬火液等淬火。在该方面研究上，上海交通大学潘健生院士、陈乃录教授等开发的淬火冷却系统具有良好的示范作用。该技术采用水-空冷却方式，可以实现截面厚度600~900 mm的塑料模具钢锻件的截面硬度差小于3~5HRC。

4.2.7热处理计算机模拟与智能化技术

在热处理全过程中每一环节都做到有效控制，实现产品“零”缺陷，保证机械产品的精密、可靠、节能、环保和低成本但在传统的热处理技术中，凭经验或孤立地应用某一学科的知识作定性估计，以至工艺规范的编写和工艺要求的制订都存在不同程度的盲目性，导致质量不稳定、产品使用寿命低、可靠性差、设计不合理、浪费材料、控制不当引起对环境污染等。热处理信息化是热处理技术实现跨越式发展的必由之路，摆脱依赖于经验的“技艺型”状态，向知识密集型的工程技术转化应用热处理计算机辅助技术，进行计算机模拟和虚拟生产，以实现热处理计算机智能化控制。

4.3加速热处理生产的规模化

规模出效益，要彻底解决材料成形加工企业的污染、能耗问题，就应该转换厂家各自解决的观念，变为区域内集中处理。铸造、热处理、电镀行业都有同类性质问题。建议在有条件地区建立铸造、热处理、电镀工业园区，通过合理规划、合理选址，将厂点(特殊产品的配套加工除外)集中在工业园区生产，集中管理、集中治污，从根本上解决不达标排放、偷排等现象。

【参考文献】

［１］张冠军.石油机械热处理技术现状与发展趋势[J].石油机械，2004，32(3).

［２］张丽荣，杨丽娜.浅谈热处理发展方向[J].煤矿机械，2006，27(6).