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机械制造热处理节能面临问题及改善措施论文

热处理是机械制造必不可缺的一道工艺，尤其是对钢铁等金属材料的热处理是现代制造技术的关键所在，主要作用是通过加热、保温和冷却三个过程使材料的强塑性得以提高。由于在这三个过程中要使材料表面或内部的金相组织结构发生变化，因而热处理三道工序能耗较大。据相关调查显示，我国目前热处理电阻炉的总容量较欧盟相比要高出50万kw，但产值却远不及欧盟。由此可见，优化制造工业中热处理节能业已成为当前热处理工艺不可忽视的重要工作。

一、我国热处理生产现状

（一）热处理能耗规模

热处理作为机械制造必不可少的重要工艺，是机械制造行业中生产规模较大的产业。截至“十一五”期末调查结果显示，我国共有各类热处理相关生产厂、车间约18000家，实现装机容量1500万kW，年生产能力突破4500万吨，同时年耗总量也高达230亿度，约占我国机械制造业年消耗总电量的三分之一，由此可见，热处理能耗高是我国机械制造业较为突出的特点，而且具有极大的节能降耗空间和潜力。

（二）热处理主要污染物类型及来源

热处理不仅是我国机械制造业中的耗能大户，还是环境污染大户。同样根据“十一五”期末的有关调查显示，目前我国是世界第二耗能大户，年能耗约为14．2亿吨标煤，尤其是单位产品能耗较发达国家高出20%～60%，这说明我国热处理效率水平不高，热处理过程中能耗损失较大，因而产生的环境污染物业相对更高一些，而这些污染物主要来源于加热、淬火冷却、表面处理三大工序，已经严重威胁到人类健康和社会环境。

二、我国热处理节能面临的最主要问题

从我国热处理生产现状中可以得知，高能耗和重污染已经成为我国热处理的突出特点，而且也是我国热处理节能需要解决的'两大难题。其归根结底是由于我国热处理技术水平不高所造成的，突出表现为如下两点：

（一）热处理设备能耗大，能源利用率低

目前我国热处理设备升级换代速度较慢，30年间我国热处理单位能耗仅下降了600 kW·h/t，降至1000 kW·h/t的平均水平，其中大中型企业节能效果稍好一些，基本控制在500～800 kW·h/t，但较发达国家300～450 kW·h/t的平均单位能耗相比仍有不小差距，约为发达国家的2～3倍。

（二）少无氧化热处理设备应用率低，污染和资源浪费严重

不仅如此，由于设备更新换代速度较慢，我国目前无氧化热处理设备应用没有普及。截至“十一五”期末，我国机械制造行业少无氧化热处理设备应用率仅为30%，而制造业发达国家少无氧化热处理应用率则高达80%～90%。由此可见，我国热处理工艺仍以燃烧加热为主，致使燃烧所产生的碳黑、烟尘以及大量的CO2、残氨等废气造成了严重的环境污染。此外，通常热处理燃烧造成的金属氧化烧损约为金属本体重量的3%，加上钢材表面脱碳处理所浪费掉的钢材，每年超过百万吨，造成了极大的浪费。

三、优化热处理节能的措施

尽管造成我国热处理高能耗、重污染主要是由于技术水平所引起的，但是笔者认为优化热处理节能并不单单限于提高技术水平，还需要提高企业管理能力。

（一）优化热处理节能的管理措施

管理是企业发展的根本，更是技术革新的基础。如果管理不到位，那么即使有再先进的技术和工艺，也会因人为操作因素导致技术水平不能得到全部发挥。而优化热处理节能的管理首要工作就是要建立完善的节能体系，制定现代热处理企业制度、生产管理制度、横班效益考核等制度，做到有“法”可依，既能够通过严格控制热平衡参数等热处理操作来控制能源消耗流向，又能够通过考核奖惩措施调动员工节能降耗的积极性。此外，还要举办以节约电、煤、气、水和油为主旨的“五小成果”技改活动，对做出贡献的员工给予精神和物质奖励，鼓励员工就进行科技革新。

（二）应用新技术和新能源实现节能降耗

1. 应用新能源，使用清洁能源作为燃料

鉴于目前我国仍以燃烧作为热处理加热的主要方式并且短期内难以改变的现状。应当尽量在燃烧过程中应用清洁能源作为燃料，以新能源代替污染较大的煤燃料。基于此，可考虑选用天然气作为燃料，在通常技术条件下，其热效率可达50．5%，较煤电热效率高出近1倍。热处理炉除直接燃烧可获得至少30%的热效率外，烟道气废热还可用于预热燃烧，空气、回火炉的加热、清洗液和淬火油的加热以及其他生活用途，使绝对的热利用率可达到80%以上，具有节能环保双重优势。

2.加强科技研发，试验和推广节能新设备和新工艺

开发新工艺加强热处理节能理论的研究，试验和推广节能新设备和新工艺，尽量采用节能新技术。同时还必须估量实现该技术的代价.即要综合考虑以下几方面的因素:(l)从零件和整机的实际工作条件出发，制定合理的热处理工艺。技术要求该高的就高，不该高的不要盲目求高，工艺要和零件的功能、重要性密切结合;(2)根据具体零件和材料，尽量选用先进的热处理技术，提升少无氧化加热设备的应用率，以获得优质、节能、高效率的经济效果，并充分挖掘材料性能特点。

3.采用新技术改善热处理生产环境

从上文分析可知，目前我国热处理加热仍然采取燃烧的方式，并用油冷的方式进行换热冷却，对环境造成了巨大污染，需要采用清洁、节能的热处理技术加以替代。目前可采用的新技术有如下几种。

（1）真空加热处理技术

真空加热是一种在低于或者等于10-5负压空间内对热处理件加热的方法。采取真空加热技术既能够避免燃烧给热处理件带来的氧化和脱碳，又能够在真空渗碳或碳氮共渗以后进行高压气淬，进而使热处理加热效率和性能都得到提升。据调查，目前发达国家真空热处理技术应用率可达20%左右，而我国还不足5%，因而提升真空热处理技术的使用率是当前改善热处理效率的重要途径之一。

（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，实现所需原子渗人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。

（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）激光束、电子束、离子束表面技术

该技术主要包括表面淬火、重熔、涂层，主要依靠高能束对热处理件表面进行快速加热进而实现热处理，较燃烧加热相比该技术不会产生烟尘等污染，是一种十分清洁环保的技术。

（5）热处理的CAD技术

当今时代已经进入到信息时代，随着IT技术的不断发展，利用现代化信息技术来实现热处理节能也原来越被广泛应用。CAD技术就是其中一种，它可以通过计算机模拟热处理工艺流程来控制淬火剂和淬火方法的使用，实现二者最优化配置，加快渗碳过程，减少废气排放量。不仅如此，智能CAD技术还可以利用不断开发的先进计算方法例如三维温度场等来回收利用热处理的余热，减少能量的损耗，是绿色节能和清洁生产的重要技术。

总而言之，改善我国目前热处理能耗高、污染重的现状，就必须从优化节能管理和应用新技术、新能源两大方面入手，在规范、严格管理的基础上采取各项技术措施，才能有效提升热处理节能水平。

参考文献

[1]廖波,肖福仁.热处理节能与环保技术进展[J].金属热处理,2009年第01期

[2]葛欣.金属材料热处理节能新技术的应用[J].中国高新技术企业，2011年第33期