卞冰　趙劍

摘 要：熱處理技術是通過加熱、保溫、冷卻等手段改變金屬晶體結構，從而改變金屬性能。傳統(tǒng)的熱處理工藝耗能高、污染重，已經(jīng)不符合我國綠色經(jīng)濟的發(fā)展要求。本文將深入探討我國熱處理工藝的現(xiàn)狀，并提出針對性的改進方案。

關鍵詞：機械工業(yè)；熱處理；綠色；節(jié)能；環(huán)保

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.022

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，制造加工行業(yè)對金屬材料的需求量越來越大，熱處理行業(yè)暴露出來的問題越來越多。熱處理工藝是機械金屬加工的重要處理工序之一，旨在加強金屬強度，傳統(tǒng)熱處理技術以資源消耗、環(huán)境污染為代價提升產(chǎn)品數(shù)量，造成了人類發(fā)展與環(huán)境保護之間的失衡。綠色熱處理技術是指在保證產(chǎn)品質量、控制制造成本的前提下，最大限度減少對環(huán)境的影響，下面將詳細闡述我國熱處理技術的現(xiàn)狀與發(fā)展途徑，并提出針對性的熱處理技術綠色發(fā)展方案。

1 熱處理技術現(xiàn)狀

改革開放以來，我國基礎工業(yè)發(fā)展迅速，但由于技術經(jīng)驗積累較少，工業(yè)基礎仍然比較薄弱。熱處理技術是金屬加工的重要工藝流程，我國已經(jīng)具備完整的金屬熱處理產(chǎn)業(yè)鏈，但現(xiàn)有的熱處理技術仍然屬于資源消耗型的發(fā)展模式，環(huán)保意識與發(fā)達國家存在較大差距。根據(jù)相關資料，上世紀70年代，歐盟成員國的熱處理電能消耗為400kW·h/t，美國的熱處理電能消耗為360kW·h/t，日本的熱處理電能消耗為300kW·h/t，21世紀初，我國熱處理電能消耗超過600kW·h/t，仍然超出了發(fā)達國家70年代的標準。進入21世紀以來，我國逐步加大了工業(yè)制造加工行業(yè)的環(huán)保投資，積極鼓勵民營企業(yè)建設環(huán)保設施，同時淘汰了一大批重度污染設備，將污染嚴重的行業(yè)遷移到偏遠地區(qū)，而熱處理行業(yè)屬于能源消耗型產(chǎn)業(yè)，因此國家不斷加大對熱處理產(chǎn)業(yè)的環(huán)保投入與扶持。

2 綠色熱處理技術的內涵

綠色熱處理技術是綠色工業(yè)的重要環(huán)節(jié)之一，綠色熱處理技術的內涵主要體現(xiàn)在三個方面，包括工藝改善、能源節(jié)約以及清潔生產(chǎn)。熱處理技術的主要目的是提升金屬材料性能，從而節(jié)約優(yōu)質鋼材。能源節(jié)約是指減少熱處理生產(chǎn)過程中的能源消耗，清潔生產(chǎn)是指實現(xiàn)熱處理生產(chǎn)無害化，減少污染物質、有害物質排放，將熱處理剩余物進行回收利用。傳統(tǒng)熱處理技術實質上屬于能源換取資源的模式，綠色熱處理技術需要從能源與資源角度進行綜合評估，改善技術本身的環(huán)境效應。

3 熱處理技術綠色化方案

（1）工藝改善。熱處理技術的工藝改善主要體現(xiàn)在兩個方面，一是在傳統(tǒng)工藝基礎上進行優(yōu)化設計，同時將已經(jīng)成熟的節(jié)能減排技術應用到熱處理生產(chǎn)加工中，二是研究開發(fā)新型節(jié)能環(huán)保技術，不再局限于傳統(tǒng)工藝流程與數(shù)據(jù)。目前，可控氣氛熱處理技術是金屬加工的主要研究方向之一，該種工藝可以在無氧狀態(tài)下脫碳，可以提高產(chǎn)品的合格率，最大限度節(jié)約能源，同時減少了熱處理生產(chǎn)中廢氣的排放。根據(jù)相關研究，可控氣氛熱處理技術可以節(jié)約3%-5%的材料，我國已經(jīng)有5%的熱處理企業(yè)在使用該技術?？煽貧夥諢崽幚砑夹g的應用已經(jīng)比較廣泛了，其中氮基氣氛熱處理技術是目前應用最廣泛的，氮基氣氛熱處理技術的主要成分是氮氣，同時可以根據(jù)加工需求添加有機制劑。氮基氣氛熱處理技術的主要優(yōu)點體現(xiàn)在四個方面：一是能源消耗小，與常規(guī)的吸熱式可控氣氛熱處理技術相比，氮基氣氛熱處理技術可以節(jié)能25%-85%；二是材料豐富，氮基氣氛熱處理技術的主要成分是氮氣，而空氣的主要成分是氮氣，因此氮基氣氛熱處理技術的基礎材料十分豐富，可以有效節(jié)約加工成本；三是適用性較強，氮基氣氛熱處理技術可以通過改變添加成分用于各種材料加工，包括合金、碳鋼、不銹鋼、鋁等。

（2）設備改良。熱處理技術綠色化的另一個途徑是設備改善，通過提升熱處理設備制造水平降低能源消耗。目前，我國很多企業(yè)的熱處理設備工作年限較長，部分設備甚至超出工作年限，嚴重降低了能源利用率，設備改善對熱處理技術綠色化具有重要意義。以熱處理技術中的加熱爐為例，目前，我國熱處理行業(yè)中70%企業(yè)采用了電熱爐，其中80%的電熱爐的保溫材料以耐火磚為主，耐火磚的保溫性能較差，造成的熱能散失比較嚴重，如果企業(yè)采用全纖維保溫材料，可以實現(xiàn)節(jié)能10%以上。很多企業(yè)的主要淬火介質仍然以水為主，冷卻水加熱之后直接排放，造成水資源浪費，如果采用高效節(jié)能型空氣換熱器，可以有效減少水資源浪費。除此之外，真空熱處理設備的優(yōu)勢也十分明顯，不但可以縮減加工時間50%以上，提高了企業(yè)產(chǎn)能，而且真空熱處理設備加工的產(chǎn)品質量較高，產(chǎn)品表面不氧化、不脫碳、零分散度，產(chǎn)品合格率超過99%。

（3）介質替換。目前，我國熱處理技術的常用淬火介質包括水、油、水基聚合物等，淬火時將產(chǎn)品整體浸入上述介質中。其中，水是熱處理技術中最常用、最經(jīng)濟的淬火介質，且介質冷卻速度最快，但水作為介質時，存在低溫區(qū)冷卻過快的問題，容易造成零件開裂、變形、硬度不均等問題，而且零件會出現(xiàn)生銹問題。除了常用的水冷液以外，無機水溶劑淬火劑也是比較常見的介質，無機水溶劑淬火劑實質上是向水中加入了各種無機鹽、堿等形成的水溶液，通過改善水的冷卻性滿足材料冷卻的需求，但溶液中的堿類物質不易控制，容易造成工作人員灼傷?？梢酝ㄟ^水基聚合物淬火劑替代現(xiàn)有的淬火介質，水基聚合物淬火劑具有無毒、無臭等特性，且對材料沒有腐蝕、老化作用。水基聚合物淬火劑將是替代現(xiàn)有淬火介質的主要選擇。

（4）熱處理輔助技術。熱處理輔助技術包括熱處理數(shù)據(jù)庫、計算機控制熱處理技術、熱處理環(huán)境協(xié)調性評估、虛擬熱處理技術以及熱處理管理技術，熱處理輔助技術實質上是通過控制熱處理的相關指標改善熱處理過程。熱處理數(shù)據(jù)庫可以對材料成分、材料性能等數(shù)據(jù)進行設計控制；計算機控制熱處理技術包括CAD、CAM等技術，可以對熱處理工程進行優(yōu)化設計，提高熱處理技術的可靠性與穩(wěn)定性；熱處理環(huán)境協(xié)調性評估可以從資源、能源等角度管理熱處理，評估熱處理技術的可行性；虛擬熱處理技術可以對熱處理過程進行模擬，控制熱處理工藝的各個指標；熱處理管理技術是根據(jù)熱處理工程進行編輯管理，從而形成標準化的操作流程。

4 總結

熱處理技術作為工業(yè)制造加工的重要工序之一，直接關系到產(chǎn)品整體質量，同時也是制約我國制造加工業(yè)綠色發(fā)展的主要因素。因此，我們可以從熱處理技術的工藝、設備及介質等三方面進行改進，進而全面推進綠色熱處理技術的實施。

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