热处理行业中绿色制造技术浅谈

冯广财 机械工业第五设计研究院 300190

热处理行业中绿色制造技术浅谈

冯广财 机械工业第五设计研究院 300190

我国热处理行业仍然存在能耗高、污染严重等问题，而且行业内普遍存在节能环保意识不强、技术落后等现象。热处理行业要健康可持续发展，推广绿色制造技术是其必由之路，本文仅从热处理工艺、加热设备及淬火冷却介质三个方面进行简要分析。

绿色制造技术；热处理；节能；环保

前言

绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，能够合理使用自然资源和能源，自觉保护环境和实现生态平衡。其实质就是节约资源和能源，使资源利用率最高，能源消耗最低，同时废物减量化、资源化和无害化。热处理行业是机械制造工业的耗能大户，随着世界经济的复苏，“十二五”期间我国制造业中的热处理数量伴随着制造业的发展也会与日俱增，其能耗量之高，污染之大就可想而知。“十二五”发展规划中明确提出：“坚持可持续发展战略”、“实现进一步的节能减排目标”，绿色制造技术在热处理行业的推广及应用势在必行。

1 热处理行业发展现状

热处理行业经过几十年，尤其是近二十年的发展，产品的生产制造水平已显著提高，节能环保意识逐渐加强，但与欧美及日本相比差距较大。上世纪70年代末欧洲热处理单位能耗达到400kW·h/t以下，日本达到300kW·h/t以下；到“十一五”末期我国热处理平均单位能耗降到约600kW·h/t，仍高于70年代的欧洲和日本。“十一五”期间大部分国有大中型热处理企业及部分民营企业都加大了环保设施的投资，有些单位自觉建设了独立的污水处理系统，以节约用水，减少污水排放。但是，还是存在部分企业对节能减排工作有意抵触，一部分企业存在侥幸心理仍然使用国家已淘汰的设备或者把有害有毒的废弃物随意排放，甚至个别城市企业将工厂转移到农村等偏远山区，故意避开环保部门的检查。相关部门应该加大节绿色热处理制造技术的宣传及推广，加强节能减排工作的宣传及监管，以保证我国热处理行业的健康可持续发展。

2 绿色热处理制造技术

所谓绿色热处理制造技术是一种符合环保要求的节能、降耗、少污染的绿色机械制造模式；该制造模式着眼于考虑产品制造过程中资源消耗、工作环境和环保等方面的综合因数，要有利于企业经济效益和社会效益的共同提高。目前，我国能源问题日渐突出，一方面是能源缺口加大，另一方面能源利用率低，且浪费严重，节能环保的发展空间很大，尤其是对于热处理这种高能耗、高污染的行业。

2.1 热处理工艺

对于热处理工作者，一方面应该积极采用已成熟的节能型热处理工艺；另一方面应该努力探索新的节能型绿色热处理工艺，不要被某些手册上的数据及所谓的“常规”所限制，而应该有所创新。

可控气氛热处理工艺可实现无氧化脱碳，提高产品质量和合格率，节约原材料，减少热处理加工中废气和有害气体排放，节能效果明显。该热处理工艺不仅能减少油烟排放，而且可节材3%～5%，目前我国该工艺技术的普及率在5%左右，提高空间很大。

氮基气氛是可控气氛的一种，以氮气为主要成分，根据需要添加适当的有机添加剂制备而成。其优点明显：a.节能，有相关文献报道，与常规的吸热式气氛相比，可节约有机化合物25～85%；b.资源丰富，氮气是空气的主要成分，是取之不尽、用之不竭的资源；c.安全经济，制氮技术成熟，氮气作为惰性气体运输存储安全方便；d.适应性广，通过添加剂的调整，氮基气氛可用于各种碳钢、不锈钢、合金及铜、铝的热处理。氮基气氛热处理是一种绿色热处理工艺。

2.2 热处理加热设备

“十一五”期间我国热处理行业加热设备制造水平虽然有所提高，但目前大部分企业原有加热设备还属能耗高、能源利用率低、结构陈旧、环境污染严重的设备，加大原有热处理加热设备的节能改造，对于提高能源利用率、改善工作环境还是颇有意义的。加热炉全纤维炉衬技术，目前我国热处理行业70%是电加热炉，其中80%以上仍采用耐火砖作为保温材料，若在行业内推广普及全纤维保温材料，可实现行业节能10%。高效节能型空气换热器，目前热处理加工企业淬火介质及设备的冷却大多采用水冷换热器循环冷却，有甚者冷却水直接排放，推广普及高效节能型空气换热器节水效果立竿见影。

节能环保型设备应在热处理行业内大力推广和应用。真空热处理优点明显：a.节能：与常规热处理相比工艺时间减少约50%，能量利用率提高到80%；b.产品质量高：真空热处理具有表面不氧化、不脱碳、脱脂、真空脱气、淬火变形、零分散度等优点，产品一次交检合格率可达到99%以上（而常规热处理一次交检合格率低于90%）；c.环保：真空热处理技术可实现热处理过程的零排放，真正做到绿色无污染。

2.3 淬火冷却介质

目前我国热处理企业内已经在使用的整体浸没式淬火介质主要有：水、淬火油、无机水溶性淬火剂、水基聚合物淬火剂。

水是应用最广泛、最经济、冷却速度快的淬火介质，但自来水作为淬火介质存在着在低温区（马氏体点）时冷却速度过大，从而引起了变形和开裂，硬度不均且畸变大等现象，而且还带来腐蚀和生锈等问题。无机水溶性淬火剂是水中加热各种无机盐、碱等，形成的无机物水溶液，虽然改善了水的冷却性能，适应了某些钢材淬火冷却的需求，但是盐水易引起钢材生锈；硝盐易产生有害气体，对操作工人身体健康有害；碱类水溶液淬火不易控制，容易灼伤操作工。淬火油淬火不仅成品增加，而且易产生油烟一旦处理不慎就会对环境造成污染，甚至淬火过程中可能引发火灾。淬火油、无机水溶性淬火剂均非绿色冷却介质，国内外专业人士一直致力于其代替品的研究。

水基聚合物淬火剂具有无毒、无烟、无臭、无腐蚀、不燃烧、抗老化等特点，且冷却速度可调，适用范围广。水基聚合物淬火剂是新型绿色淬火介质，其发展前景广阔：与水、油淬火相比，聚合物淬火剂可减少淬火工件畸变、开裂造成的废品，可防止环境污染和火灾，减少油淬火所必需的清洗工序，带来的效益非常显著。目前该淬火剂已在国内外得到了广泛的认可和应用，我国在过去很长一段时间主要以进口为主（例如好富顿公司、德润宝公司、美国联合碳化公司等），最近几年国内一些厂家也加大了开发投入并生产出效果不错的产品。油作为淬火介质已有上百年的历史，现实生产中被完全取代的可能性较小，但是应该加大淬火冷却理论的研究，不断提高原有绿色淬火介质的性能并积极开发新的淬火介质，以解决生产中发现的新问题，尽可能减少淬火油的使用。

3 结束语

节约资源、降低能耗和保护环境是世界工业发展的大趋势，绿色制造技术的推广和应用是可持续发展的目标和重点。对于国内的热处理企业要想在蓬勃发展的世界工业中占有一席之地就必须加大绿色制造技术的研发及应用，以提高企业自身的市场竞争能力。

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[2] 廖波,肖福仁.热处理节能与环保技术进展.金属热处理.2009(1):1～6

[3]彭平生.“绿色热处理”—上海热处理行业的可持续发展之路.热处理.2004(3):12～16

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.074