機(jī)械制造熱處理節(jié)能面臨問(wèn)題及改善措施論文

　　熱處理是機(jī)械制造必不可缺的一道工藝，尤其是對(duì)鋼鐵等金屬材料的熱處理是現(xiàn)代制造技術(shù)的關(guān)鍵所在，主要作用是通過(guò)加熱、保溫和冷卻三個(gè)過(guò)程使材料的強(qiáng)塑性得以提高。由于在這三個(gè)過(guò)程中要使材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因而熱處理三道工序能耗較大。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，我國(guó)目前熱處理電阻爐的總?cè)萘枯^歐盟相比要高出50萬(wàn)kw，但產(chǎn)值卻遠(yuǎn)不及歐盟。由此可見(jiàn)，優(yōu)化制造工業(yè)中熱處理節(jié)能業(yè)已成為當(dāng)前熱處理工藝不可忽視的重要工作。

　　一、我國(guó)熱處理生產(chǎn)現(xiàn)狀

　�。ㄒ唬�熱處理能耗規(guī)模

　　熱處理作為機(jī)械制造必不可少的重要工藝，是機(jī)械制造行業(yè)中生產(chǎn)規(guī)模較大的產(chǎn)業(yè)。截至“十一五”期末調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)共有各類(lèi)熱處理相關(guān)生產(chǎn)廠、車(chē)間約18000家，實(shí)現(xiàn)裝機(jī)容量1500萬(wàn)kW，年生產(chǎn)能力突破4500萬(wàn)噸，同時(shí)年耗總量也高達(dá)２３０億度，約占我國(guó)機(jī)械制造業(yè)年消耗總電量的三分之一，由此可見(jiàn)，熱處理能耗高是我國(guó)機(jī)械制造業(yè)較為突出的特點(diǎn)，而且具有極大的節(jié)能降耗空間和潛力。

　　（二）熱處理主要污染物類(lèi)型及來(lái)源

　　熱處理不僅是我國(guó)機(jī)械制造業(yè)中的耗能大戶，還是環(huán)境污染大戶。同樣根據(jù)“十一五”期末的有關(guān)調(diào)查顯示，目前我國(guó)是世界第二耗能大戶，年能耗約為14．2億噸標(biāo)煤，尤其是單位產(chǎn)品能耗較發(fā)達(dá)國(guó)家高出20%～60%，這說(shuō)明我國(guó)熱處理效率水平不高，熱處理過(guò)程中能耗損失較大，因而產(chǎn)生的環(huán)境污染物業(yè)相對(duì)更高一些，而這些污染物主要來(lái)源于加熱、淬火冷卻、表面處理三大工序，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類(lèi)健康和社會(huì)環(huán)境。

　　二、我國(guó)熱處理節(jié)能面臨的最主要問(wèn)題

　　從我國(guó)熱處理生產(chǎn)現(xiàn)狀中可以得知，高能耗和重污染已經(jīng)成為我國(guó)熱處理的突出特點(diǎn)，而且也是我國(guó)熱處理節(jié)能需要解決的兩大難題。其歸根結(jié)底是由于我國(guó)熱處理技術(shù)水平不高所造成的，突出表現(xiàn)為如下兩點(diǎn)：

　�。ㄒ唬�熱處理設(shè)備能耗大，能源利用率低

　　目前我國(guó)熱處理設(shè)備升級(jí)換代速度較慢，30年間我國(guó)熱處理單位能耗僅下降了600 kW·h/t，降至1000 kW·h/t的平均水平，其中大中型企業(yè)節(jié)能效果稍好一些，基本控制在500～800 kW·h/t，但較發(fā)達(dá)國(guó)家300～450 kW·h/t的平均單位能耗相比仍有不小差距，約為發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3倍。

　　（二）少無(wú)氧化熱處理設(shè)備應(yīng)用率低，污染和資源浪費(fèi)嚴(yán)重

　　不僅如此，由于設(shè)備更新?lián)Q代速度較慢，我國(guó)目前無(wú)氧化熱處理設(shè)備應(yīng)用沒(méi)有普及。截至“十一五”期末，我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)少無(wú)氧化熱處理設(shè)備應(yīng)用率僅為30%，而制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家少無(wú)氧化熱處理應(yīng)用率則高達(dá)80%～90%。由此可見(jiàn)，我國(guó)熱處理工藝仍以燃燒加熱為主，致使燃燒所產(chǎn)生的碳黑、煙塵以及大量的CO2、殘氨等廢氣造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。此外，通常熱處理燃燒造成的金屬氧化燒損約為金屬本體重量的3%，加上鋼材表面脫碳處理所浪費(fèi)掉的鋼材，每年超過(guò)百萬(wàn)噸，造成了極大的浪費(fèi)。

　　三、優(yōu)化熱處理節(jié)能的措施

　　盡管造成我國(guó)熱處理高能耗、重污染主要是由于技術(shù)水平所引起的，但是筆者認(rèn)為優(yōu)化熱處理節(jié)能并不單單限于提高技術(shù)水平，還需要提高企業(yè)管理能力。

　�。ㄒ唬﹥�(yōu)化熱處理節(jié)能的管理措施

　　管理是企業(yè)發(fā)展的根本，更是技術(shù)革新的基礎(chǔ)。如果管理不到位，那么即使有再先進(jìn)的技術(shù)和工藝，也會(huì)因人為操作因素導(dǎo)致技術(shù)水平不能得到全部發(fā)揮。而優(yōu)化熱處理節(jié)能的管理首要工作就是要建立完善的節(jié)能體系，制定現(xiàn)代熱處理企業(yè)制度、生產(chǎn)管理制度、橫班效益考核等制度，做到有“法”可依，既能夠通過(guò)嚴(yán)格控制熱平衡參數(shù)等熱處理操作來(lái)控制能源消耗流向，又能夠通過(guò)考核獎(jiǎng)懲措施調(diào)動(dòng)員工節(jié)能降耗的積極性。此外，還要舉辦以節(jié)約電、煤、氣、水和油為主旨的“五小成果”技改活動(dòng)，對(duì)做出貢獻(xiàn)的員工給予精神和物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)，鼓勵(lì)員工就進(jìn)行科技革新。

　�。ǘ�）應(yīng)用新技術(shù)和新能源實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗

　　1. 應(yīng)用新能源，使用清潔能源作為燃料

　　鑒于目前我國(guó)仍以燃燒作為熱處理加熱的主要方式并且短期內(nèi)難以改變的現(xiàn)狀。應(yīng)當(dāng)盡量在燃燒過(guò)程中應(yīng)用清潔能源作為燃料，以新能源代替污染較大的煤燃料�；�于此，可考慮選用天然氣作為燃料，在通常技術(shù)條件下，其熱效率可達(dá)50．5%，較煤電熱效率高出近1倍。熱處理爐除直接燃燒可獲得至少30%的熱效率外，煙道氣廢熱還可用于預(yù)熱燃燒，空氣、回火爐的加熱、清洗液和淬火油的加熱以及其他生活用途，使絕對(duì)的熱利用率可達(dá)到80%以上，具有節(jié)能環(huán)保雙重優(yōu)勢(shì)。

　　2.加強(qiáng)科技研發(fā)，試驗(yàn)和推廣節(jié)能新設(shè)備和新工藝

　　開(kāi)發(fā)新工藝加強(qiáng)熱處理節(jié)能理論的研究，試驗(yàn)和推廣節(jié)能新設(shè)備和新工藝，盡量采用節(jié)能新技術(shù)。同時(shí)還必須估量實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的代價(jià).即要綜合考慮以下幾方面的因素:(l)從零件和整機(jī)的實(shí)際工作條件出發(fā)，制定合理的熱處理工藝。技術(shù)要求該高的就高，不該高的不要盲目求高，工藝要和零件的功能、重要性密切結(jié)合;(2)根據(jù)具體零件和材料，盡量選用先進(jìn)的熱處理技術(shù)，提升少無(wú)氧化加熱設(shè)備的應(yīng)用率，以獲得優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、高效率的經(jīng)濟(jì)效果，并充分挖掘材料性能特點(diǎn)。

　　3.采用新技術(shù)改善熱處理生產(chǎn)環(huán)境

　　從上文分析可知，目前我國(guó)熱處理加熱仍然采取燃燒的方式，并用油冷的方式進(jìn)行換熱冷卻，對(duì)環(huán)境造成了巨大污染，需要采用清潔、節(jié)能的熱處理技術(shù)加以替代。目前可采用的新技術(shù)有如下幾種。

　�。�1）真空加熱處理技術(shù)

　　真空加熱是一種在低于或者等于10-5負(fù)壓空間內(nèi)對(duì)熱處理件加熱的方法。采取真空加熱技術(shù)既能夠避免燃燒給熱處理件帶來(lái)的氧化和脫碳，又能夠在真空滲碳或碳氮共滲以后進(jìn)行高壓氣淬，進(jìn)而使熱處理加熱效率和性能都得到提升。據(jù)調(diào)查，目前發(fā)達(dá)國(guó)家真空熱處理技術(shù)應(yīng)用率可達(dá)20%左右，而我國(guó)還不足5%，因而提升真空熱處理技術(shù)的使用率是當(dāng)前改善熱處理效率的重要途徑之一。

　�。�2）離子滲氮和離子滲碳技術(shù)

　　離子滲氮和離子滲碳是將置于低壓容器內(nèi)的工件在輝光放電的作用下，帶電粒子轟擊工件表面，使其溫度升高，實(shí)現(xiàn)所需原子滲人表層的化學(xué)熱處理方法。與常規(guī)的化學(xué)熱處理相比，特點(diǎn)是滲速快、工件變形小、易控制，熱效率高、節(jié)約能源，而且無(wú)煙霧、廢氣污染。

　�。�3）感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)

　　感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)的原理，使工件表面產(chǎn)生渦流而被加熱。其特點(diǎn)是加熱速度快、易控制、工件表面氧化和脫碳少、節(jié)約能源、污染少。

　�。�4）激光束、電子束、離子束表面技術(shù)

　　該技術(shù)主要包括表面淬火、重熔、涂層，主要依靠高能束對(duì)熱處理件表面進(jìn)行快速加熱進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱處理，較燃燒加熱相比該技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生煙塵等污染，是一種十分清潔環(huán)保的技術(shù)。

　　（5）熱處理的CAD技術(shù)

　　當(dāng)今時(shí)代已經(jīng)進(jìn)入到信息時(shí)代，隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱處理節(jié)能也原來(lái)越被廣泛應(yīng)用。CAD技術(shù)就是其中一種，它可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬熱處理工藝流程來(lái)控制淬火劑和淬火方法的使用，實(shí)現(xiàn)二者最優(yōu)化配置，加快滲碳過(guò)程，減少?gòu)U氣排放量。不僅如此，智能CAD技術(shù)還可以利用不斷開(kāi)發(fā)的先進(jìn)計(jì)算方法例如三維溫度場(chǎng)等來(lái)回收利用熱處理的余熱，減少能量的損耗，是綠色節(jié)能和清潔生產(chǎn)的重要技術(shù)。

　　總而言之，改善我國(guó)目前熱處理能耗高、污染重的現(xiàn)狀，就必須從優(yōu)化節(jié)能管理和應(yīng)用新技術(shù)、新能源兩大方面入手，在規(guī)范、嚴(yán)格管理的基礎(chǔ)上采取各項(xiàng)技術(shù)措施，才能有效提升熱處理節(jié)能水平。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]廖波,肖福仁.熱處理節(jié)能與環(huán)保技術(shù)進(jìn)展[J].金屬熱處理,2009年第01期

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