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循環(huán)經(jīng)濟(jì)與熱處理節(jié)能環(huán)保新技術(shù)探討

文檔作者：閻承沛文檔來源：北京機(jī)電研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月29日
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全：倉! 全!舍!舍!舍：／ 舍：舍!仝：一
我國熱處理發(fā)展戰(zhàn)略研究
循環(huán)經(jīng)濟(jì)與熱處理節(jié)能環(huán)保新技術(shù)探討
閻承沛
(北京機(jī)電研究所，北京 100083)
摘要：遵循我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和走可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)化道路的戰(zhàn)略決策，針對國內(nèi)熱處理行業(yè)能耗高、污
染重的現(xiàn)狀，概述了熱處理節(jié)能減排的內(nèi)容、作用和意義。論述了新能源、先進(jìn)燃燒技術(shù)、新鋼種新
材料、節(jié)能環(huán)保新工藝設(shè)備和修復(fù)熱處理技術(shù)等的研發(fā)、技術(shù)特點(diǎn)和生產(chǎn)應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：循環(huán)經(jīng)濟(jì)；熱處理；節(jié)能；環(huán)保
中圖分類號：T一1；TG15 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008—1690(2010)01—0012．008
Discussion on Cycling Economy and Novel Technologies of Energy Saving and
Environm ent Protection in Heat Treatment Industry
YAN Cheng—pei
(Beijin Research Institute of Mechanical&amp;amp;Electrical Technology，Beijing 100083)
Abstract：Following the strategic decision of developing cycling economy and taking an industrialization road of
continuousable development as well as in consideration of the present situation of high energy consumption and seri—
OUS pollution in heat treatment practice in China，the content，ruction and significance of energy saving and reduc—
tion in pollutant discharge in heat treatment production were summarized． Meanwhile，development，technical feature
and application to production were also discribed concerning new energy source，advanced combustion technolo—
gY，new type of steels and other materials，up-to—date technologies and equipments in respect of energy saving and
environmental protection，restoration heat trealment technology and SO on．
Key words：cycling economy；heat treatment；energy saving；environmental protection
O 概述
縱觀發(fā)達(dá)國家近百年來工業(yè)化發(fā)展的道路，人
們發(fā)現(xiàn)，如果今后仍沿用傳統(tǒng)發(fā)展模式，即大量消耗
自然資源和能源實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，已經(jīng)難以為繼。世界
上許多重要的礦產(chǎn)資源和能源，如媒、石油、金屬礦
藏等，按當(dāng)前的年消耗量和開采量估算，僅夠用幾十
年甚至更短，某些稀有金屬已出現(xiàn)枯竭現(xiàn)象。另一
方面，大量消耗自然資源和能源的生產(chǎn)方式會產(chǎn)生
大量CO2、S02、NO 和RO 等有害有毒氣體，造成溫室
氣體排放促使全球變暖，破壞生態(tài)平衡，擴(kuò)大臭氧層
空洞，引發(fā)酸雨危害并造成多種疾病危害人類的健
康和生存，同時(shí)危害人類社會的發(fā)展和進(jìn)步 。
痛定思痛，人們認(rèn)識到，必須改變工業(yè)化經(jīng)濟(jì)發(fā)
展模式，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建設(shè)資源(能源)節(jié)約型、綠
色環(huán)保型社會經(jīng)濟(jì)模式，走可持續(xù)發(fā)展工業(yè)化道路
是正確的選擇。我國幾十年來的工業(yè)化發(fā)展為國家
獨(dú)立和富強(qiáng)奠定了基礎(chǔ)。但另一方面，我國工業(yè)化
發(fā)展中出現(xiàn)的矛盾更加突出，資源和能源不足以及
環(huán)境污染嚴(yán)重，已成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的因素之
。。一
O
熱處理行業(yè)是耗能和環(huán)境污染大戶，因而熱處
理生產(chǎn)中節(jié)能和環(huán)保技術(shù)日益受到各有關(guān)方面的高
度重視 ，。 。有資料介紹 ，我國年能耗約為14．2
億t標(biāo)煤，占世界第二位。另一方面，我國單位產(chǎn)品
能耗高，比先進(jìn)國家高20％ 一60％ ；并且生產(chǎn)中污
染較嚴(yán)重，嚴(yán)重影響環(huán)境保護(hù)、危害人類健康和社會
發(fā)展。熱處理生產(chǎn)造成的環(huán)境污染及安全值如表1
所示
收稿日期：2008-07—07
作者簡介：閻承沛(1941一)，男，北京人，教授級高級工程師，長期從事熱處理工藝和設(shè)備研究，發(fā)表論文80余
篇、專著5本。聯(lián)系電話：010—62071675
· 12· 《熱處理》 2010年第25卷第1期
表1 熱處理生產(chǎn)的可能污染、污染源和污染物的安全限值
Table 1 Pollution type，pollution source and safe critical value of pollutants in heat treatment production
污染類型 工藝過程 污染源 污染物限值／mg·m。
1．燃燒加熱N％(Xso 、NO 、CO、CO2)排放
?
CO 30,SO2 15
2．淬火冷卻 淬火、回火、等溫分級淬火油蒸發(fā)物(c0、CmHn)
大氣污染3．鹽浴熱處理鹽蒸發(fā)物Hcl、Bacl,HCN，NH1
H
Cm
cL
H
1
3
5
00
． NH3 30．HcN 0．3
5． ： H4。
， u昂1
． 噴砂、噴丸泄漏，反應(yīng)產(chǎn)物(Hcl，HcN，c0，NH，)的排放 ? ? ，、
排人大氣的粉塵
1．鹽浴加熱淬火含氰Bacl2、亞硝鹽水
m
CN -
I 含
0．
油
05
5
m L'B 1·。m L，N。2 1·。
水體污染2·油 洗 、
～ ? ? 體廢物浸出液最高充許濃度( g／L)：
3．鹽渣處理 無害化處理后溶液的排放 。 一 ‘ 一． ．
鼓風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)，風(fēng)扇，中頻發(fā)電機(jī)，排風(fēng)、 居民，文教區(qū)：40—50 dB；n-~Jg中區(qū)：55～
H馳畝 ?
爐氣循環(huán)，氣氛制備、氣動機(jī)構(gòu) 60 dB；生產(chǎn)操作現(xiàn)場：<85 dB
． ． ． ? ? ． 200 kHz、10～100 kHz，8 kHz，10～500 kVA，中公眾受輻射24 h內(nèi)連續(xù)6 mim全身平均比吸
電磁輻射 感應(yīng)熱處理 頻
、高頻 射
’ ’ ～ 率 過0．0 。W一
／k
。
g
～
和輔助材料、廢物回收利用及加工零件再制造(修復(fù) 氣循環(huán)預(yù)熱助燃空氣或燃?xì)?，?shí)現(xiàn)高溫預(yù)熱空氣或
熱處理)等諸方面提高熱處理行業(yè)和的節(jié)能、環(huán)保技 燃?xì)庠谪氀鯛顟B(tài)下燃燒，具有大幅度節(jié)能(30％ ～
術(shù)水平，完善法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作方式，將熱 60％)和大幅度減少CO 排放量(30％ 一60％)以及
處理生產(chǎn)中節(jié)能環(huán)保工作大大推進(jìn)一步，使熱處理 降低煙氣中NOx~4b#1N(<130 X 10 )的雙重優(yōu)越
能耗達(dá)到國際先進(jìn)水平，將熱處理生產(chǎn)對環(huán)境造成 性。 采用高溫空氣燃燒技術(shù)的蓄熱式燃?xì)廨椛?
的污染減至最低程度，達(dá)到或低于先進(jìn)工業(yè)國污染 管作燃燒器的鋼板退火爐，已在廣東佛山市應(yīng)用多
物排放水平。毋庸置疑，熱處理工業(yè)大力開發(fā)和推 年，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。蓄熱式(HTAC)燃?xì)廨椛?
廣應(yīng)用節(jié)能、環(huán)保新技術(shù)，是我國堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀、 管熱處理爐和電爐的經(jīng)濟(jì)效益比較見表2 ，蓄熱
推動熱處理工業(yè)現(xiàn)代化并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選 式(HTAC)燃?xì)廨椛涔苋紵鹘Y(jié)構(gòu)示意圖如圖1所
擇。 示 。圖中，1為空氣入口；2、8為電子點(diǎn)火器；3、
眾所周知燕 簍整 ．． ．。 莖 5,13
， 用煤發(fā)電的效率上限為36％ ，電加 ；9、9，為。端
；12 助燃空氣；15、15 為 TAc燒
熱的效率上限約80％ ，因而煤電的熱效率上限約為 嘴噴口
；16、16，為主煤氣管；l7、17，為蜂窩陶瓷蓄熱
28·8％ 。而我國絕大部分能源來自于煤炭發(fā)電。天 體
；18、18，為輻射管體；19、19，為穩(wěn)焰器；20、20，為電
然氣是一種高效能源，在通常技術(shù)條件下其熱效率 子點(diǎn)火槍
。近年來，國外采用該技術(shù)的燃燒器和熱
可達(dá)50·5％ ，較煤電熱效率高出近1倍。如果天然 處理爐也已進(jìn)入我國市場和熱處理企業(yè)
， 經(jīng)濟(jì)效益
氣能源采用高溫空氣燃燒技術(shù)，其燃燒熱效率可達(dá) 明顯 ]
。
85％左右，為煤電熱效率的3倍左右 。天然氣能 除高溫空氣燃燒技術(shù)外
，近年來研究開發(fā)的高
源應(yīng)用于熱處理生產(chǎn)已取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能 效節(jié)能低污染的燃燒新技術(shù)主要有：微小型燃燒技
顯著，環(huán)保效果良好 。 術(shù) “]、強(qiáng)輻射傳熱節(jié)能技術(shù) 、高紅外節(jié)能新技
除天然氣外，水電、核電和激光等能源也是高效 術(shù) 、燃?xì)饧t外線輻射器 H]、潔凈燃燒技術(shù)
低污染的優(yōu)質(zhì)能源，在熱處理行業(yè)也得到了推廣應(yīng) 等 ' ]。這些燃燒新技術(shù)和燃燒器已在熱處理和
用。 冶金等行業(yè)得到應(yīng)用，具有高效、節(jié)能和低污染的技
高溫空氣燃燒技術(shù)是國外上世紀(jì)90年代研究 術(shù)優(yōu)勢。
表2 蓄熱式輻射管燃燒器(HTAC)燃?xì)庹婵諣t與電爐的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)-陛能
Table 2 Overall economic accounting for gas—fired vacuum furnace with regenerative radiant
tube combustor(HTAC)and electrical furnace
圖1 蓄熱式(HTAC)燃?xì)廨椛涔苋紵鹘Y(jié)構(gòu)示意圖
Fig．1 Scheme of structure of regenerative gas—fired
radiant tube combustor
2 新鋼種新材料
提高滲碳溫度可明顯縮短滲碳時(shí)間，從而大大
降低能耗，降低生產(chǎn)成本，并且縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周
期。為防止?jié)B碳溫度提高引起材料晶粒急劇長大導(dǎo)
致工件性能惡化，國內(nèi)外開發(fā)了20MoCr5、
17CrNiMo6、EX55和20MnCr5等高溫滲碳新鋼種，
可使?jié)B碳溫度提高到1 O00~C，縮短滲碳周期50％ 以
上，經(jīng)濟(jì)效益顯著 。
除高溫滲碳鋼外，我國還開發(fā)了高強(qiáng)度、高韌度
節(jié)能型低碳貝氏體鋼系列，包括12Mn2VB低碳粒狀
貝氏體鋼、低碳仿晶界型鐵素體／粒狀貝氏體復(fù)相鋼
勢，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。
高速船用高強(qiáng)度雙相不銹鋼是替代Crl3和
Cr18Ni8不銹鋼的優(yōu)質(zhì)節(jié)能型耐蝕艦船用鋼材，其耐
海水腐蝕能力與Cr18Ni8鋼相當(dāng)，而強(qiáng)度是Cr18Ni8
鋼的2倍。Cr13鋼耐蝕性不高，作為海洋艦船用鋼
服役壽命短，維修量大；而Crl8Ni8鋼強(qiáng)度偏低，不
能滿足高速艦船件的力學(xué)性能要求。國產(chǎn)高速船用
高強(qiáng)度雙相鋼兼具高強(qiáng)度和高耐蝕性，使用壽命長，
已應(yīng)用于高速艦船的船體、舵軸、舵柱、中間軸、螺旋
槳、耐蝕葉輪等重要零部件上¨ 。國產(chǎn)船用不銹鋼
鍛件和管材用鋼有：s31250鋼、s31803鋼、$32324
鋼和$31500鋼等；鑄鋼有：zG05Cr26Ni7Mo3CuN鋼
和zGoCr26Ni7M03cuN鋼等。高速船用高強(qiáng)度雙相
鋼的研制開發(fā)和應(yīng)用推動了我國高速、高性能、大
型、多功能海洋艦船制造業(yè)的發(fā)展。
為了節(jié)省合金資源和節(jié)能，近年來各國研制了
多種低合金高速鋼，其應(yīng)用日廣。低合金高速鋼可
以節(jié)約大量昂貴的稀有合金元素，節(jié)能節(jié)材，成本低
廉。國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低合金高速鋼主要有W3Mo2Cr4VS
鋼和W4Mo3Cr4VSi鋼，其力學(xué)性能和使用性能均達(dá)
到了甚至高于通用高速鋼(如W9高速鋼和M2高
速鋼)的水平。另外其W、Mo、V元素的含量僅為通
用高速鋼的3／5(W4Mo3Cr4VSi鋼)或更低(W3
Mo2cr4VSi鋼)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯¨ 。
(如B7I鋼、B5鋼、JB460鋼等)、低碳Cr-M 一Si—M。 3 節(jié)能、環(huán)保的熱處理新技術(shù)
系貝氏體鋼和無碳化物貝氏體／馬氏體復(fù)相鋼 滲碳是應(yīng)用最為廣泛的化學(xué)熱處理工藝。然而
等 。高強(qiáng)韌性節(jié)能型低碳貝氏體鋼已應(yīng)用于高 滲碳處理工藝時(shí)間長、能耗高，并且有環(huán)境污染問
強(qiáng)度抽油桿、汽車前橋、高強(qiáng)度耐磨鋼板、重型釬桿 題，多年來國內(nèi)外提出了多種縮短滲碳時(shí)間、節(jié)省能
(三峽電站船閘施工)等重要零部件上 。由于貝 源和滲劑的工藝方法。如高溫滲碳、稀土催滲、直生
氏體鋼可將熱加工成型與熱處理合并成一個(gè)工序， 式滲碳、低壓滲碳和低壓滲碳高壓(真空)氣淬技術(shù)
不僅節(jié)能、簡化工序(省去淬火工序)提高生產(chǎn)效 等 ?！?∞ 。這些新工藝技術(shù)已應(yīng)用于生產(chǎn)多年，
率，而且避免了淬火處理引起的畸變、開裂和氧化脫 節(jié)能環(huán)保效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
碳缺陷及后續(xù)處理工序，可謂一舉多得。低碳貝氏 美國為降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本、節(jié)約能源和材料消
體鋼具有優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、低污染、低成本的綜合優(yōu) 耗以及減少生產(chǎn)中的污染危害，提出一種縮短周期
· 14· 《熱處理》 2010年第25卷第1期
與強(qiáng)烈淬火相結(jié)合的節(jié)能環(huán)保熱處理新方法，使?jié)B
碳擴(kuò)散時(shí)間縮短了50％或更多，同時(shí)開發(fā)出非易燃
綠色環(huán)保型淬火劑實(shí)施強(qiáng)烈淬火(IQ)，取得了良好
效果 。該工藝方法由美國與巴西合作研發(fā)并應(yīng)
用于生產(chǎn)，節(jié)能效果顯著，生產(chǎn)成本降低，并且減少
了對環(huán)境的污染，對于熱處理節(jié)能降耗及實(shí)現(xiàn)環(huán)境
友好型綠色熱處理生產(chǎn)具有重要的啟示。
改進(jìn)和簡化產(chǎn)品熱處理工藝，縮減熱處理加工工
序與處理時(shí)間，可以大大節(jié)約能源和材料消耗，使生
產(chǎn)成本下降，提高生產(chǎn)效率。有關(guān)實(shí)例見文獻(xiàn)[22]。
氮基氣氛廣泛用于退火、淬火、滲碳、滲氮等多
種熱處理加工，是一種保護(hù)氣氛，可以防止工件在加
熱中氧化、脫碳。在氮基氣氛滲碳或滲氮處理時(shí)，氮
氣可以減少原料氣的消耗，減少炭黑的生成。另一
方面，研究發(fā)現(xiàn)，氮基氣氛具有促進(jìn)和加速滲碳或滲
氮過程的作用，同時(shí)可降低工件滲碳時(shí)的內(nèi)氧化程
度，提高工件的疲勞強(qiáng)度。
氮基氣氛熱處理是一種節(jié)約能源和滲劑、安全
無污染、成本低廉、氣源豐富和適用面廣的熱處理技
術(shù)，適合我國國情，已成為我國節(jié)能、環(huán)保型熱處理
技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。
此外，節(jié)能環(huán)保型熱處理工藝方法還包括以下
熱處理工藝技術(shù)：真空熱處理、可控氣氛熱處理、感
應(yīng)加熱、電子束熱處理、激光熱處理等 。
4 節(jié)能環(huán)保型熱處理設(shè)備
密封箱式爐直生式滲碳系統(tǒng)是控制氣氛熱處理
設(shè)備中節(jié)能環(huán)保技術(shù)的突出代表，它不但使產(chǎn)品無
氧化、無脫碳，而且和吸熱式氣氛裝置相比，節(jié)約原
料氣可達(dá)91％ ～94％ ，滲碳的調(diào)控時(shí)間短，滲速快，
滲碳時(shí)間縮短。圖2為密封箱式爐直生式滲碳系統(tǒng)
簡圖；圖3為置于爐內(nèi)的直生式氣氛發(fā)生器簡圖；圖
4為BBH．RE型密封箱式多用爐結(jié)構(gòu)簡圖 。
碳勢控制柏
圖2 直生式滲碳測量和控制系統(tǒng)
Fig．2 Measuring and control systems of direct—feed
atmospheres for carburizing
《熱處理》
圖3 置于爐內(nèi)的吸熱式氣氛發(fā)生器
1一加熱元件接頭；2一控制熱偶；3一氣樣分析；
4一空氣原料氣入口；5一爐子絕熱層
Fig．3 Endothermic gas generator located in the furnace
1 heating element joint；2 control thermocouple；
3 atmosphere sampling tube；4 entrance of air and unstripped gas；
5 heat—insulating linin~
前室出口門 加熱室入口門
前室入口門
推拉車
蜜
門
熱塞
冷卻漓槽
圖4 BBH—RE型爐結(jié)構(gòu)簡圖
Fig．4 Scheme of BBH—RE type furnace
近年來，國內(nèi)開發(fā)了高溫氮基氣氛熱處理爐并
應(yīng)用于生產(chǎn)。該爐工作溫度為1 000～1 300 oC，可
用于高速鋼等高合金鋼高溫加熱的光亮熱處理(釬
焊 淬火、退火等)，工件加熱不氧化、不脫碳、不滲
碳，表面質(zhì)量好，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著 。
采用天然氣能源具有熱效率高、節(jié)能環(huán)保的技
術(shù)優(yōu)勢，國內(nèi)外已開發(fā)出多種燃?xì)鉄崽幚碓O(shè)備應(yīng)用
于生產(chǎn)¨ J。近年來，除歐、美、日燃?xì)鉅t設(shè)備已進(jìn)
入我國企業(yè)外，臺灣生產(chǎn)的燃?xì)鉄崽幚頎t也已進(jìn)人
大陸市場。該系列設(shè)備可進(jìn)行滲碳、淬火、調(diào)質(zhì)、釬
焊、燒結(jié)、退火和有色合金熱處理等。
法國ECM Co．開發(fā)的ICBP系列低壓滲碳高壓
氣淬爐生產(chǎn)線，其工作溫度為800～1 250 oC，通常
采用965℃ 或稍高溫度滲碳，可縮短滲碳時(shí)問約
50％ 。該技術(shù)節(jié)約原料氣，工件無內(nèi)氧化，滲碳質(zhì)量
2010年第25卷第1期
好，畸變微小，不需輔助設(shè)備校直加工等，其技術(shù)經(jīng)
濟(jì)效益明顯高于傳統(tǒng)滲碳技術(shù)。圖5為ICBP系列
低壓滲碳高壓氣淬爐結(jié)構(gòu)簡圖。另一種形式的推桿
爐低壓滲碳生產(chǎn)線簡圖如圖6所示 。圖6中，1
為回火爐；2為清洗機(jī)；3為輸送輥道；4為滲碳爐；5
為裝料機(jī)；6為除油；7為前室；8為預(yù)熱；9為淬火。
j口 l 蕊
(b) ICBPTH系列
圖5 ICBP系列低壓滲碳高壓氣淬爐
Fig．5 ICBP series furnace for low pressure carburizing
and hi【gh pressure gas quenching
圖6 半連續(xù)式真空推桿爐低壓滲碳生產(chǎn)線
Fig．6 Semi·continuous vacuum pusher furnace production
line for low pressure carburizing
英國研發(fā)的先進(jìn)、高效、節(jié)能且環(huán)保的組合式計(jì)
算機(jī)集成熱處理生產(chǎn)線如圖7所示 。該系統(tǒng)技
術(shù)先進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異，高效、節(jié)能、環(huán)保、節(jié)省輔助
工時(shí)，生產(chǎn)線全部計(jì)算機(jī)智能化控制，被稱為邁向
21世紀(jì)的先進(jìn)熱處理技術(shù)設(shè)備。
當(dāng)今熱處理技術(shù)的特點(diǎn)之一是計(jì)算機(jī)技術(shù)融人
熱處理技術(shù)設(shè)備中，熱處理設(shè)備和生產(chǎn)過程控制由
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和智能化傳感器測試儀器共同完成，實(shí)
現(xiàn)了熱處理生產(chǎn)的高效、優(yōu)質(zhì)、精確、節(jié)能、環(huán)保和柔
性化生產(chǎn)。圖8為滲氮和氮碳共滲氣氛供應(yīng)與過程
控制柔性系統(tǒng)的簡圖；圖9是直生式滲碳網(wǎng)絡(luò)控制
系統(tǒng)的簡圖。
l ! i l j ! I l i j
圖7 混合式計(jì)算機(jī)集成熱處理設(shè)備(工藝)系統(tǒng)
1一真空前室；2一快速感應(yīng)加熱室；3一真空離子滲碳區(qū)：
4一氣體淬火設(shè)備；5一非等溫回火(感應(yīng)加熱)
Fig．7 Mix—type computer integrated vacuum heat treatment assembly
1 front chamber；2 rapid induction heating chamber；
3 ionic earburizing zone；4 gas quenching unit；
5 non—isothermal temperin~(induction heating)
圖8 滲氮和氮碳共滲氣氛供應(yīng)與過程控制柔性系統(tǒng)
Fig．8 S'cheme of flexible system for gas supply and process
control during nitfiding and nitrocarburizing
慢1千系統(tǒng)圜
圖9 Ipsen公司直生式氣體滲碳網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和
TQ周期式爐連接圖
Fig．9 Scheme of Ipsen network control system connected with
TQ periodic furnace for direct—feed atmosphere carburizing
真空熱處理爐是節(jié)能環(huán)保型熱處理設(shè)備。國產(chǎn)
真空高壓氣淬熱處理爐結(jié)構(gòu)圖見圖1O_1 。圖中，1
為加熱室爐門；2為熱循環(huán)風(fēng)機(jī)；3為爐膽；4為加熱
· 16· 《熱處理》 2010年第25卷第1期
室殼體；5為熱閘閥；6為風(fēng)冷裝置；7為送料機(jī)構(gòu)；8
為冷卻室殼體；9為冷卻室門。
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圖1 0 WZGQ45型真空高壓氣淬爐主體示意圖
Fig．10 Scheme of WZGQ45 high pressure gas
quenching vacuum furnace
為達(dá)到汽車零件高強(qiáng)度、高韌性的技術(shù)要求，
Ipsen公司開發(fā)了貝氏體等溫、馬氏體分級淬火生產(chǎn)
線，可減少工件工序間停頓和運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，節(jié)能節(jié)
材，提高生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本。圖11為Ipsen
TQA型鹽浴等溫、分級淬火生產(chǎn)線簡圖 。該設(shè)備
特別適用于汽車工業(yè)中奧貝球鐵或GCrl5鋼件等的
等溫淬火處理。
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圖1 1 Ipsen TQA型鹽浴等溫、分級淬火生產(chǎn)線
Fig．1 1 Scheme of TQA sealed quench furnace with
salt bath for martempering or austempen ng
除上述設(shè)備外，節(jié)能環(huán)保型熱處理設(shè)備還包括：
感應(yīng)加熱設(shè)備、電子束設(shè)備、流態(tài)床設(shè)備、激光設(shè)備
和淬火冷卻設(shè)備(如可控噴射(霧)淬火冷卻設(shè)備)
等 。
5 節(jié)能環(huán)保型熱處理輔助材料和輔助
設(shè)備
首先應(yīng)采用少無污染的能源和材料。能源方
面，天然氣是一次能源，如采用高效燃燒技術(shù)(如上
述高溫空氣燃燒技術(shù))和燃燒器，熱效率高，而且在
通常情況下，天然氣的CO 排放量在常用能源燃料
中最低 ]，見表3。因而，天然氣能源具有節(jié)能環(huán)保
雙重優(yōu)勢。
表3 各種燃料燃燒排出的CO 量
Table 3 Amounts of CO2 discharged from combusting fuels
? 燃料 產(chǎn)巍生時(shí)10 的000c 0kcal(41 84010) 以天然氣為
： 排-方文量／kg 1 毒
應(yīng)優(yōu)先推廣應(yīng)用少無污染的淬火介質(zhì)。如聚合
物淬火劑，其冷卻能力介于水和油之間，在許多場合
下可取代油，從而避免了油污染和除油工序，而且有
利于防止工件水淬畸變大易開裂的弊病。聚合物淬
火液是一種節(jié)能環(huán)保型淬火介質(zhì) _3 。
清洗劑是常用的熱處理輔助材料。我國已開發(fā)
了幾種高效低污染的清洗劑產(chǎn)品，應(yīng)推廣應(yīng)用 引。
目前，國外不少清洗劑產(chǎn)品已進(jìn)入國內(nèi)市場。但由
于技術(shù)專利原因，國外廠商大多只售產(chǎn)品，不轉(zhuǎn)讓技
術(shù)。因而，國內(nèi)清洗劑廠家和科研單位應(yīng)優(yōu)先研制
開發(fā)優(yōu)質(zhì)、高效、無污染并且價(jià)廉的新型清洗劑，以
滿足國內(nèi)熱處理生產(chǎn)需求，并進(jìn)一步推向海外市場。
無公害清洗設(shè)備是節(jié)能環(huán)保型熱處理輔助設(shè)
備，國內(nèi)已開發(fā)出數(shù)種節(jié)能環(huán)保型清洗設(shè)備。如溶
劑型真空清洗機(jī)、真空熱處理清洗機(jī)等 ]。這些
清洗設(shè)備和技術(shù)具有清洗質(zhì)量好、高效、節(jié)能、環(huán)保
和生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。
鋼鐵材料的防氧化涂料也是熱處理輔助材料之
一
，尤其對中小熱處理企業(yè)及特殊結(jié)構(gòu)零件的熱處
理，采用防氧化涂料保護(hù)十分方便價(jià)廉。國內(nèi)某單
位研發(fā)的鋼鐵零件防氧化涂劑，應(yīng)用效果良好，節(jié)能
環(huán)保，效益明顯 。
熱處理輔助設(shè)備中制氮機(jī)和各種制氮發(fā)生器應(yīng)
用廣泛。氮?dú)馐亲钜撰@得且最廉價(jià)的節(jié)能環(huán)保型保
護(hù)氣體，無論采用液氮瓶供氮還是采用制氮機(jī)或發(fā)
生器制氮(如碳分子篩制氮機(jī)或聚烯烴空心纖維薄
膜空分制氮機(jī))，均可獲得價(jià)廉、方便、綠色環(huán)保的氮
基保護(hù)氣體 J。
熱處理輔助材料回收和再利用技術(shù)是熱處理節(jié)
能環(huán)保技術(shù)的重要內(nèi)容之一_4I3 。美國ARI公司
《熱處理》 2010年第25卷第1期 ·17·
開發(fā)的氣氛回收系統(tǒng)，可回收重新利用90％ 的氣氛
氣體。該氣氛回收系統(tǒng)簡圖如圖l2所示。經(jīng)計(jì)算，
采用該系統(tǒng)可使熱處理生產(chǎn)節(jié)能達(dá)25％左右 圳。
弱火焰
廢氣(低co)
介l產(chǎn)生火焰
爐子氣氛返回
司期爐 里 ∞
空氣／氣氛氣調(diào)節(jié)空器柵l I夭然氣目供 氣 空扁鮑懶
圖12 ARI Co．開發(fā)的氣氛回收系統(tǒng)簡圖
Fig．12 Device to recover exhausted atmosphere
developed by ARI Co．
真空高壓氣淬處理中氮?dú)?、氦氣等用量很大，?
果淬火后自然逸散，則使生產(chǎn)成本增高，因而國外對
這類氣體的回收十分重視，并開發(fā)出了幾種淬火氣
體的回收利用系統(tǒng)。奧地利Aiehelin公司開發(fā)的N2
回收裝置示意圖如圖l3所示。圖中，1為真空氣淬
爐；2為調(diào)解閥組；3為儲罐；4為N2瓶；5為凈化裝
置；6為儲罐。日本石川島播摩公司開發(fā)的He回收
精制系統(tǒng)見圖14所示 ?。
H2供給
l訇收凈化器
圖14 真空爐He回收精制裝置系統(tǒng)
Fig．14 Scheme of device to recover and to refine helium
for vacuum furnace
業(yè)化工程，是維修工程的繼承和發(fā)展? 。修復(fù)熱處
理是對失效、故障零件采用熱處理方法和技術(shù)使之
修復(fù)再生的技術(shù) 引。修復(fù)熱處理技術(shù)發(fā)展很快，有
資料介紹，美國修復(fù)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的年產(chǎn)值已達(dá)500億
美元。我國某坦克發(fā)動機(jī)采用修復(fù)熱處理等技術(shù)使
廢舊零件起死回生，其服役壽命延長了40％ 。自
上世紀(jì)80年代以來，再制造修復(fù)熱處理技術(shù)已擴(kuò)展
到民用產(chǎn)品上，其發(fā)展將促使我國形成制造技術(shù)中
的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。
修復(fù)熱處理的廣義概念涵蓋熱處理零件的損傷
預(yù)防技術(shù)和損傷失效零件的熱處理修復(fù)再利用技
術(shù)。熱處理零件損傷預(yù)防技術(shù)主要包括：改進(jìn)材料
設(shè)計(jì)，合理使用或更換材料以滿足服役要求，采用計(jì)
算機(jī)數(shù)值模擬預(yù)測和評估零件損傷程度與工作壽
命，同時(shí)采取相應(yīng)措施，防止工件損傷和延長其壽
命，以及采用機(jī)械強(qiáng)化方法提高工件的強(qiáng)度和防止
工件早期失效。常用的方法有：噴砂、噴丸、冷擠壓、
預(yù)應(yīng)力加工等。
圖13 N，回收裝置示意圖 零件損傷和失效后的修復(fù)熱處理技術(shù)應(yīng)用十分
Fig．13 Sch。m。。f devi。。to 。。 e itrogen 廣泛，也是修復(fù)熱處理技術(shù)的主要內(nèi)容。修復(fù)熱處
此外，熱處理淬火油回收再生技術(shù)在生產(chǎn)中也 理的常用方法是表面修復(fù)熱處理技術(shù)，以及去應(yīng)力
得到廣泛應(yīng)用 引。淬火油等熱處理用油(如低溫回 退火、去氫退火、中間退火和淬回火處理等。
火、時(shí)效用油)的廢油回收再利用和舊油處理技術(shù)， 修復(fù)熱處理技術(shù)的開發(fā)出現(xiàn)了改性型修復(fù)熱處
不但節(jié)約大量輔助材料，同時(shí)減輕了對環(huán)境的污染 理技術(shù)。即采用更合理的熱處理工藝使損傷失效零
危害，因而國內(nèi)外對此均十分重視。如采取先進(jìn)過 件修復(fù)后力學(xué)性能和工藝性能進(jìn)一步提高和完善，
濾技術(shù)與設(shè)備和加入添加劑降低油品酸值及膠質(zhì)物 這是修復(fù)熱處理技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。常用的方法
含量，以及加入新油等方法使舊油回收再生，重新使 有：表面淬火、非晶態(tài)鍍層與高耐磨涂層、激光淬火、
用，經(jīng)濟(jì)效益明顯 。 激光熔鑄隨形修復(fù)、微弧氧化與激光陶瓷金屬覆層
6 熱處理零件再制造過程——修復(fù)熱 和激光熔覆鎳基合金敷層等。
由卜乇里牯來 實(shí)踐表明，表面工程技術(shù)(包括表面熱處理修復(fù)
再制造工程是以現(xiàn)代技術(shù)實(shí)現(xiàn)損傷失效零件高 技術(shù))對損傷失效工件的修復(fù)FranC_利用具有重要
效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保修復(fù)要求并修復(fù)再生利用的產(chǎn) 作用。近年來，在國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略
· 18· 《熱處理》 2010年第25卷第1期
指引下，熱處理節(jié)能環(huán)保再制造(修復(fù))技術(shù)已逐漸
為廣大企業(yè)認(rèn)識和接受，修復(fù)熱處理技術(shù)得到了進(jìn)
一步的發(fā)展和推廣。采用修復(fù)熱處理技術(shù)的典型零
件有：軋輥、重載齒輪、石化鋼管、閘門、抽油桿、鉆
頭、楔門、汽輪機(jī)葉片、壓縮機(jī)葉片、高溫高壓螺栓、
管束、航空發(fā)動機(jī)渦輪盤葉片、坦克履帶板、凸輪軸、
曲軸、汽車氣缸、齒輪、閥座、鉆探設(shè)備零件、工模量
具等。
修復(fù)熱處理技術(shù)是一項(xiàng)節(jié)能、環(huán)保的再制造工
程技術(shù)，該技術(shù)可使大量損傷或失效的重要零件得
到修復(fù)再生利用，節(jié)省大量的能源、材料和加工工
時(shí)，同時(shí)可使修復(fù)零件性能提升和延長壽命，是一項(xiàng)
利國利民的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)。毫無疑問，隨著科技進(jìn)
步和科學(xué)發(fā)展觀可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施的推進(jìn)和落
實(shí)，修復(fù)熱處理技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將得到進(jìn)一步的開發(fā)和
擴(kuò)展。
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