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熱處理生產(chǎn)的節(jié)能與環(huán)保技術(shù)研究

文檔作者：王瑾文檔來源：陜西理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月29日
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第2期(總第132期)
No．2(SUM No．132)
機(jī)械管理開發(fā)
MECHANICAL MANAGEMENT AND
2013年4月
Apr．2013
熱處理生產(chǎn)的節(jié)能與環(huán)保技術(shù)研究
王 瑾
(陜西理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，陜西漢中723003)
摘要：熱處理生產(chǎn)中耗能和環(huán)境污染較為嚴(yán)重，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能與環(huán)保生產(chǎn)，高效清潔的綠色熱處理先進(jìn)技術(shù)日益
受到A-q'l'2的關(guān)注。分析了熱處理生產(chǎn)中耗能與污染問題的嚴(yán)重性；闡述了采用先進(jìn)熱處理技術(shù)是節(jié)能與環(huán)保的重
要途徑。
關(guān)鍵詞：熱處理；節(jié)能；環(huán)境保護(hù)
中圖分類號(hào)：TG157 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003—773X(2013)02—0037—03
0 引 言
我國《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱
要》中明確提出：要落實(shí)節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國
策，建設(shè)低投入、高產(chǎn)出，低消耗、少排放，能循環(huán)、可持
續(xù)的國民經(jīng)濟(jì)體系和資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。
節(jié)能減排及環(huán)保是熱處理生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)
略實(shí)施的重要保障，也是熱處理行業(yè)及熱處理工作者
追求的奮斗目標(biāo)之一 I。熱處理生產(chǎn)工藝是通過對零
件進(jìn)行加熱、保溫、冷卻、清洗、表面處理后獲得相應(yīng)的
組織和性能，以滿足相應(yīng)的工況要求。眾所周知，熱處
理生產(chǎn)車間既容易產(chǎn)生廢氣、廢水、廢渣及粉塵等污染
物，又是耗電、耗水最多的車間之一，因此，提高熱處理
生產(chǎn)中資源及能源的利用效率，節(jié)約能源和資源，降低
熱處理生產(chǎn)對環(huán)境的負(fù)擔(dān)，減小污染、凈化環(huán)境是熱處
理生產(chǎn)中節(jié)能與環(huán)境保護(hù)發(fā)展的方向 。當(dāng)前，在科
學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下，加強(qiáng)熱處理生產(chǎn)的節(jié)能與環(huán)保措施，
對于實(shí)施熱處理清潔生產(chǎn)，建立資源節(jié)約型和環(huán)境友
好型社會(huì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 。
1 熱處理過程的耗能與污染問題
我國機(jī)械工業(yè)能耗高、資源消費(fèi)大、污染嚴(yán)重、勞
動(dòng)保護(hù)薄弱和環(huán)境治理較差，環(huán)境污染的70％是由工
業(yè)生產(chǎn)造成的 J。機(jī)械工業(yè)不僅是耗能耗材的大戶，
而且也是排污的主要行業(yè)之一。機(jī)械工業(yè)中，特別是
熱處理生產(chǎn)行業(yè)，粗放型的經(jīng)濟(jì)增長方式尚未根本轉(zhuǎn)
變，“高消耗、高排放、低效率”的問題仍十分突出[51。
據(jù)估算，熱處理工藝生產(chǎn)中，加熱設(shè)備的平均利用率僅
為30％ ，15萬臺(tái)設(shè)備的每年實(shí)際熱處理生產(chǎn)量為1 350
萬t，消耗電總量約為99億kW·h161。尤為嚴(yán)重的是，熱
處理生產(chǎn)的污染問題仍十分嚴(yán)峻。主要表現(xiàn)在以下
方面：
1)廢氣污染。熱處理生產(chǎn)中產(chǎn)生的有害氣體主
要來自不同的熱處理加熱設(shè)備和清洗設(shè)備 。(1)熱處
理燃料爐中產(chǎn)生二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳等氣
體；二氧化硫使人的呼吸器官受損，一氧化碳使人眩
暈、昏迷窒息，高濃度的二氧化碳會(huì)使人缺氧窒息；熱
處理滲氮爐溢出的氨氣對人的眼膜、鼻粘膜、口腔、上
呼吸道刺激強(qiáng)烈。(2)熱處理鹽浴爐中蒸發(fā)出來的含
氯、含氮的腐蝕性氣體，熱處理鉛浴爐中揮發(fā)出來的鉛
浴蒸汽，以及工件在表面化學(xué)熱處理過程中溢出的有
害氣體。含氯、含氮的腐蝕性氣體不僅給人體帶來危
害，還會(huì)腐蝕熱處理設(shè)備；鉛浴蒸汽使人中毒，危害健
康。(3)工件表面除銹、除油、除鹽等過程中排出的酸、
油、鹽等蒸汽，酸、油、鹽等蒸汽不但腐蝕儀器設(shè)備，而
且危害人的健康。(4)是化學(xué)熱處理及表面處理中產(chǎn)
生的甲醇蒸汽、苯蒸汽等。甲醇蒸汽使人眩暈、惡心、
失明，苯蒸汽使人產(chǎn)生眩暈、昏迷、死亡等；熱處理鹽浴
爐產(chǎn)生的高溫蒸汽既傷害人體健康，又腐蝕各種電器
設(shè)備儀表。(5)熱處理零件在加熱、噴砂、噴丸、清理中
產(chǎn)生的粉塵、煙塵污染，粉塵、煙塵對人體肺臟產(chǎn)生嚴(yán)
重傷害，甚至導(dǎo)致肺病，嚴(yán)重影響人的身體健康。
2)廢水污染。熱處理產(chǎn)生的廢水主要來自熱處
理零件的清洗液、工件的表面處理液、加熱零件的淬火
冷卻液。熱處理零件的清洗后排放的廢水中含有酸、
堿、鹽、油劑等，這些廢水排放不僅會(huì)傷害熱處理生產(chǎn)
人員，排人地下后也會(huì)直接或間接地污染居民的飲用
水，危害居民生活安全及生命健康。工件的表面處理
廢液中含有氰鹽、鉻等重金屬離子，氰鹽毒性大，重金
屬離子對老、幼、病人群傷害嚴(yán)重。加熱零件的廢淬火
冷卻液有從鹽浴中帶入BaC1：、工件上脫落的鐵氧化
皮、鉻氧化皮、鉻的化合物等有害物質(zhì)。飲用被污染的
水后，會(huì)使人發(fā)生全身中毒、產(chǎn)生皮炎等癥狀。
3)電磁輻射污染。熱處理產(chǎn)生電磁輻射污染主
要來自感應(yīng)加熱表面熱處理設(shè)備、高溫加熱工件、高溫
熱處理爐膛、強(qiáng)大電流饋線的鹽浴爐變壓器等輻射出
來的電磁波。當(dāng)熱處理生產(chǎn)中產(chǎn)生電磁輻射達(dá)到一定
強(qiáng)度時(shí)，不僅會(huì)影響電子儀表的正常工作，還會(huì)傷害工
作人員的身體健康。人體在輻射空間受到高強(qiáng)度的電
磁輻射時(shí)，組成細(xì)胞的水分會(huì)升溫、使細(xì)胞病死、壞死；
收稿日期：2012—12—06
作者簡介：王瑾(1963一)，女，陜西戶縣人，教授，研究方向：綠色設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。E—nmil：wangjin63@163．com．
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第2期(總第132期) 機(jī)械管理開發(fā) 2013年4月
人腦組織中的部分激素產(chǎn)生的速度減慢，損害了人體
的生物鐘，影響傳遞神經(jīng)信息激素的正常功能，使人體
出現(xiàn)神經(jīng)功能混亂；當(dāng)人體受到超過一定量的電磁輻
射時(shí)，因受損細(xì)胞得不到恢復(fù)，使人體的基因遺傳發(fā)生
突變，導(dǎo)致發(fā)生惡性腫瘤、白內(nèi)障及白血病等疾病。在
熱處理生產(chǎn)中產(chǎn)生電磁輻射污染，輻射波的強(qiáng)度越大，
頻率越短，與輻射源的距離愈近，輻射場所的溫度愈
高，對人體的傷害程度愈大。
4)固體廢物和噪音污染。熱處理生產(chǎn)中的固體
廢物和噪音也會(huì)對環(huán)境造成污染。固體廢物主要有從
鹽浴爐中撈出來的廢渣，這些廢渣含有氯化鋇、鋇鹽類
亞硝酸鹽、氰化鹽等有害、有毒物質(zhì)，損害人的健康。
噪音主要來自噴砂機(jī)、燃燒器、高速噴嘴、壓縮機(jī)，超聲
波清洗設(shè)備。噪音對人的聽覺、神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、
心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、心理和精神等方面會(huì)造成一
定的損害。
2 預(yù)防為主和樹立熱處理生產(chǎn)節(jié)能與環(huán)保意識(shí)
1)對于熱處理過程中產(chǎn)生的有害氣體污染，預(yù)防
污染的措施是要合理布局熱處理車間，在進(jìn)行車間設(shè)
計(jì)時(shí)，對于可能引起污染的熱處理設(shè)備采取集中布置
方法，以便進(jìn)行統(tǒng)一防治污染；車間的位置應(yīng)盡量建筑
在下風(fēng)位置；在購置和安裝熱處理車間設(shè)備時(shí)，要同環(huán)
保設(shè)施配套使用，防止出現(xiàn)先污染，后治理的現(xiàn)象 。
2)對于熱處理生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水污染，應(yīng)以預(yù)防為
主。(1)要選用無毒無污染的冷卻液或電鍍液，以預(yù)防
污染產(chǎn)生，如采用無氰電鍍、無氰鈍化等。(2)先凈化，
后排放。對熱處理中產(chǎn)生的有害物質(zhì)應(yīng)在排放前先進(jìn)
行凈化處理，加入沉淀劑將可溶性的有毒鋇鹽轉(zhuǎn)變成
難溶于水的無毒硫酸鋇鹽等。(3)加強(qiáng)教育，嚴(yán)格管
理，提高環(huán)保意識(shí)，普及預(yù)防熱處理職業(yè)病知識(shí)。讓熱
處理工作人員明確污染的來源及對人體的危害性，懂
得熱處理車間產(chǎn)生的污染是可以預(yù)防的。熱處理生產(chǎn)
也要制定安全操作規(guī)程，教育操作人員如何正確使用
個(gè)人污染防護(hù)用品，增強(qiáng)自我防范意識(shí) 。
3)對于熱處理過程中產(chǎn)生的電磁輻射污染，預(yù)防
的方法主要是做好各種電器設(shè)備的靜電屏障，以便將
輻射出強(qiáng)大的電磁波導(dǎo)入地下；在熱處理車間的周圍
植樹綠化，將車間輻射出來的電磁波通過樹木導(dǎo)人地
下；在條件成熟條件下，讓在電磁輻射環(huán)境下工作的人
員穿著防靜電工作服；搞好工作場地、生活場所的環(huán)境
衛(wèi)生，保持室內(nèi)的干燥、通風(fēng)。
3 采用先進(jìn)技術(shù)是解決節(jié)能與環(huán)保問題的重要途徑
傳統(tǒng)的加熱介質(zhì)多數(shù)是空氣或熔鹽，采用油作冷
卻介質(zhì)，這種熱處理方法對環(huán)境的污染非常嚴(yán)重，必須
限制使用并盡早淘汰，取而代之研究推廣清潔節(jié)能精
． 38 ·
密高效的熱處理技術(shù)，使熱處理生產(chǎn)環(huán)境得到明顯的
改善，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的污染防治目標(biāo)。
1)真空熱處理技術(shù)。真空加熱是將工件置于正
常大氣壓以下的負(fù)壓空間的加熱方法。真空加熱不僅
能防止工件的氧化和脫碳，而且具有脫脂、脫氣、凈化
表面和變形小的特點(diǎn)。另外，工件還可以在真空中進(jìn)
行低壓滲碳、滲氮等表面處理，且在真空滲碳或碳氮共
滲以后進(jìn)行高壓氣淬，不僅能縮短工期，還能獲得優(yōu)良
的性能，是理想的清潔熱處理技術(shù)；可以替代可控氣氛
熱處理技術(shù)，現(xiàn)已應(yīng)用于模具、汽車零件等的熱處理
[91
。目前國內(nèi)雖有的幾十家真空熱處理設(shè)備制造廠，但
其技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平相比仍有一定差距，難以滿
足生產(chǎn)的需要，而進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴。因此研發(fā)綠色制
造生產(chǎn)所需要的高質(zhì)量的熱處理真空設(shè)備是當(dāng)務(wù)之急。
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
原子滲入表層的化學(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，且無煙霧、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)，是利用高能
束對工件的表面快速加熱作用實(shí)現(xiàn)工件表面熱處理，
不產(chǎn)生煙塵等污染，屬清潔熱處理技術(shù)。
5)金屬鍍層技術(shù)、刷鍍技術(shù)、熱噴鍍技術(shù)、離子鍍
滲技術(shù)是清潔的表面強(qiáng)化技術(shù)。
6)淬火冷卻裝備技術(shù)。以氣淬、水淬、水霧冷卻
技術(shù)替代油、聚合物淬火液等淬火。
7)熱處理計(jì)算機(jī)模擬與智能化技術(shù)。采用熱處
理計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和虛擬生產(chǎn)，以實(shí)
現(xiàn)熱處理計(jì)算機(jī)智能化控制加熱及冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變
模擬、熱處理工藝整體模型化模擬。熱處理生產(chǎn)中做
到有效控制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“零”缺陷，保證機(jī)械產(chǎn)品的精
密、可靠、節(jié)能、環(huán)保和低成本?？傊?jì)算機(jī)模擬與智
能化技術(shù)是我國發(fā)展清潔節(jié)能精密高效的熱處理不可
或缺的技術(shù)。
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(下轉(zhuǎn)第40頁)
第2期(總第132期) 機(jī)械管理開發(fā) 2013年4月
1．6 混凝土高溫條件下應(yīng)力一應(yīng)變的三階段
混凝土棱柱體試件壓力試驗(yàn)表明，高溫條件下，從
開始加載刮試件的破壞大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：
1)當(dāng)試件應(yīng)力低于混凝土棱柱體強(qiáng)度的50％時(shí)，
變形一應(yīng)力變化保持線性關(guān)系。
2)隨著應(yīng)力的不斷增加，塑性變形發(fā)展加劇，應(yīng)
力一應(yīng)變fH1線的斜率降低。此階段試件高溫的表面和
內(nèi)部遍布裂縫，高溫條件下曲線的峰值應(yīng)力降低，峰值
應(yīng)變提高。
3)應(yīng)力達(dá)到峰值后，隨著變形的不斷增大，試件
承載力緩慢下降，試件的表面和內(nèi)部裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，不
再伴隨突發(fā)性破碎，下降段相對較平穩(wěn)，變形值較大。
對比發(fā)現(xiàn)高溫下混凝土的應(yīng)力一應(yīng)變曲線與常溫下的
應(yīng)力一應(yīng)變曲線形式相近。
2 混凝土升溫后損傷檢測方法
I l中性化深度榆測、熱分析法、X—Ray衍射分析法、掃描電I
I ? ? 1鏡分析法、壓汞孔隙儀試驗(yàn)法 l
I新近檢l顏色分析、磁法、剛度損傷檢測、損傷深度檢測、熱發(fā)光l
l測方法l法、紅外熱像法、電化學(xué)檢測法、吸附和滲透性試驗(yàn)法 l
高溫條件下收獲溫度不同及升溫持時(shí)不同會(huì)使混
凝土具有不同的物理化學(xué)變化，通過現(xiàn)場情況及室內(nèi)
試驗(yàn)可推測出混凝土構(gòu)件的損傷情況 1，并對不同結(jié)
構(gòu)構(gòu)件的處理提供有效的設(shè)計(jì)依據(jù)?；炷辽郎氐臋z
測方法，如表1所示。
3 結(jié)束語
混凝土耐火性能的研究將有助于提高混凝土結(jié)構(gòu)
的耐久性，對降低火災(zāi)造成的建筑物和人身財(cái)產(chǎn)安全
起著至關(guān)重要的作用，混凝土耐高溫的多種檢測方法
有助于更準(zhǔn)確的了解混凝土的高溫性能，多種檢測方
法的綜合運(yùn)用將能達(dá)到更好的效果。
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Study on Fire-resistance Behavior of Concrete and Test Technique of Fire Damage
of Concrete Sturctures
HU Sen-lin
(Cheng Shanxi Highway Survey and Design Co．，hd，Taiyuan 030006，China)
Abstract：Study on component of the concrete，Have discussed physical chemistry change and mechanics function effect on concrete when
concrete test specimen in high temperature environment，then test technique of fire damage of concrete structures are summarized．
Key words：concrete structure；fire—resistance behavior；test technique；durability
·t ·' · 芒· E· 芒·蔓曼· E 芒
(上接第38頁)
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Study on Energy—saVing and Environmental Protection
Technology of Heat Treatment Production
WANG Jin
(School of Mechanical Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，China)
Abstract：Enex’gY consumption and pollution were more serious in the production of heat treatment．In order to achieve energy—saving and en—
vironmen[friendly production，efficient clean green heat treatment of advanced technology has been concerned increasingly．Energy consump—
tion told pollution pr(~blem in pl oduction of heat treatment were analyzed；important ways of energy-saving and environmental protection for
using advance(I heal h'eahnenl technologies were described．
Key words：heal treatnlent：energy saving：environmental protection
． 40 ．

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