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機械制造熱處理節(jié)能面臨問題及改善措施論文
熱處理是機械制造必不可缺的一道工藝，尤其是對鋼鐵等金屬材料的熱處理是現代制造技術的關鍵所在，主要作用是通過加熱、保溫和冷卻三個過程使材料的強塑性得以提高。由于在這三個過程中要使材料表面或內部的金相組織結構發(fā)生變化，因而熱處理三道工序能耗較大。據相關調查顯示，我國目前熱處理電阻爐的總容量較歐盟相比要高出50萬kw，但產值卻遠不及歐盟。由此可見，優(yōu)化制造工業(yè)中熱處理節(jié)能業(yè)已成為當前熱處理工藝不可忽視的重要工作。
一、我國熱處理生產現狀
（一）熱處理能耗規(guī)模
熱處理作為機械制造必不可少的重要工藝，是機械制造行業(yè)中生產規(guī)模較大的產業(yè)。截至“十一五”期末調查結果顯示，我國共有各類熱處理相關生產廠、車間約18000家，實現裝機容量1500萬kW，年生產能力突破4500萬噸，同時年耗總量也高達２３０億度，約占我國機械制造業(yè)年消耗總電量的三分之一，由此可見，熱處理能耗高是我國機械制造業(yè)較為突出的特點，而且具有極大的節(jié)能降耗空間和潛力。
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熱處理不僅是我國機械制造業(yè)中的耗能大戶，還是環(huán)境污染大戶。同樣根據“十一五”期末的有關調查顯示，目前我國是世界第二耗能大戶，年能耗約為14．2億噸標煤，尤其是單位產品能耗較發(fā)達國家高出20%～60%，這說明我國熱處理效率水平不高，熱處理過程中能耗損失較大，因而產生的環(huán)境污染物業(yè)相對更高一些，而這些污染物主要來源于加熱、淬火冷卻、表面處理三大工序，已經嚴重威脅到人類健康和社會環(huán)境。
二、我國熱處理節(jié)能面臨的最主要問題
從我國熱處理生產現狀中可以得知，高能耗和重污染已經成為我國熱處理的突出特點，而且也是我國熱處理節(jié)能需要解決的兩大難題。其歸根結底是由于我國熱處理技術水平不高所造成的，突出表現為如下兩點：
�。ㄒ唬崽幚碓O備能耗大，能源利用率低
目前我國熱處理設備升級換代速度較慢，30年間我國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)達國家300～450 kW·h/t的平均單位能耗相比仍有不小差距，約為發(fā)達國家的2～3倍。
（二）少無氧化熱處理設備應用率低，污染和資源浪費嚴重
不僅如此，由于設備更新?lián)Q代速度較慢，我國目前無氧化熱處理設備應用沒有普及。截至“十一五”期末，我國機械制造行業(yè)少無氧化熱處理設備應用率僅為30%，而制造業(yè)發(fā)達國家少無氧化熱處理應用率則高達80%～90%。由此可見，我國熱處理工藝仍以燃燒加熱為主，致使燃燒所產生的碳黑、煙塵以及大量的CO2、殘氨等廢氣造成了嚴重的環(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掉的鋼材，每年超過百萬噸，造成了極大的浪費。
三、優(yōu)化熱處理節(jié)能的措施
盡管造成我國熱處理高能耗、重污染主要是由于技術水平所引起的，但是筆者認為優(yōu)化熱處理節(jié)能并不單單限于提高技術水平，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，更是技術革新的基礎。如果管理不到位，那么即使有再先進的技術和工藝，也會因人為操作因素導致技術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，制定現代熱處理企業(yè)制度、生產管理制度、橫班效益考核等制度，做到有“法”可依，既能夠通過嚴格控制熱平衡參數等熱處理操作來控制能源消耗流向，又能夠通過考核獎懲措施調動員工節(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，對做出貢獻的員工給予精神和物質獎勵，鼓勵員工就進行科技革新。
�。ǘ⿷眯录夹g和新能源實現節(jié)能降耗
1. 應用新能源，使用清潔能源作為燃料
鑒于目前我國仍以燃燒作為熱處理加熱的主要方式并且短期內難以改變的現狀。應當盡量在燃燒過程中應用清潔能源作為燃料，以新能源代替污染較大的煤燃料。基于此，可考慮選用天然氣作為燃料，在通常技術條件下，其熱效率可達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，使絕對的熱利用率可達到80%以上，具有節(jié)能環(huán)保雙重優(yōu)勢。
2.加強科技研發(fā)，試驗和推廣節(jié)能新設備和新工藝
開發(fā)新工藝加強熱處理節(jié)能理論的研究，試驗和推廣節(jié)能新設備和新工藝，盡量采用節(jié)能新技術。同時還必須估量實現該技術的代價.即要綜合考慮以下幾方面的因素:(l)從零件和整機的實際工作條件出發(fā)，制定合理的熱處理工藝。技術要求該高的就高，不該高的不要盲目求高，工藝要和零件的功能、重要性密切結合;(2)根據具體零件和材料，盡量選用先進的熱處理技術，提升少無氧化加熱設備的應用率，以獲得優(yōu)質、節(jié)能、高效率的經濟效果，并充分挖掘材料性能特點。
3.采用新技術改善熱處理生產環(huán)境
從上文分析可知，目前我國熱處理加熱仍然采取燃燒的方式，并用油冷的方式進行換熱冷卻，對環(huán)境造成了巨大污染，需要采用清潔、節(jié)能的熱處理技術加以替代。目前可采用的新技術有如下幾種。
�。�1）真空加熱處理技術
真空加熱是一種在低于或者等于10-5負壓空間內對熱處理件加熱的方法。采取真空加熱技術既能夠避免燃燒給熱處理件帶來的氧化和脫碳，又能夠在真空滲碳或碳氮共滲以后進行高壓氣淬，進而使熱處理加熱效率和性能都得到提升。據調查，目前發(fā)達國家真空熱處理技術應用率可達20%左右，而我國還不足5%，因而提升真空熱處理技術的使用率是當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
離子滲氮和離子滲碳是將置于低壓容器內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，實現所需原子滲人表層的化學熱處理方法。與常規(guī)的化學熱處理相比，特點是滲速快、工件變形小、易控制，熱效率高、節(jié)約能源，而且無煙霧、廢氣污染。
�。�3）感應加熱熱處理技術
感應加熱是利用電磁感應的原理，使工件表面產生渦流而被加熱。其特點是加熱速度快、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
該技術主要包括表面淬火、重熔、涂層，主要依靠高能束對熱處理件表面進行快速加熱進而實現熱處理，較燃燒加熱相比該技術不會產生煙塵等污染，是一種十分清潔環(huán)保的技術。
�。�5）熱處理的CAD技術
當今時代已經進入到信息時代，隨著IT技術的不斷發(fā)展，利用現代化信息技術來實現熱處理節(jié)能也原來越被廣泛應用。CAD技術就是其中一種，它可以通過計算機模擬熱處理工藝流程來控制淬火劑和淬火方法的使用，實現二者最優(yōu)化配置，加快滲碳過程，減少廢氣排放量。不僅如此，智能CAD技術還可以利用不斷開發(fā)的先進計算方法例如三維溫度場等來回收利用熱處理的余熱，減少能量的損耗，是綠色節(jié)能和清潔生產的重要技術。
總而言之，改善我國目前熱處理能耗高、污染重的現狀，就必須從優(yōu)化節(jié)能管理和應用新技術、新能源兩大方面入手，在規(guī)范、嚴格管理的基礎上采取各項技術措施，才能有效提升熱處理節(jié)能水平。
參考文獻
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[2]葛欣.金屬材料熱處理節(jié)能新技術的應用[J].中國高新技術企業(yè)，2011年第33期
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