节能技术在热处理中的应用

节能技术在热处理中的应用

【摘要】热处理要消耗大量热能，而且所用的热出理炉，热效率又非常低，因此能耗大，不仅给国家能源造成浪费，而且还增加企业的生产成本，若在生产中灵活运用各种热处理设备和工艺，会显著的节约能源，提高效率。

【关键词】热处理；节能

0.前言

热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的据报道，南京市热处理企业年用电量约1亿千瓦时。其中有50%的企业能耗高于800千瓦时/吨，能耗低于500千瓦时/吨的企业不到20%，平均万元产值能耗约3300千瓦时，约合1300吨标准煤。无锡市热处理企业年用电量约1.8亿千瓦时，平均能耗约700千瓦时/吨，平均万元产值能耗3300千瓦时，约合1300吨标准煤。

由于热处理企业规模较小，资金短缺，技术改造速度缓慢，南京和无锡市热处理企业中新型先进热处理装备仅占12%，多数老式热处理炉和盐浴加热炉的保温性能不好，并且仍在使用接触式控制系统，加热过程中造成较大电能浪费。尤其是民营热处理厂，由于经济条件欠缺，仍有90%以上的老式电炉和盐浴加热炉在使用，能耗、环境和生产安全等方面存在较大问题。

热处理节能方面，主要是由几个方面的因素组成的：

（1）热处理工艺流程是否有效让被处理的工件达到其设计的技术要求，而又用较低的成本。

（2）热处理设备是否在运行中得到了有效的合理的使用，比如连续性生产，设备待工件时间减少。且没有额外的热损失。

（3）热处理操作人员，工艺技术员，及生产管理人员是否沟通良好，每个人都能得到有效的管理与组织生产。

热处理要消耗大量热能，而且所用的热出理炉，热效率又非常低，因此能耗大，要节约热处理的热能，首先必须是热出理炉处于连续使用的状态，无论什么炉子，升温时都需要消耗很大的热能。其次，从节能来说，要紧的是不出热处理废品，这一点上，切实地遵守明确规定的工艺流程是很重要的，废品要返工，花了双倍热能，浪费极大。

以上两点是节能热处理的大前提，根据这两条再进一步采取节能措施。

（1）设备上。为了力求节省能量，必须在防止热量散失的同时，将散发的热量回收利用。为此，可以根据实际情况使用能够绝热的陶瓷壁板，可以运用同流换热器和热管来循环利用废热，可以让被处理物件预热后在处理，使用这些方法可以节约燃料20~30%,气体炉前门用作火窗的火口经常冒火，这是浪费热量的，应当制作一种只有打开炉子前门时才冒火的火窗，同时，想方设法使炉气燃烧火焰的热量得到循环利用，这也是重要的，还必须正确使用各种仪器。

（2）技术上。必须力求缩短加热维持时间，打破历来习惯于维持1小时30分钟的神话。升温时间与被处理物件的大小有关系，维持时间要根据钢材的类型（碳钢，合金钢或工具钢）来进行调整，在从渗碳和高频淬火的硬化层深度来看，过去也偏深。而越深越安全的想法，应坚决抛掉，从而合理地减小硬化层的深度，这一点上，首先可以以只有通常深度的70%为指标的活动，节省能量达到20~30%，其次是应该积极地灵活使用锻造淬火和渗碳直接淬火等处理中所用的直接淬火器具。把残余热量也利用与被处理工件，这是通向节能的宽阔大道。再者，通过自身回火，澳氏体回火，Q回火等热处理，将回火这一道工序省略，对节省能量来说也无疑是有益的，其他像应用真空渗碳，离子氮化，激光热处理等新技术，对节能来说均十分重要。

（3）材料上。为了节省能量，可以灵活地使用以下各种钢材；快速渗碳钢，点状孔隙碳钢(ppc钢），软氮化钢等等。

1.热处理节能技术的应用

1.1有效利用隔热和保温材料

比如采用陶瓷纤维，它具有良好的隔热和保温性能，据最近报道，炉子使用这种材料可节省热能20~30%。

1.2废热利用

过去将炉子释放的热全部散放掉，将这部分热用换热器或热管加以回收利用很重要，据报道，将回收的热用来预热处理钢件以及夹持具和托架，加热燃烧用空气和油，可节省燃料费25%,另外，据美国报道，将辐射管有效用于保护性热处理炉可节约燃料15~20%,提高30%.

1.3正确使用计测仪器

流量计和温度计不精确会浪费能量，有效利用微信息处理和传感器也是节能的重要环节。

1.4高频淬火

高频淬火是一项很理想的节能技术，它可以仅在所需的部位和深度进行加

热，热效率高，易于电气控制和实现自动化，今后将广泛采用。目前，正用它代替渗碳和碳氮共渗等表面硬化处理。

1.5N2基保护性气体

氮气在空气中很多，应大量应用，氮气基炉气作渗碳和碳氮共渗用还能节省天然气，作渗碳用时可以安全中断渗碳，今后应用这种炉气将越发增加。

1.6真空渗碳

真空渗碳是在1000—1100℃下进行高温渗碳，渗碳时间短，并能减少渗碳用气体，节省资源。

1.7等离子氮化

等离子氮化不需外加热源，靠自身热即可，而且氮化时间可缩短到几分之一或几十分之一。靠离子放电的等离子处理，现不仅用于氮化，还用于渗碳。

1.8电子束，激光束热处理

这是使用电子束和激光束，仅使所需部位表面硬化的方法，故热能消耗少，目前激光热处理正用于球墨铸铁和珠光体铸铁产品的表面硬化。由于都是自身淬火，不需淬火液。

1.9水溶性淬火液

采用淬火油会产生污染空气和水源及引起火灾等公害，故应避免使用。为代替淬火油出现了水溶性淬火液(聚合物淬火液),它含有5~30%聚合物，其余是水，其冷却能力可从相当于盐水到油的广泛范围内变化，可用于多种目的，而且无公害问题。

2.热处理节能的一些措施

2.1不用炉子时将炉子保持在一定的温度下，以便在需要时立刻就可以使用。

2.2把热处理零件比较紧密地堆放在炉内能有效地节省能源并使热处理炉能在低成本下进行生产。

2.3是热处理炉具有最佳的绝热特性。

2.4打开炉门时间不应过长，因为由辐射产生的热转换郑必欲绝热温度的4次方。所以打开炉门时损失的热量是相当可观的。

2.5稍稍提高炉温就有较多的热量通过辐射输入到负载零件和炉子的砖砌体