鋼帶熱處理綜合節(jié)能技術(shù)及設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用項目可行性報告

1、鋼帶熱處理綜合節(jié)能技術(shù)及設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用項目可行性報告一、項目立項的背景和意義1、項目基本情況簡介鋼帶，是指寬度在150-260mm、厚度的長鋼板，成卷供應(yīng)。與鋼板相比，具有尺寸精度高、表面質(zhì)量好和便于使用等優(yōu)點。本項目涉及的鋼帶主要是經(jīng)淬火、中溫回火熱處理的各種鋼帶，如50#、70#、T8等中高碳鋼，65Mn、60Si2Mn等中碳合金鋼。鋼帶市場容量巨大，廣泛應(yīng)用于汽車、五金、勞保、標準件、裝飾品等行業(yè)，是汽車離合器、木工鋸片、卷簾門、鞋底、醫(yī)療器械等的關(guān)鍵材料；以汽車行業(yè)為例，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)：2011年全國汽車產(chǎn)銷1841.89萬輛和1850.51萬輛，刷新全球歷史紀

2、錄；其中單汽車離合器用特種鋼帶需求就達30萬噸以上；鞋材用帶鋼，國內(nèi)市場年需求達120萬噸以上。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)各種鋼帶用量達3000萬噸以上，市場前景廣闊。2、項目立項必要性鋼帶熱處理中節(jié)能的必要性鋼帶在制造過程中，需要經(jīng)過以下工序：厚鋼帶t酸洗t冷軋t退火T冷軋至一定厚度T退火T淬火t回火T著色T包裝。本項目所涉及的是“淬火+回火”熱處理，這是鋼帶生產(chǎn)中必須的，也是最重要的工序。熱處理質(zhì)量的好壞決定了鋼帶性能的優(yōu)劣，也是鋼帶企業(yè)最核心的技術(shù)所在。鋼帶淬火是將鋼帶加熱到860C930C高溫保溫，使鋼帶的組織由珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，然后通過快速冷卻形成高硬度的馬氏體。之后，鋼帶再通過450C4

3、80C的中溫保溫進行回火，從而得到彈性優(yōu)異的索氏體組織。正因如此，熱處理是鋼帶最關(guān)鍵，同時又是高能耗的加工過程。以項目申請單位為例，公司年產(chǎn)5萬多噸鋼帶，僅熱處理年用電量就達3800萬kW?h,占企業(yè)用電總量的60%左右，占生產(chǎn)成本近40%。因此，熱處理節(jié)能是一項急需解決的重要課題。國內(nèi)熱處理噸鋼平均耗電在800kW?h左右，而工業(yè)發(fā)達國家在450kW?h以下。可見，熱處理行業(yè)的節(jié)能潛力是極其巨大的，開展本項目是必要的，也是非常迫切的。3、項目立項根據(jù)與意義國家特別重視熱處理行業(yè)的節(jié)能問題，國家發(fā)改委曾于2007年5月特別發(fā)布了關(guān)于做好熱處理行業(yè)節(jié)能環(huán)保情況調(diào)研工作的函，指出“熱處理是機械產(chǎn)品

4、制造過程中十分關(guān)鍵的工序，是充分發(fā)揮材料潛力，保證機械零件內(nèi)在質(zhì)量和壽命、提高產(chǎn)品檔次的重要因素。同時，熱處理在機械制造業(yè)中又是耗能大戶。在熱處理行業(yè)開展節(jié)能環(huán)保情況調(diào)研活動，對提高機械行業(yè)經(jīng)濟運行質(zhì)量，促進可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義，是落實國務(wù)院關(guān)于節(jié)能減排工作戰(zhàn)略部署的具體體現(xiàn)”。浙江省既是鋼帶的生產(chǎn)大省，也是各種鋼帶的使用大省，杭州、臺州的離合器、永康五金、諸暨、寧波的彈簧、義烏的飾品等等，都廣泛使用各種鋼帶。因此，開展鋼帶熱處理綜合節(jié)能技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化研究，對我省制造業(yè)的發(fā)展和節(jié)能技術(shù)進步與推廣應(yīng)用有重要的意義。同時，本項目符合浙江省十二五重大科技專項實施方案（省科技廳）中的目錄第六項節(jié)

5、能環(huán)保技術(shù)專項實施方案高能耗行業(yè)節(jié)能技術(shù)（金屬熱處理綜合節(jié)能技術(shù)及裝備）。、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1、國內(nèi)外鋼帶的熱處理技術(shù)現(xiàn)狀（1）鋼帶的熱處理設(shè)備及要求鋼帶的熱處理工藝是非常成熟的，為實現(xiàn)鋼帶的熱處理工藝要求，需要相應(yīng)的熱處理設(shè)備。常見的鋼帶熱處理設(shè)備如圖1所示，分放卷、加熱、冷卻、回火、收卷五個單元。鋼帶的熱處理屬于連續(xù)式生產(chǎn)方式，其主要的技術(shù)難點在于冷卻單元。它必須同時滿足以下要求：1）保證鋼帶能快速冷卻；2）防止鋼帶因組織應(yīng)力和熱應(yīng)力產(chǎn)生的變形;3）防止鋼帶表面產(chǎn)生擦傷等缺陷;4）必須保證鋼帶的連續(xù)運動。圖1鋼帶熱處理設(shè)備示意圖（2）國內(nèi)鋼帶的熱處理設(shè)備國內(nèi)鋼帶的熱處理技術(shù)最初從原

6、蘇聯(lián)引進。其冷卻單元采用淬火噴油壓板技術(shù)，如圖2所示。是采用有溝槽的上、下兩塊銅板，溝槽內(nèi)有大量小孔。加熱后的高溫鋼帶穿過兩銅板，一定壓力的冷卻介質(zhì)（淬火油）從小孔中噴射到熾熱的鋼帶上，使鋼帶快速冷卻。銅板上施加一定的作用力，讓鋼帶可連續(xù)運動，又避免鋼帶的變形。銅板質(zhì)軟，可避免鋼帶表面擦傷。該設(shè)備存在以下問題：1）機油噴到熾熱的鋼帶上時，會產(chǎn)生大量的油煙霧。同時鋼帶表面的機油會帶入后面的回火爐中也會形成煙霧，污染生產(chǎn)環(huán)境。且這些油煙污極易附著在其他設(shè)備表面，生產(chǎn)車間存有易燃等安全隱患。為排出油煙，雖在每條熱處理線上都安裝排煙設(shè)備與排風(fēng)管，但效果并不明顯。2）回火爐中生成大量煙塵，它附著在鋼帶表

7、面，使得鋼帶不能直接發(fā)藍，影響鋼帶的熱處理質(zhì)量。3）生產(chǎn)成本高。以申請單位為例，按每噸鋼帶需淬火油費100元成本計算，按年產(chǎn)4萬噸計，每年需付出400多萬元油費。4）銅板價格貴，易磨損。鑄鐵等材質(zhì)價格便宜，但鋼帶表面易擦傷，影響外觀質(zhì)量。（3）國外鋼帶的熱處理設(shè)備世界上最著名的鋼帶熱處理設(shè)備制造商，是奧地利的EBNER公司。其典型設(shè)備為HICON?臥式淬火和回火線。日本、臺灣地區(qū)所用的設(shè)備，大多仿制EBNER公司的上述設(shè)備。國內(nèi)的上海有企業(yè)在80年代也購買了該公司的設(shè)備。EBNER本質(zhì)上是分級冷卻淬火工藝。具體方法是采用熔融金屬為冷卻介質(zhì)，先將高溫鋼帶冷卻到240C280C附近，然后迅速風(fēng)冷，

8、得到馬氏體組織。其特點是鋼帶不與壓板接觸，組織應(yīng)力和熱應(yīng)力得到有效的控制，因此變形小，同時表面外觀質(zhì)量好。該設(shè)備另一大優(yōu)勢是可以在同一條生產(chǎn)線上實現(xiàn)等溫淬火等熱處理工藝。但是，該設(shè)備最大的問題是用熔融的鉛為冷卻介質(zhì)，而根據(jù)國家中央發(fā)改委的文件，鉛浴爐為全國淘汰設(shè)備，其原因是鉛會嚴重污染環(huán)境，損害職工健康；且歐盟ROSH關(guān)于有毒材料的限定文件，其中對鉛的限量非常嚴格。因此，這種淬火設(shè)備不具環(huán)保的要求。2、國內(nèi)外熱處理設(shè)備節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀熱處理是制造業(yè)的耗能大戶，熱處理用電占企業(yè)用電總量的25%30%，工具、軸承廠等約占60%左右。根據(jù)熱處理行業(yè)的調(diào)查結(jié)果，我國熱處理的單位能耗一般在750kW?h/t

9、以上，其中做得最好的上海為500kW?h/t左右。而美國、日本、歐盟等工業(yè)發(fā)達國家都在450kW?h/t以下，差距非常大，其原因主要和熱處理設(shè)備有關(guān)。國內(nèi)的熱處理設(shè)備制造商已經(jīng)采用多種節(jié)能手段制造熱處理設(shè)備，對國內(nèi)熱處理行業(yè)的節(jié)能起到了重要的促進作用。（1）常規(guī)熱處理設(shè)備的節(jié)能技術(shù)目前已經(jīng)采用的節(jié)能技術(shù)有：a）輕質(zhì)爐襯材料的利用設(shè)備升溫時首先要將爐襯加熱。輕質(zhì)爐襯材料蓄熱小，可使升溫時間縮短1/3。良好的隔熱性，使其散熱少，爐壁溫度低，由爐壁向外界散失的熱也少。爐襯和外殼的蓄熱能占到爐子所需總熱能的20。b）爐子良好的密封性。爐子密封不良，會在縫隙處向外輻射熱和從外侵入空氣造成大的熱損失。另外

10、大量散熱是開啟爐門造成的，故開關(guān)爐門速度應(yīng)盡量快，而且爐門應(yīng)關(guān)嚴實，曾有因爐門縫隙大，額外增加用電20的數(shù)據(jù)。c）最小的爐壁散熱爐壁向外界的散熱量和表面積成正比，因此減少表面積有利于節(jié)能。例如圓筒形爐比筒圓外切箱形爐表面積小，散熱也少。d）合理選擇加熱的能源電是二次能源，而天然氣是一次能源，因此利用天然氣具有更高的熱效率。這在我國富天然氣的四川、西安等地得到應(yīng)用。同時優(yōu)化天然氣的燃燒過程，利用高效燃燒器，亦可達到節(jié)能效果。（2）鋼帶熱處理設(shè)備的節(jié)能遺憾的是，目前在鋼帶專用的熱處理設(shè)備上，這些技術(shù)并未得到有效的運用。原因如下：a）無專業(yè)的鋼帶熱處理設(shè)備制造廠如前所述，鋼帶的熱處理具有很高的技術(shù)含

11、量，國內(nèi)的熱處理設(shè)備制造商，不易掌握鋼帶連續(xù)熱處理的特點，難以制造出能同時滿足鋼帶熱處理要求的設(shè)備。即使能制造，也僅僅是仿制EBNER的鉛浴淬火爐。b）熱處理設(shè)備是核心技術(shù)熱處理技術(shù)的關(guān)鍵雖然是工藝，但設(shè)備是保證工藝正確實施的關(guān)鍵。因此，鋼帶的熱處理設(shè)備才是企業(yè)真正的核心技術(shù)所在，也是核心競爭力的根本。因此，鋼帶的熱處理設(shè)備大多由鋼帶的生產(chǎn)企業(yè)自行設(shè)計、開發(fā)。而鋼帶生產(chǎn)企業(yè)對熱處理行業(yè)的先進節(jié)能技術(shù)并不十分了解。3、國內(nèi)外熱處理行業(yè)節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢鑒于熱處理行業(yè)對機械制造業(yè)具有的“實質(zhì)性”影響，以及主要的能源用戶，由美國能源部牽頭，美國熱處理學(xué)會提出了“美國熱處理技術(shù)發(fā)展路線圖”。對2020年

12、的設(shè)想目標是：“能耗減少80%，工藝周期縮短50%，生產(chǎn)成本降低75%，熱處理實現(xiàn)零畸變和最低的質(zhì)量分散度，加熱爐使用壽命提高到原先的10倍，加熱爐價格降低50%，實現(xiàn)生產(chǎn)零污染”。并從材料、工藝和設(shè)備等幾方面確定了具體的研發(fā)內(nèi)容。其中，與熱處理節(jié)能相關(guān)的有：a）開發(fā)無需熱處理的新材料，滿足對材料性能的要求；b）強烈淬火工藝。用水劇烈冷卻淬火代油，減少油品消耗，顯著降低成本；c）高溫?zé)崽幚?，達到縮短工藝時間的效果；d）工藝熱能評價的鑒定軟件；e）加熱爐能源分析工具；f）能源有效利用分析軟件。雖然這些節(jié)能相關(guān)技術(shù)還在開發(fā)中，但給本項目的鋼帶熱處理綜合節(jié)能技術(shù)及裝備的研究提供了很多新的思路和啟發(fā)。

13、三、項目主要研究開發(fā)內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵及主要創(chuàng)新點本項目將針對鋼帶的熱處理，研究綜合節(jié)能新技術(shù)和新設(shè)備。從加熱能源分析，雖然利用天然氣節(jié)能效果顯著，但其在連續(xù)式鋼帶熱處理生產(chǎn)線上并未得到充分利用，溫度控制的穩(wěn)定性和精度上也不適合本項目產(chǎn)品，因此，本節(jié)能技術(shù)中，仍然采用成熟的電加熱方式，通過新的熱處理工藝，以及新的熱處理結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)節(jié)能。如前所述，連續(xù)式鋼帶淬火、回火熱處理設(shè)備中，最為關(guān)鍵的是冷卻單元。從噴油淬火壓板所存在的污染問題，以及成本因素考慮，必須采用新的環(huán)保型、廉價的冷卻介質(zhì)及冷卻方式加以代替。從節(jié)能角度出發(fā)，加快鋼帶的運動速度，縮短熱處理工藝時間，可以在相同設(shè)備上實現(xiàn)高的生產(chǎn)效率，是有效的

14、節(jié)能方法。而這有賴于加熱效率的提高，以及高效的冷卻方式。從設(shè)備方面，如何利用余熱，如何減少設(shè)備的外表面積，如何充分利用成熟的熱處理設(shè)備節(jié)能技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能，是研發(fā)的重要內(nèi)容。1、項目研發(fā)主要內(nèi)容（1）新淬火冷卻裝置研制項目申請單位的研發(fā)人員曾詳盡調(diào)查了國內(nèi)外同行最新淬火工藝技術(shù)，目前鋼帶的淬火介質(zhì)有三種：機油、鉛浴和有機水性溶液。由于前兩者存在環(huán)境污染的問題，我們曾對有機水性冷卻介質(zhì)進行試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該淬火劑在淬火功能上完全可以代替機油，也不會污染環(huán)境，價格略低于機油。但它使用一段時間后，極易老化，需每年更換，大大增加了生產(chǎn)成本；使用過程還需根據(jù)鋼帶的不同規(guī)格來改變它的濃度，這就增加了操作難度。為

15、此，公司以“以水為介質(zhì)，通過熱傳遞降溫實現(xiàn)淬火冷卻”方面進行了研究，發(fā)明了通過固態(tài)接觸冷卻的無液淬火裝置。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。裝置保持了淬火壓板結(jié)構(gòu)，采用水為冷卻介質(zhì)。但水并不直接與鋼帶接觸，而是根據(jù)熱傳遞降溫的物理原理，通過水冷卻壓板，再通過適當?shù)谋Ｗo板，將水溫傳遞給熾熱的鋼帶，從而實現(xiàn)鋼帶的快速冷卻。圖3無液淬火冷卻裝置示意圖1、上水箱；2、下水箱；3、出水口；4、進水口；5、導(dǎo)流板；6壓板；7、保護板;&鋼帶前期公司開展的試驗表明，這種方案是可行的，該裝置環(huán)保性優(yōu)異，極大地改善了工作環(huán)境，且顯著降低了生產(chǎn)成本。生產(chǎn)實踐中，我們還發(fā)現(xiàn)該裝置的冷卻效果要優(yōu)于噴油冷卻。公司已經(jīng)申請了國家發(fā)明專

16、利并獲得了授權(quán)（專利名稱：鋼帶連續(xù)淬火的無液壓板淬火裝置及鋼帶冷卻方法，專利號3322.5）。為了更好地將其用于綜合節(jié)能熱處理技術(shù)研發(fā)，需要進一步掌握該裝置的冷卻特性、影響裝置冷卻特性的因素，以實現(xiàn)冷卻速度的可控性。具體開展以下研究：淬火冷卻裝置結(jié)構(gòu)對冷卻速度的影響淬火冷卻裝置尺寸對冷卻速度的影響水溫、水壓對冷卻速度的影響（2）熱處理新工藝研究熱處理工藝節(jié)能，是最有效的節(jié)能途徑之一。美國熱處理技術(shù)發(fā)展路線圖中，特別重視縮短工藝時間的技術(shù)?？梢栽诓辉黾釉O(shè)備功率的基礎(chǔ)上，通過余熱利用，縮短鋼帶加熱所需時間，加快鋼帶的運動速度；同時用快速冷卻裝置保證冷卻速度。縮短熱處理工藝時間，首先需要保證產(chǎn)品的質(zhì)

17、量。為此開展熱處理工藝對鋼帶組織與性能的影響。加熱溫度對鋼帶組織與性能的影響鋼帶運動速度對淬火組織與性能的影響鋼帶運動速度對回火組織與性能的影響（3）節(jié)能熱處理設(shè)備研制根據(jù)熱傳遞的理論，熱傳遞有三條途徑：傳導(dǎo)、對流、輻射。本項目提出一種適合鋼帶淬火、回火熱處理的上、下雙層結(jié)構(gòu)的設(shè)備，兩套設(shè)備的鋼帶運動方向相反。其原理是利用下層淬火加熱爐的熱量對上層的回火爐供熱，同時下層的回火爐接受上層淬火爐的熱量，實現(xiàn)余熱利用。如圖4所示。圖4一種雙層結(jié)構(gòu)的鋼帶熱處理設(shè)備示意圖1、鋼帶；2、鋼帶；3、收卷；4、發(fā)卷；5、余熱回收爐；6、轉(zhuǎn)向輥；7、回火爐;&加熱爐；9、冷卻淬火裝置；10、冷卻淬火裝置；11、

18、熱交換板；12、加熱爐；13、回火爐；14、余熱回收爐；16、發(fā)卷；17、收卷類似結(jié)構(gòu)的爐型在網(wǎng)帶式軸承的退火熱處理設(shè)備中已經(jīng)獲得應(yīng)用，其技術(shù)可行性得到驗證。為在鋼帶熱處理中實現(xiàn)上述原理，本項目將開展以下研制工作：節(jié)能設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計節(jié)能設(shè)備材料的選型節(jié)能設(shè)備制造2、項目關(guān)鍵技術(shù)本項目關(guān)鍵技術(shù)主要涉及二個方面的內(nèi)容：（1）使新型淬火冷卻裝置的冷卻特性具有可控性；（2）熱處理雙層結(jié)構(gòu)余熱回收設(shè)備設(shè)計及加熱通道內(nèi)壁隔熱和傳熱材料的確定，工藝路線和工藝參數(shù)設(shè)計。3、項目主要技術(shù)創(chuàng)新點本項目創(chuàng)新點主要表現(xiàn)在以下兩個方面：1、熱處理的工藝創(chuàng)新采用新型的淬火冷卻裝置實現(xiàn)可控的冷卻速度；采用快速熱處理工藝提高鋼

19、帶熱處理效率，由此實現(xiàn)節(jié)能效果。2、熱處理的設(shè)備創(chuàng)新采用新型的上、下雙層設(shè)備結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)余熱利用，同時減少設(shè)備的散熱面積，由此實現(xiàn)節(jié)能效果。四、項目預(yù)期目標（主要技術(shù)經(jīng)濟指標、社會效益、技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化前景以及獲取自主知識產(chǎn)權(quán)的情況）本項目將以市場前景廣闊的汽車離合器用特種鋼帶產(chǎn)品為對象，對鋼帶熱處理的節(jié)能技術(shù)及設(shè)備進行研發(fā)，具體指標如下:1、項目主要技術(shù)指標注1：產(chǎn)品能耗由810千瓦時/噸，下降為450千瓦時/噸，按年產(chǎn)4萬噸汽車離產(chǎn)品名稱產(chǎn)品主要技術(shù)指標和節(jié)能效果雙層熱處理余熱回收節(jié)能設(shè)備功率：410kW熱處理生產(chǎn)能力：每條400噸/月爐壁溫度（表面溫度）：45C熱處理能耗：450kW?h/

20、t（原810kW?h/t）年節(jié)電達1440萬kW?h,折成標煤為4608噸年節(jié)油400噸，折成標煤為571噸合器用特種鋼帶生產(chǎn)線計算，可年節(jié)1440萬千瓦時，合計折成標煤4608噸/年。注2:油冷卻時，每噸鋼帶需10公斤淬火油。2、項目主要經(jīng)濟指標（1）項目節(jié)能設(shè)備實施后，按年產(chǎn)4萬噸汽車離合器用特種鋼帶計算，可年節(jié)1440萬千瓦時，合計折成標煤4608噸/年，年節(jié)燃料動力費1296萬元。（2）以水代油淬火冷卻介質(zhì)節(jié)能新工藝的應(yīng)用，年節(jié)油400噸，折成標煤為571噸，可實現(xiàn)年節(jié)能經(jīng)濟效益500多萬元。（3）申請項目相關(guān)節(jié)能專利4項（授權(quán)或授理）五、項目實施方案、技術(shù)路線、組織方式與課題分解1、

21、項目實施方案與技術(shù)路線根據(jù)所確定的主要研發(fā)內(nèi)容，具體實施方案分以下3部分：（1）新淬火冷卻裝置研制鋼帶淬火時，不同規(guī)格的鋼帶（如材質(zhì)、厚度等）、鋼帶不同的運動速度，需要有不同的冷卻速度。根據(jù)圖3所示的冷卻裝置示意圖，我們設(shè)計以下結(jié)構(gòu)的冷卻裝置，如圖5所示：淬火冷卻裝置有二個水箱、二塊保護板、四個立柱、四個滑塊、空氣壓縮缸、固定板及底座組成。滑塊與上水箱相連，壓縮空氣缸與上水箱相連，可使上水箱上下運動。水箱的內(nèi)部還有導(dǎo)水板，可使水沿著曲折的路徑流過水箱，可加強冷卻效果。由圖可知，壓板的材質(zhì)及厚度、保護板材質(zhì)及厚度、裝置的長度和寬度、裝置內(nèi)部水導(dǎo)板的布置、水壓和水溫等等，都會影響裝置的冷卻特性。1

22、、鋼帶；2、上水箱；3、下水箱；4、底座；5、固定板；6上壓板；7、下壓板；8、上保護板；9、下保護板；10、水箱進水口；11、下水箱進水口；12、上圖5新淬火冷卻裝置結(jié)構(gòu)圖水箱出水口；13、下水箱出水口；14、空氣壓縮缸；15、立柱；16、滑塊在淬火冷卻裝置的結(jié)構(gòu)對冷卻速度影響的研究中，以理論分析設(shè)計為依據(jù)，設(shè)計不同的水導(dǎo)板布置方式，同時改變壓板、保護板的材質(zhì)和厚度，制作不同的冷卻裝置。對不同厚度、不同運動速度的鋼帶進行冷卻，用熱電偶埋入保護板，檢測不同部位的溫度，用接觸式測溫儀檢測鋼帶出冷卻裝置的溫度，由此獲得冷卻速度，并得到各參數(shù)對冷卻速度的影響曲線。在上述研究結(jié)果上，改變淬火冷卻裝置的

23、長度和寬度，在不同鋼帶厚度、運動速度下，檢測出不同長度和寬度對冷卻速度的影響曲線。測定水溫，改變水壓，檢測不同鋼帶厚度、運動速度時的冷卻速度，得到不同水壓時的冷卻曲線。在上述試驗中，特別關(guān)注加快鋼帶的運動速度時，可快速冷卻獲得馬氏體組織的條件。（2）、熱處理新工藝研究由于新的淬火冷卻裝置可以提供更快的冷卻速度，這使快速熱處理新工藝成為可能。我們知道，鋼帶原始的金相組織為鐵素體和碳化物構(gòu)成的珠光體，為了得到高硬度的馬氏體，首先要將鋼帶加熱到奧氏體化溫度以上，并保持一段時間，將珠光體完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織。奧氏體化后保溫時間過短，碳化物來不及溶解，得不到完全的奧氏體組織；如果保溫時間過長，奧氏體晶粒

24、將長大，會增加鋼帶的脆性。保溫時間和奧氏體化溫度的高低也有一定的關(guān)系。溫度高，所需時間則短，溫度低，所需時間長。同時，鋼帶運動速度，也就是加熱速度對奧氏體化溫度和時間也有影響。鋼帶連續(xù)式淬火熱處理，實際上是一個快速加熱過程。申請單位從事鋼帶熱處理十多年，擁有成熟的噴油冷卻淬火的加熱工藝。為了實現(xiàn)更好的節(jié)能，借助新冷卻淬火裝置，開展提高鋼帶運動速度，同時充分利用余熱回收裝置，實現(xiàn)新的快速熱處理工藝。本研究將分兩部分展開，首先是實驗室研究。在實驗室熱處理設(shè)備上，對不同厚度鋼帶，在不同加熱速度下，進行不同熱處理溫度和時間的加熱保溫后快速冷卻。用金相顯微鏡，對鋼帶的金相組織進行觀察，用顯微硬度計檢測鋼

25、帶的硬度。其后，在生產(chǎn)設(shè)備上進行快速的熱處理，對鋼帶的金相組織和力學(xué)性能進行檢測，優(yōu)化工藝參數(shù)，制定節(jié)能熱處理工藝標準。本研究中計劃實現(xiàn)鋼帶運動速度提高1520%，節(jié)能效果達到10%15%。（3）節(jié)能熱處理設(shè)備研制申請單位將重點研制上、下雙層結(jié)構(gòu)，鋼帶逆向相對運動的淬火回火設(shè)備。內(nèi)容包括節(jié)能設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料的選型以及設(shè)備的制造。根據(jù)熱傳導(dǎo)的理論，要在二個物體間產(chǎn)生熱傳導(dǎo)，其必要條件是這二個物體必須接觸且必須有溫度差。傳熱的快慢，與溫度差成正比，還與物體的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)。傳熱的多少與接觸面積、傳熱的速度、傳熱的時間有關(guān)。根據(jù)此理論，若靜止的溫度不同的二個鋼帶接觸，則高溫的鋼帶會把熱量不斷地傳給

26、低溫鋼帶，使自己的溫度降低，而低溫鋼帶吸收熱量后，溫度不斷升高，二者溫度相同時，就停止熱傳導(dǎo)。故而二個靜止的質(zhì)量相同而溫度不同的鋼帶接觸時，高溫鋼帶最多只能把自己的一半熱量傳給低溫鋼帶。如果二個質(zhì)量相同而溫度不同的鋼帶接觸，它們間有逆向相對運動的話，則高溫鋼帶把熱量傳給低溫鋼帶后，高溫鋼帶的溫度不斷降低，低溫鋼帶吸收熱量后溫度不斷升高，由于它們做逆向相對移動，它們溫度高低分布的次序恰好相反，故它們間始終處處存在溫度差，這就能使高溫鋼帶源源不斷地把自己的熱量傳給低溫鋼帶。只要二者足夠長，高溫鋼帶幾乎可以把自己的全部熱量傳給低溫鋼帶。這是一種傳熱效果最好的方式，也是一種余熱利用效果最好的方式。這種

27、余熱回收裝置，理論上計算可以回收90%以上的余熱，且余熱回收爐越長，回收效果越好。我們把這種鋼帶余熱利用的方式稱為鋼帶逆向相對運動余熱回收。上述設(shè)備中，關(guān)鍵難題在于解決既要實現(xiàn)兩個爐膛空間的隔熱，又要實現(xiàn)鋼帶之間有效傳熱的矛盾。這涉及到兩爐膛空間的設(shè)計，隔熱和傳熱材料的選型和確定等。這種雙層結(jié)構(gòu)的余熱回收裝置，適合大批量的鋼帶熱處理。其工作原理如下：鋼帶經(jīng)加熱爐加熱后，其組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。經(jīng)淬火裝置冷卻，溫度降低到稍高于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Mf。經(jīng)轉(zhuǎn)向裝置，溫度慢慢降低到Mf以下，組織變?yōu)轳R氏體。經(jīng)回火爐加熱保溫，組織變?yōu)樗魇象w。在余熱回收爐中，經(jīng)回火爐出來的高溫鋼帶與進入加熱爐前的冷鋼帶進行熱交換

28、，冷鋼帶的溫度不斷升高而得到預(yù)熱，達到余熱回收的目的。這種雙層結(jié)構(gòu)的余熱回收裝置，二層疊加后由于減小25%散熱面積，因此可減小熱量損失，進一步提高熱處理的熱效率。同時，在設(shè)備設(shè)計和制造中，我們將充分利用現(xiàn)有的設(shè)備節(jié)能新材料和新技術(shù)，采用全陶瓷纖維的爐襯，盡可能對鋼帶進、出加熱爐口進行密封。這種雙層結(jié)構(gòu)逆向相對運動余熱回收裝置可以回收80%以上的余熱，使得整條鋼帶熱處理生產(chǎn)線可節(jié)能30%左右。2、項目組織形式與課題分解該項目由本公司與*大學(xué)合作研發(fā)完成，公司與該大學(xué)成立項目攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組，統(tǒng)一指揮落實和協(xié)調(diào)各課題組織的工作。在項目攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下，將項目的研究開發(fā)過程分解為熱處理工藝

29、與設(shè)備設(shè)計、熱處理工藝研究、新淬火冷卻裝置研制、熱處理設(shè)備制造等若干課題組，分別由該項目組長*與*大學(xué)熱處理專家與其研發(fā)團隊負責(zé)。其中，熱處理工藝試驗在大學(xué)實驗室進行，項目的產(chǎn)業(yè)化實施在本公司下屬的熱處理車間進行。六、項目計劃進度安排2011年10月-2012年02月，完成項目前期準備工作2012年03月-2012年04月，完成研發(fā)檢測設(shè)備的購置、調(diào)試2012年05月-2012年07月，新淬火冷卻裝置的設(shè)計、節(jié)能熱處理設(shè)備設(shè)計2012年08月-2012年9月，新淬火冷卻裝置的冷卻性能檢測，節(jié)能熱處理設(shè)備制造，新熱處理工藝的實驗室試驗2012年10月-2012年12月，新淬火冷卻裝置研究總結(jié)，節(jié)

30、能熱處理設(shè)備投入試生產(chǎn)，完成新熱處理工藝的生產(chǎn)線試驗，確定工藝；2013年01月-2013年03月，項目總結(jié)，驗收七、項目現(xiàn)有工作基礎(chǔ)和條件1、項目申請單位基礎(chǔ)條件本公司于1999年4月19日注冊成立，是一家集各種新型鋼帶研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)于一體的高新技術(shù)企業(yè)。公司專業(yè)生產(chǎn)各系列新型鋼帶、特種鋼帶及轎車離合器用的各類優(yōu)質(zhì)冷軋鋼、熱處理高強度鋼帶，現(xiàn)具有年產(chǎn)各種優(yōu)質(zhì)鋼帶5萬噸的生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車離合器、國防工業(yè)、紡織機械、園林工具、刀片、制鞋、標準件等各種行業(yè)；產(chǎn)品遠銷歐美、中東等國家和地區(qū)。公司擁有先進的生產(chǎn)與檢測儀器設(shè)備、經(jīng)驗豐富的技術(shù)研發(fā)隊伍和企業(yè)管理團隊，公司現(xiàn)有總資產(chǎn)2.

31、16億元。本公司鋼帶無論是產(chǎn)品平直度、硬度、表面光潔度，客戶使用的成材率都居國內(nèi)同類產(chǎn)品的領(lǐng)先地位，熱處理技術(shù)水平居國內(nèi)同行領(lǐng)先水平。公司總占地面積13萬平方米，公司現(xiàn)有員工206人，其中工程技術(shù)人員35人。2011年公司實現(xiàn)產(chǎn)值21000萬元，利潤1680萬元，稅收1260萬元，固定資產(chǎn)凈額8362萬元，資產(chǎn)負債率58.5%，連續(xù)多年被評為AAA信用企業(yè)，公司財務(wù)狀況良好。公司擁有完善的質(zhì)量保證體系，已通過ISO90001質(zhì)量管理體系、IS014001環(huán)境管理體系認證，同時嚴格執(zhí)行“清潔生產(chǎn)”標準，全面實施“以人為本、科技興企”的發(fā)展戰(zhàn)略，早在2006年與2008年，本公司已分別獲得浙江省名

32、牌產(chǎn)品與省著名商標等榮譽稱號，是浙江省清潔生產(chǎn)階段性成果企業(yè)，浙江省科技創(chuàng)新企業(yè)，國家熱處理行業(yè)協(xié)會理事會員單位。公司與中科院金屬研究所、浙江大學(xué)、東北大學(xué)、浙江省冶金研究院等科研院所具有良好的合作關(guān)系,技術(shù)力量雄厚。公司在鋼帶生產(chǎn)和研發(fā)方面具有多年的經(jīng)驗和產(chǎn)業(yè)化背景，已承擔(dān)多項國家火炬計劃、國家中小型創(chuàng)新基金、省重大專項國內(nèi)成果轉(zhuǎn)化項目、省級重大高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目。我公司自2002年開始就與浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)等大專院校建立了技術(shù)合作伙伴關(guān)系，并成為浙江大學(xué)浙江長三角高校企業(yè)技術(shù)合作中心“校企合作科研生產(chǎn)基地”。同時公司還擁有省科技廳認定的省級熱處理鋼帶研發(fā)中心，通過本公司研發(fā)團隊與高校技

33、術(shù)合作及自身努力，近年來自主研發(fā)力量進一步加強，研發(fā)成果經(jīng)濟效益明顯；截止目前，公司已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)4項，實用新型專利授權(quán)14項。專利內(nèi)容涉及鋼帶的新產(chǎn)品、新技術(shù)和新設(shè)備等各方面。項目研發(fā)團隊技術(shù)力量厚重：項目負責(zé)人開發(fā)的鋼帶環(huán)保型著色新技術(shù)，于2005年即獲得了國家發(fā)明專利授權(quán)，給企業(yè)創(chuàng)造效益上千萬元。此外，他還承擔(dān)了國家中小企業(yè)創(chuàng)新基金項目和國家火炬計劃項目。上述項目均已順利完工并通過省廳的驗收。公司還擁有機械設(shè)計、制造等方面的人才，不僅設(shè)計、自主研發(fā)了多種生產(chǎn)設(shè)備，如酸洗處理線、鋼帶著色生產(chǎn)線、連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線等，而且在中試設(shè)備開發(fā)制造方面擁有豐富的實際經(jīng)驗。公司已擁有金相顯微鏡

34、、顯微硬度計、薄帶硬度儀、多功能拉伸試驗機、疲勞試驗機、紅外溫度檢測儀等研發(fā)檢測設(shè)備。因此本公司有能力也有實力完成該項目的實施。2、項目合作單位現(xiàn)有條件*大學(xué)是一所具有悠久歷史的全國重點大學(xué)，經(jīng)過一百多年的建設(shè)與發(fā)展，學(xué)校已成為一所基礎(chǔ)堅實、實力雄厚，特色鮮明，居于國內(nèi)一流水平，在國際上有較大影響的研究型、綜合型大學(xué)，是首批進入國家“211工程”和“985計劃”建設(shè)的若干所重點大學(xué)之一。學(xué)校設(shè)有本科專業(yè)108個，碩士學(xué)位學(xué)科225個，博士學(xué)位學(xué)科151個，具有一級學(xué)科博士、碩士學(xué)位授予點28個；并在30個一級學(xué)科建立了博士后流動站。學(xué)?，F(xiàn)有國家重點學(xué)科24個，國家重點（專業(yè)）實驗室11個，國家

35、工程研究中心2個，國家工程技術(shù)研究中心3個。學(xué)校師資力量雄厚，有教職工8700余人，其中中國科學(xué)院院士10人，中國工程院院士7人；教授及其他正高職人員1000余人，副教授及其他副高職人員近2400人。學(xué)校綜合辦學(xué)條件優(yōu)良，基本設(shè)施齊備，擁有計算中心、分析測試中心等先進的教學(xué)科研機構(gòu)。本項目主要由該校材料科學(xué)與工程學(xué)系聯(lián)合參加研究，該系創(chuàng)建于1978年，是我國高校中成立最早、學(xué)科門類、培養(yǎng)層次最齊全的材料系之一。該系科研、教學(xué)師資力量雄厚，目前設(shè)有材料科學(xué)與工程本科專業(yè)、一級學(xué)科博士點和博士后流動站，建有國家重點實驗室和國家重點學(xué)科，具有堅實的學(xué)科理論基礎(chǔ)和人才優(yōu)勢，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)緊密結(jié)合。

36、曾多次獲國家及省部級獎勵?，F(xiàn)有教職工109人，其中教授30人，副教授、副研究員及高級工程師42人，在站博士后8人，在讀博士研究生近100人，碩士研究生200余人，全日制本科生400余人。材料科學(xué)與工程學(xué)系近年來先后承擔(dān)了國家自然學(xué)科基金重大項目、自然科學(xué)基金面上項目、國家973項目、國家863計劃項目、國家攻關(guān)項目、國防科研基金項目、省部級基金、科技計劃、科技攻關(guān)及企業(yè)合作項目數(shù)百項，在國內(nèi)外有較大的影響。已獲得國家發(fā)明二等獎、國家發(fā)明三等獎、國家發(fā)明四等獎、國家科技進步獎、省部級科技進步獎數(shù)十項，獲授權(quán)國家發(fā)明專利及實用新型專利百余項。發(fā)表相關(guān)研究學(xué)術(shù)論文年均500余篇，其中被SCI、EI及

37、ISTP國際三大檢索系統(tǒng)收錄的約占50%。同時，材料系積極與地方及企業(yè)開展人員交流和技術(shù)合作，每年有大量教師深入企業(yè)第一線，將大量的科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟與社會效益，為地方經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展做出重要貢獻。項目負責(zé)人為材料系的教授，是全國知名的熱處理專家，是全國熱處理學(xué)會的常務(wù)理事，擔(dān)任全國熱處理青年工作委員會主任，以及浙江省熱處理學(xué)會秘書長等職務(wù)。曾負責(zé)國家863計劃、國家自然科學(xué)基金、中小企業(yè)創(chuàng)新基金等項目，還負責(zé)過“無紡針熱處理質(zhì)量檢測與控制”“劍桿頭表面性能檢測及熱處理技術(shù)”等熱處理技術(shù)相關(guān)的企業(yè)委托項目。與項目申請單位有常年密切而成果豐富的合作，曾圓滿完成了申請單位委托

38、的“鋼帶保護氣氛熱處理技術(shù)”和“熱處理鋼帶技術(shù)研發(fā)中心建設(shè)”科研開發(fā)及服務(wù)項目。對鋼帶的熱處理技術(shù)及其技術(shù)難點有充分的了解，能提供本項目相關(guān)的熱處理理論支持。為此項目申請單位與*大學(xué)合作研發(fā)的該節(jié)能技術(shù)項目及產(chǎn)業(yè)化，是完全有能力承擔(dān)并在企業(yè)實施推廣。、項目經(jīng)費概算（附表）省級科技計劃項目經(jīng)費概算表項目名稱：鋼帶熱處理綜合節(jié)能技術(shù)及設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用金額單位：萬元概算科目名稱合計省財政撥款經(jīng)費自籌經(jīng)費（1）(2)(3)(4)一、經(jīng)費支出（合計）14921492（一）直接費用147214721、設(shè)備費930.8930.8（1）購置設(shè)備費718.8718.8（2）試制設(shè)備費212212（3）設(shè)備租賃費002、材料費3603603、測試化驗加工費25254、燃料動力費52.552.55、差旅費556、會議費557、合作協(xié)作研究與交流費30308、岀版/文獻/信息傳播/知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)費3.73.79、勞務(wù)費505010、專家咨詢費101011、其他00其他費用詳細說明（二）間接費用202012、管理費101013、激勵費1010二、經(jīng)費來源（合計）149214921、申請省財政經(jīng)費2、自籌經(jīng)費14921492（1）單位自有貨幣資金14921492（2）地方、部門配套撥款（3）其他資金鋼帶熱處理綜合節(jié)能技術(shù)及設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)費概算說明本項目