我國熱處理的現(xiàn)狀及先進熱處理技術的發(fā)展和展望

1、我國熱處理的現(xiàn)狀和先進熱處理技術的發(fā)展和展望，1.1我國熱處理的基本情況1.2我國熱處理技術情況1.3我國熱處理與國外的差距，l我國熱處理的現(xiàn)狀，1.1.1企業(yè)總數(shù)建國以來，我國的熱處理技術有了很大的發(fā)展，現(xiàn)在的熱處理生產工廠是11個其中全民所有制企業(yè)約占80%，約占12000家，個人私營和股份制企業(yè)約占20%，約占3000家。 由于內陸很多地區(qū)進行國營中小公司改革，華東、華南沿海城市私人公司陸續(xù)出現(xiàn)，在沿海城市設有熱處理加工廠的外資企業(yè)也很多，民間、股份制企業(yè)的總數(shù)預計將繼續(xù)上升。1.1中國熱處理的基本情況、1.1.2熱處理的員工總數(shù)為全國熱處理廠數(shù)15000家，平均每家員工為2.5人，全國

2、熱處理的員工總數(shù)約為3.7萬人。 局部調查結果顯示，技術人員比例平均為8%，約3萬人的管理者占9%，約3.3萬人。 1.1我國熱處理的基本情況，1.1.3熱處理加熱設備總數(shù)為1.5萬臺，裝機容量為1100萬KW。 1.1中國熱處理的基本情況，1.1.4熱處理生產能力每臺的平均生產率為100kg/h，全國平均1.5班工作制，1.5萬臺加熱設備的年生產能力約為4500萬噸。 1.1我國熱處理的基本情況，1.1.5熱處理能源消費以熱處理加熱設備的平均利用率為30%，1.5萬臺設備年實際熱處理產量為1350萬噸，電功耗總量為9.9億度。 1.1我國熱處理的基本情況1.1.6熱處理年在銷貨收入中國熱處理

3、行業(yè)協(xié)會2003年的全國調查中，熱處理加工的平均價格為2.3元/kg。 年實際產量1350萬噸，全國熱處理年銷貨收入約310億元。 按平均收益率10%計算，年收益率合計3.0億元。 1.1中國的熱處理基本情況，表1中國的熱處理基本情況，1.1中國的熱處理基本情況，注：根據2003年中國熱協(xié)會和地方熱協(xié)會就全國的2.0馀工業(yè)城市調查的數(shù)據，現(xiàn)在中國在熱處理的基礎理論研究和一些熱處理的新技術研究方面和工業(yè)發(fā)達國家沒有大的差別， 熱處理生產技術水平和熱處理設備有很大差別，熱處理生產技術和熱處理設備沒有完全扭曲，工件氧化脫碳嚴重、產品品質差、生產效率低、能源消費大、成本高、污染嚴重的局面。 問題和分析

4、如下：1.2中國的熱處理技術狀況；(1)熱處理技術設備陳舊落后，能源消費大：據“九五”初步估計，全國熱處理企業(yè)設備年齡的80%以上在4.0年以上。 “十五”期間，隨著航空、國防工業(yè)技術改革和新型私人公司的興起，熱處理技術裝備有所更新，但總體上熱處理行業(yè)的技術裝備仍然落后，能源利用率低，浪費現(xiàn)象嚴重。 應該通過加大技術改造力度挖掘節(jié)能潛力。 有關資料顯示，中國熱處理企業(yè)的年總產值是美國的二十六分之一，但耗電量比美國多四十%。 有效利用熱處理能源應當是我國熱處理工人研究的迫切任務。 1.2我國熱處理技術狀況；(2)企業(yè)人員素質、管理層次和質量保證仍有待提高：隨著我國高等院校學科的重建，熱處理專業(yè)技

5、術人員嚴重不足，許多新成立的民間熱處理企業(yè)沒有熱處理技術人員和工程師，相當數(shù)量的工人(農民工)沒有受過專業(yè)培訓，操作技能低有些企業(yè)管理層次低，環(huán)保和安全生產意識差，熱處理是材料加工的特點，沒有建立完善的質量管理系統(tǒng)，產品品質得不到有效保證。1.2我國熱處理技術狀況；(3)先進設備的制造落后于需求，技術材料和輔料質量不高，品種不完整：我國熱處理技術設備的制造方面，對現(xiàn)代設備的模塊設計制造技術尚未掌握，輔助零配件和儀器國際市場的采購途徑不足，對用戶市場的要求仍相當嚴格提高新設備的研發(fā)、設計和制造水平是本土熱處理設備制造業(yè)的當務之急。 熱處理工藝、輔料主要質量不高，品種不完整。 淬火化學基油的質量不

6、能保證，與聚合物介質的國產原料無關。 各種有效優(yōu)質的添加劑大量購買，熱處理用的鹽混亂，雜質多，容易腐蝕襯里，坩堝和工件，防滲劑保不定完全的防滲液等。 高效無污染的防銹劑、清洗溶劑等市場上沒有提供優(yōu)質商品。 1.2中國的熱處理技術狀況，1.3.1和美國的主要差距(1)勞動生產率的差達到2.6倍；(2)美國的專業(yè)化生產程度是我國的3.5倍；(3)美國的專業(yè)熱處理廠經濟效益高，利潤是中國的1.530倍；(4)美國的熱處理年銷貨收入1.3我國熱處理與國外差距，1.3.2生產管理“八五”“九五”期間，國家有關部門采取了許多措施，但熱處理專業(yè)工廠數(shù)量還很少。 全國熱處理生產的平均單位電功耗為1000度/噸

7、左右，個別專業(yè)化合作工廠只有達到500度/噸左右，與先進的歐洲工業(yè)國的400度/噸、日本的300度/噸相比，還有很大的差別。1.3中國熱處理與國外的差距、1.3.3在生產技術方面全國主要城市的專業(yè)工廠和合作工廠、點少的無氧化熱處理的比例達到30%以上，石油機械制造行業(yè)還沒有達到25%。 發(fā)達的歐洲工業(yè)國的無氧化熱處理的比例達到了80%以上，與美國和日本的差別更大。 1.3中國熱處理與國外的差距，2.1持續(xù)提高可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略2.2產品品質2.3能源的有效利用2.4精確的生產過程2.5高效的生產技術，2熱處理的整體發(fā)展戰(zhàn)略，縱觀國內外熱處理技術的發(fā)展，其整體戰(zhàn)略的出發(fā)點大致可以歸納為5個方面。 首

8、先是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，其次是產品質量的持續(xù)提高，第三是能源節(jié)約，第四是精確生產，最后五個方面的英語首字母都是e，被稱為5E戰(zhàn)略。 2熱處理的總體發(fā)展戰(zhàn)略，1992年聯(lián)合國在里約熱內盧召開的人類環(huán)境與發(fā)展大會，提出了以公平原則，通過世界鐘點工促進世界永續(xù)發(fā)展的世界2.1世紀行動綱領。 朱鉻化學基首相在2002年9月的世界可持續(xù)發(fā)展首腦會議上，提到了這個問題“人類與自然的和諧，環(huán)境與發(fā)展的相互促進”的高度。 這將永續(xù)發(fā)展作為世界上任何國家在自各兒各種經濟建設活動中必須遵守的第一原則。 2.1在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、永續(xù)發(fā)展的內涵中，首先是環(huán)境，其次是資源的有效利用與再生。 熱處理是一個與環(huán)境資源密切相關的

9、加工過程。 那個生產材料和剩馀材料有可能會成為污染的原因。 避免污染的原則必須是預防第一、管理第二。 因此，熱處理的先進技術發(fā)展是一種清潔安全的生產技術，是一種安全選擇使用生產材料，不形成有害剩馀材料的技術。 對于不得已而產生的有害物質也需要先進的無害化處理方法，剩馀材料將達到國家規(guī)定的安全排放標準。2.1可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、2.1可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、熱處理用燃料、電力、水、油等資源的有效利用、節(jié)約使用和再生后的再利用潛力很大。熱處理加熱設備的能量要根據土地、時間合理選擇。 加熱設備的熱效率大幅度提高，燃料生成物的馀熱必須用于一盞茶。 大量的冷卻水要資源再生。 從工件表面去除的油脂必須分別回收。 故障

10、的淬火油應該精煉再利用或者使用。 也就是說，資源的有效利用和再生是熱處理行業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。 目前，人們對這個問題的重要性的認識還沒有達到對環(huán)境的認識程度。 2.1可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，現(xiàn)在的國家引導者和很多有識之士解決這個問題不僅是說教，也到了必須制定法律的時候了。 值得慶幸的是，我國環(huán)境保護法已經頒布，國際標準化委員會也向企業(yè)提出了IS014000的環(huán)境保護要求，我國的一些企業(yè)取得了ISO14000的身份驗證。 2.2產品品質不斷提高，我國加入WTO后，經濟和國際接軌給企業(yè)提供了主動力，增加了壓力，制造了機會，帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，中外合資企業(yè)不斷成立，外國獨資企業(yè)的流入使國內制造業(yè)產

11、品面臨了激烈的市場競爭。 這場競爭表現(xiàn)在產品品質、價格、售后服務上，核心在于產品品質。 2.2產品品質不斷提高，產品品質要求高是壓力，也是動力。 它可以推進熱處理的技術改造和設備的更新，大大改變機械零件的質量和壽命。 熱處理企業(yè)設備的更新給設備制造業(yè)帶來了商機，但由于國產熱處理設備技術水平低、可靠性低，在對外開放情況下也面臨著激烈競爭，許多國內熱處理設備廠商面臨破產。 提高熱處理設備質量和信譽也是當務之急。 再加上云同步，設備定徑套、水泵、閥門、零配件、機器、筑爐材料等的質量和可靠性如果不能及時得到很大改善，熱處理設備水平將無法大幅度突破，必將繼續(xù)在競爭中失敗。 2.2為了不斷提高產品品質、提

12、高產品品質，必須在實施企業(yè)科學管理的基礎上，加強產品質量控制，全面認真開展企業(yè)IS09000系列標準的身份驗證，在生產過程中認真執(zhí)行熱處理的各項工藝標準和熱處理零配件的組織性能標準。 2.3能源的有效利用，在機械制造過程中，熱處理的能耗很大。 其用電一般為機械制造企業(yè)2030。 根據上世紀9.0年代的調查，全國每年熱處理使用的電能約為8.6億度，約占總發(fā)電量的1 %。 美國9.6年熱處理電力總量為5.9億度，不過是我國電力的68%。 我國機械廠熱處理費用約占生產成本的40%。 合理選擇熱處理能源，有效節(jié)約使用能源也是熱處理生產技術發(fā)展改造的重要起點之一。 2.3能源的有效利用，電是二次能源，熱

13、電站一次發(fā)電需要約9.96kJ的熱能，發(fā)電效率為3040。 當熱處理加熱爐的熱效率達到8.0，以一次能量利用率計算，綜合熱效率只有24-32。 利用天燃氣的燃燒爐，在預熱利用煙道氣的燃燒空氣的基礎上，綜合的熱效率將很容易達到60-65。 因此，在以天燃氣為條件使用的地區(qū)，用燃燒爐代替一部分電阻爐，在能源利用上是有利的。 電是二次能源，熱電站一次發(fā)電需要約9.96kJ的熱能，發(fā)電效率為3040。 當熱處理加熱爐的熱效率達到8.0，以一次能量利用率計算，總熱效率僅為2432。 利用天燃氣的燃燒爐，在預熱利用煙道氣的燃燒空氣的基礎上，很容易達到綜合的熱效率。 因此，在以天燃氣為條件使用的地區(qū)，用燃燒

14、爐代替一部分電阻爐，在能源利用上是有利的。 2.3能源的有效利用、先進的加熱設備不僅能體現(xiàn)先進的技術，節(jié)約能源也是重要的指標。熱處理爐需要最小的散熱損失，最小的爐襯蓄熱、馀熱應用于一盞茶。 燃燒爐需要高效的燃燒器和輻射管，需要合理的燃燒制度。2.3能源的有效利用、合理選擇過程具有極大的能源節(jié)約潛力，而且在極小的投入條件下可以得到明顯的效果。 縮短加熱時間，降低加熱溫度，用表面熱處理代替整體熱處理，極簡化工藝，合理選擇工件材料等是一項很好的節(jié)能措施，生產車間技術人員節(jié)能意識的強弱很重要。 2.3能源的有效利用、生產的合理組織、能源的嚴格管理也是節(jié)能的基本措施之一。 提高熱處理設備負荷，保持連續(xù)生

15、產對節(jié)能非常重要。 在這個意義上，專業(yè)化生產是非常有利的方法。 2.4精確的生產過程，現(xiàn)代的物理冶金理論幾乎可以洞察金屬在熱處理過程中的組織、性能、化學成分以及原子態(tài)變化，利用精確靈敏的傳感操縱系統(tǒng)可精確在線控制熱處理產品品質，達到100個及格率。 在設備上正確保證生產條件，如爐溫均勻度、加熱和蒸發(fā)制冷速度、工件材料的化學成分和淬火性帶的范圍等，可以在不同的爐次、同一爐次不同部位實現(xiàn)產品品質的同一性和重現(xiàn)性，使產品的組織性能、應變等質量分散度為零，實現(xiàn)精密生產。 2.5高效生產技術、提高勞動生產率、降低生產成本、獲得最大經濟效益是熱處理生產和所有企業(yè)追求的目標。 實現(xiàn)高生產效率的重要前提是單一

16、品種的批量生產。 在大規(guī)模規(guī)?；纳a條件下，采用生產過程自動化、質量上線了信息化、工藝殘奧表和質量效益仿真和自適應控制，最大限度地提高生產效率，實現(xiàn)無人工作，完全消除人為因素，保證產品質量的低分散性。 2.5高效的生產技術、縮短生產周期的熱處理技術可以節(jié)約能源、提高生產效率。 可以提高設備的可靠性，減少失效率，減少維護次數(shù)，減少輔助時間。 多品種少量生產方式，采用靈活的設備和多設備生產流水線，也能提高生產效率。 當然，在私營熱處理加工企業(yè)，以生產排程優(yōu)化管理、合理生產組織，使設備全運轉是保證高生產效率的有效措施。 3.1無污染3.2無應變3.3無分散3.4無浪費(能源)3.5無氧化3.6無脫

17、碳3.7無廢品3.8無人工，3先進熱處理技術的發(fā)展方向，如前所述，在制造業(yè)的高度重視下，近代熱處理技術迅速發(fā)展。 其主要發(fā)展方向可以歸納為8個方面，被稱為無污染、無應變、無分散、無用(能源)、無氧化、無脫碳、無廢品、無人工。 以下分別敘述。 3、先進熱處理技術的發(fā)展方向，3.1是無污染、熱處理生產排放的排瓦斯氣體、廢水、廢渣、粉塵、噪聲和電磁輻射，不小心就污染了車間和周圍的環(huán)境。 3.1是無污染，先進的熱處理技術首先應是對環(huán)境無污染的技術。 其中包括清潔工藝、清潔裝置、清潔材料等。 具有可控氣氛、真空、良好屏蔽的感應熱處理是應用廣泛的典型清洗工藝。 等離子熱處理、低壓滲碳、高壓瓦斯氣體淬火、激光束強化、噴霧淬火、真空清洗等也是無污染的技術。 與這些個工藝對應的真空爐、氣氛爐、離子氮化爐(參照圖1 )、低NOX、S0 x、燃燒加熱爐、流化爐為無污染設備。 聚合物淬火劑、非氟里昂溶劑、A1203和Si02等流化床顆粒、氮氣和各種惰性瓦斯氣體屬于清潔材料。3.1不太臟，圖1奧地利RUBIG公司MICROPULS離子氮化設備，3.1不太臟(圖1是外加熱和冷的離子氮化爐：爐體井式鐘罩結構，WDS襯里保溫，不銹鋼真空箱蓋式單層，外壁安裝三區(qū)三層密閉式發(fā)熱元