我國(guó)熱處理的現(xiàn)狀及先進(jìn)熱處理技術(shù)的發(fā)展和展望

1、我國(guó)熱處理的現(xiàn)狀和先進(jìn)熱處理技術(shù)的發(fā)展和展望，1.1我國(guó)熱處理的基本情況1.2我國(guó)熱處理技術(shù)情況1.3我國(guó)熱處理與國(guó)外的差距，l我國(guó)熱處理的現(xiàn)狀，1.1.1企業(yè)總數(shù)建國(guó)以來(lái)，我國(guó)的熱處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，現(xiàn)在的熱處理生產(chǎn)工廠是11個(gè)其中全民所有制企業(yè)約占80%，約占12000家，個(gè)人私營(yíng)和股份制企業(yè)約占20%，約占3000家。 由于內(nèi)陸很多地區(qū)進(jìn)行國(guó)營(yíng)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(shè)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(yù)計(jì)將繼續(xù)上升。1.1中國(guó)熱處理的基本情況、1.1.2熱處理的員工總數(shù)為全國(guó)熱處理廠數(shù)15000家，平均每家員工為2.5人，全國(guó)

2、熱處理的員工總數(shù)約為3.7萬(wàn)人。 局部調(diào)查結(jié)果顯示，技術(shù)人員比例平均為8%，約3萬(wàn)人的管理者占9%，約3.3萬(wàn)人。 1.1我國(guó)熱處理的基本情況，1.1.3熱處理加熱設(shè)備總數(shù)為1.5萬(wàn)臺(tái)，裝機(jī)容量為1100萬(wàn)KW。 1.1中國(guó)熱處理的基本情況，1.1.4熱處理生產(chǎn)能力每臺(tái)的平均生產(chǎn)率為100kg/h，全國(guó)平均1.5班工作制，1.5萬(wàn)臺(tái)加熱設(shè)備的年生產(chǎn)能力約為4500萬(wàn)噸。 1.1我國(guó)熱處理的基本情況，1.1.5熱處理能源消費(fèi)以熱處理加熱設(shè)備的平均利用率為30%，1.5萬(wàn)臺(tái)設(shè)備年實(shí)際熱處理產(chǎn)量為1350萬(wàn)噸，電功耗總量為9.9億度。 1.1我國(guó)熱處理的基本情況1.1.6熱處理年在銷貨收入中國(guó)熱處理

3、行業(yè)協(xié)會(huì)2003年的全國(guó)調(diào)查中，熱處理加工的平均價(jià)格為2.3元/kg。 年實(shí)際產(chǎn)量1350萬(wàn)噸，全國(guó)熱處理年銷貨收入約310億元。 按平均收益率10%計(jì)算，年收益率合計(jì)3.0億元。 1.1中國(guó)的熱處理基本情況，表1中國(guó)的熱處理基本情況，1.1中國(guó)的熱處理基本情況，注：根據(jù)2003年中國(guó)熱協(xié)會(huì)和地方熱協(xié)會(huì)就全國(guó)的2.0馀工業(yè)城市調(diào)查的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在中國(guó)在熱處理的基礎(chǔ)理論研究和一些熱處理的新技術(shù)研究方面和工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家沒(méi)有大的差別， 熱處理生產(chǎn)技術(shù)水平和熱處理設(shè)備有很大差別，熱處理生產(chǎn)技術(shù)和熱處理設(shè)備沒(méi)有完全扭曲，工件氧化脫碳嚴(yán)重、產(chǎn)品品質(zhì)差、生產(chǎn)效率低、能源消費(fèi)大、成本高、污染嚴(yán)重的局面。 問(wèn)題和分析

4、如下：1.2中國(guó)的熱處理技術(shù)狀況；(1)熱處理技術(shù)設(shè)備陳舊落后，能源消費(fèi)大：據(jù)“九五”初步估計(jì)，全國(guó)熱處理企業(yè)設(shè)備年齡的80%以上在4.0年以上。 “十五”期間，隨著航空、國(guó)防工業(yè)技術(shù)改革和新型私人公司的興起，熱處理技術(shù)裝備有所更新，但總體上熱處理行業(yè)的技術(shù)裝備仍然落后，能源利用率低，浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。 應(yīng)該通過(guò)加大技術(shù)改造力度挖掘節(jié)能潛力。 有關(guān)資料顯示，中國(guó)熱處理企業(yè)的年總產(chǎn)值是美國(guó)的二十六分之一，但耗電量比美國(guó)多四十%。 有效利用熱處理能源應(yīng)當(dāng)是我國(guó)熱處理工人研究的迫切任務(wù)。 1.2我國(guó)熱處理技術(shù)狀況；(2)企業(yè)人員素質(zhì)、管理層次和質(zhì)量保證仍有待提高：隨著我國(guó)高等院校學(xué)科的重建，熱處理專業(yè)技

5、術(shù)人員嚴(yán)重不足，許多新成立的民間熱處理企業(yè)沒(méi)有熱處理技術(shù)人員和工程師，相當(dāng)數(shù)量的工人(農(nóng)民工)沒(méi)有受過(guò)專業(yè)培訓(xùn)，操作技能低有些企業(yè)管理層次低，環(huán)保和安全生產(chǎn)意識(shí)差，熱處理是材料加工的特點(diǎn)，沒(méi)有建立完善的質(zhì)量管理系統(tǒng)，產(chǎn)品品質(zhì)得不到有效保證。1.2我國(guó)熱處理技術(shù)狀況；(3)先進(jìn)設(shè)備的制造落后于需求，技術(shù)材料和輔料質(zhì)量不高，品種不完整：我國(guó)熱處理技術(shù)設(shè)備的制造方面，對(duì)現(xiàn)代設(shè)備的模塊設(shè)計(jì)制造技術(shù)尚未掌握，輔助零配件和儀器國(guó)際市場(chǎng)的采購(gòu)?fù)緩讲蛔悖瑢?duì)用戶市場(chǎng)的要求仍相當(dāng)嚴(yán)格提高新設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造水平是本土熱處理設(shè)備制造業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。 熱處理工藝、輔料主要質(zhì)量不高，品種不完整。 淬火化學(xué)基油的質(zhì)量不

6、能保證，與聚合物介質(zhì)的國(guó)產(chǎn)原料無(wú)關(guān)。 各種有效優(yōu)質(zhì)的添加劑大量購(gòu)買(mǎi)，熱處理用的鹽混亂，雜質(zhì)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(wú)污染的防銹劑、清洗溶劑等市場(chǎng)上沒(méi)有提供優(yōu)質(zhì)商品。 1.2中國(guó)的熱處理技術(shù)狀況，1.3.1和美國(guó)的主要差距(1)勞動(dòng)生產(chǎn)率的差達(dá)到2.6倍；(2)美國(guó)的專業(yè)化生產(chǎn)程度是我國(guó)的3.5倍；(3)美國(guó)的專業(yè)熱處理廠經(jīng)濟(jì)效益高，利潤(rùn)是中國(guó)的1.530倍；(4)美國(guó)的熱處理年銷貨收入1.3我國(guó)熱處理與國(guó)外差距，1.3.2生產(chǎn)管理“八五”“九五”期間，國(guó)家有關(guān)部門(mén)采取了許多措施，但熱處理專業(yè)工廠數(shù)量還很少。 全國(guó)熱處理生產(chǎn)的平均單位電功耗為1000度/噸

7、左右，個(gè)別專業(yè)化合作工廠只有達(dá)到500度/噸左右，與先進(jìn)的歐洲工業(yè)國(guó)的400度/噸、日本的300度/噸相比，還有很大的差別。1.3中國(guó)熱處理與國(guó)外的差距、1.3.3在生產(chǎn)技術(shù)方面全國(guó)主要城市的專業(yè)工廠和合作工廠、點(diǎn)少的無(wú)氧化熱處理的比例達(dá)到30%以上，石油機(jī)械制造行業(yè)還沒(méi)有達(dá)到25%。 發(fā)達(dá)的歐洲工業(yè)國(guó)的無(wú)氧化熱處理的比例達(dá)到了80%以上，與美國(guó)和日本的差別更大。 1.3中國(guó)熱處理與國(guó)外的差距，2.1持續(xù)提高可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略2.2產(chǎn)品品質(zhì)2.3能源的有效利用2.4精確的生產(chǎn)過(guò)程2.5高效的生產(chǎn)技術(shù)，2熱處理的整體發(fā)展戰(zhàn)略，縱觀國(guó)內(nèi)外熱處理技術(shù)的發(fā)展，其整體戰(zhàn)略的出發(fā)點(diǎn)大致可以歸納為5個(gè)方面。 首

8、先是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，其次是產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提高，第三是能源節(jié)約，第四是精確生產(chǎn)，最后五個(gè)方面的英語(yǔ)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(guó)在里約熱內(nèi)盧召開(kāi)的人類環(huán)境與發(fā)展大會(huì)，提出了以公平原則，通過(guò)世界鐘點(diǎn)工促進(jìn)世界永續(xù)發(fā)展的世界2.1世紀(jì)行動(dòng)綱領(lǐng)。 朱鉻化學(xué)基首相在2002年9月的世界可持續(xù)發(fā)展首腦會(huì)議上，提到了這個(gè)問(wèn)題“人類與自然的和諧，環(huán)境與發(fā)展的相互促進(jìn)”的高度。 這將永續(xù)發(fā)展作為世界上任何國(guó)家在自各兒各種經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)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(nèi)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(gè)與環(huán)境資源密切相關(guān)的

9、加工過(guò)程。 那個(gè)生產(chǎn)材料和剩馀材料有可能會(huì)成為污染的原因。 避免污染的原則必須是預(yù)防第一、管理第二。 因此，熱處理的先進(jìn)技術(shù)發(fā)展是一種清潔安全的生產(chǎn)技術(shù)，是一種安全選擇使用生產(chǎn)材料，不形成有害剩馀材料的技術(shù)。 對(duì)于不得已而產(chǎn)生的有害物質(zhì)也需要先進(jìn)的無(wú)害化處理方法，剩馀材料將達(dá)到國(guó)家規(guī)定的安全排放標(biāo)準(zhǔn)。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(shè)備的能量要根據(jù)土地、時(shí)間合理選擇。 加熱設(shè)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(yīng)該精煉再利用或者使用。 也就是說(shuō)，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(duì)這個(gè)問(wèn)題的重要性的認(rèn)識(shí)還沒(méi)有達(dá)到對(duì)環(huán)境的認(rèn)識(shí)程度。 2.1可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，現(xiàn)在的國(guó)家引導(dǎo)者和很多有識(shí)之士解決這個(gè)問(wèn)題不僅是說(shuō)教，也到了必須制定法律的時(shí)候了。 值得慶幸的是，我國(guó)環(huán)境保護(hù)法已經(jīng)頒布，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)也向企業(yè)提出了IS014000的環(huán)境保護(hù)要求，我國(guó)的一些企業(yè)取得了ISO14000的身份驗(yàn)證。 2.2產(chǎn)品品質(zhì)不斷提高，我國(guó)加入WTO后，經(jīng)濟(jì)和國(guó)際接軌給企業(yè)提供了主動(dòng)力，增加了壓力，制造了機(jī)會(huì)，帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，中外合資企業(yè)不斷成立，外國(guó)獨(dú)資企業(yè)的流入使國(guó)內(nèi)制造業(yè)產(chǎn)

11、品面臨了激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。 這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)表現(xiàn)在產(chǎn)品品質(zhì)、價(jià)格、售后服務(wù)上，核心在于產(chǎn)品品質(zhì)。 2.2產(chǎn)品品質(zhì)不斷提高，產(chǎn)品品質(zhì)要求高是壓力，也是動(dòng)力。 它可以推進(jìn)熱處理的技術(shù)改造和設(shè)備的更新，大大改變機(jī)械零件的質(zhì)量和壽命。 熱處理企業(yè)設(shè)備的更新給設(shè)備制造業(yè)帶來(lái)了商機(jī)，但由于國(guó)產(chǎn)熱處理設(shè)備技術(shù)水平低、可靠性低，在對(duì)外開(kāi)放情況下也面臨著激烈競(jìng)爭(zhēng)，許多國(guó)內(nèi)熱處理設(shè)備廠商面臨破產(chǎn)。 提高熱處理設(shè)備質(zhì)量和信譽(yù)也是當(dāng)務(wù)之急。 再加上云同步，設(shè)備定徑套、水泵、閥門(mén)、零配件、機(jī)器、筑爐材料等的質(zhì)量和可靠性如果不能及時(shí)得到很大改善，熱處理設(shè)備水平將無(wú)法大幅度突破，必將繼續(xù)在競(jìng)爭(zhēng)中失敗。 2.2為了不斷提高產(chǎn)品品質(zhì)、提

12、高產(chǎn)品品質(zhì)，必須在實(shí)施企業(yè)科學(xué)管理的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量控制，全面認(rèn)真開(kāi)展企業(yè)IS09000系列標(biāo)準(zhǔn)的身份驗(yàn)證，在生產(chǎn)過(guò)程中認(rèn)真執(zhí)行熱處理的各項(xiàng)工藝標(biāo)準(zhǔn)和熱處理零配件的組織性能標(biāo)準(zhǔn)。 2.3能源的有效利用，在機(jī)械制造過(guò)程中，熱處理的能耗很大。 其用電一般為機(jī)械制造企業(yè)2030。 根據(jù)上世紀(jì)9.0年代的調(diào)查，全國(guó)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(guó)9.6年熱處理電力總量為5.9億度，不過(guò)是我國(guó)電力的68%。 我國(guó)機(jī)械廠熱處理費(fèi)用約占生產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)發(fā)展改造的重要起點(diǎn)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(dāng)熱處理加熱爐的熱效率達(dá)到8.0，以一次能量利用率計(jì)算，綜合熱效率只有24-32。 利用天燃?xì)獾娜紵隣t，在預(yù)熱利用煙道氣的燃燒空氣的基礎(chǔ)上，綜合的熱效率將很容易達(dá)到60-65。 因此，在以天燃?xì)鉃闂l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(dāng)熱處理加熱爐的熱效率達(dá)到8.0，以一次能量利用率計(jì)算，總熱效率僅為2432。 利用天燃?xì)獾娜紵隣t，在預(yù)熱利用煙道氣的燃燒空氣的基礎(chǔ)上，很容易達(dá)到綜合的熱效率。 因此，在以天燃?xì)鉃闂l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(jìn)的加熱設(shè)備不僅能體現(xiàn)先進(jìn)的技術(shù)，節(jié)約能源也是重要的指標(biāo)。熱處理爐需要最小的散熱損失，最小的爐襯蓄熱、馀熱應(yīng)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(guò)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(shí)間，降低加熱溫度，用表面熱處理代替整體熱處理，極簡(jiǎn)化工藝，合理選擇工件材料等是一項(xiàng)很好的節(jié)能措施，生產(chǎn)車間技術(shù)人員節(jié)能意識(shí)的強(qiáng)弱很重要。 2.3能源的有效利用、生產(chǎn)的合理組織、能源的嚴(yán)格管理也是節(jié)能的基本措施之一。 提高熱處理設(shè)備負(fù)荷，保持連續(xù)生

15、產(chǎn)對(duì)節(jié)能非常重要。 在這個(gè)意義上，專業(yè)化生產(chǎn)是非常有利的方法。 2.4精確的生產(chǎn)過(guò)程，現(xiàn)代的物理冶金理論幾乎可以洞察金屬在熱處理過(guò)程中的組織、性能、化學(xué)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(chǎn)品品質(zhì)，達(dá)到100個(gè)及格率。 在設(shè)備上正確保證生產(chǎn)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(xué)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)的同一性和重現(xiàn)性，使產(chǎn)品的組織性能、應(yīng)變等質(zhì)量分散度為零，實(shí)現(xiàn)精密生產(chǎn)。 2.5高效生產(chǎn)技術(shù)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本、獲得最大經(jīng)濟(jì)效益是熱處理生產(chǎn)和所有企業(yè)追求的目標(biāo)。 實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)效率的重要前提是單一

16、品種的批量生產(chǎn)。 在大規(guī)模規(guī)?；纳a(chǎn)條件下，采用生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、質(zhì)量上線了信息化、工藝殘奧表和質(zhì)量效益仿真和自適應(yīng)控制，最大限度地提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)無(wú)人工作，完全消除人為因素，保證產(chǎn)品質(zhì)量的低分散性。 2.5高效的生產(chǎn)技術(shù)、縮短生產(chǎn)周期的熱處理技術(shù)可以節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率。 可以提高設(shè)備的可靠性，減少失效率，減少維護(hù)次數(shù)，減少輔助時(shí)間。 多品種少量生產(chǎn)方式，采用靈活的設(shè)備和多設(shè)備生產(chǎn)流水線，也能提高生產(chǎn)效率。 當(dāng)然，在私營(yíng)熱處理加工企業(yè)，以生產(chǎn)排程優(yōu)化管理、合理生產(chǎn)組織，使設(shè)備全運(yùn)轉(zhuǎn)是保證高生產(chǎn)效率的有效措施。 3.1無(wú)污染3.2無(wú)應(yīng)變3.3無(wú)分散3.4無(wú)浪費(fèi)(能源)3.5無(wú)氧化3.6無(wú)脫

17、碳3.7無(wú)廢品3.8無(wú)人工，3先進(jìn)熱處理技術(shù)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(shù)迅速發(fā)展。 其主要發(fā)展方向可以歸納為8個(gè)方面，被稱為無(wú)污染、無(wú)應(yīng)變、無(wú)分散、無(wú)用(能源)、無(wú)氧化、無(wú)脫碳、無(wú)廢品、無(wú)人工。 以下分別敘述。 3、先進(jìn)熱處理技術(shù)的發(fā)展方向，3.1是無(wú)污染、熱處理生產(chǎn)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(wú)污染，先進(jìn)的熱處理技術(shù)首先應(yīng)是對(duì)環(huán)境無(wú)污染的技術(shù)。 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(yīng)熱處理是應(yīng)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(qiáng)化、噴霧淬火、真空清洗等也是無(wú)污染的技術(shù)。 與這些個(gè)工藝對(duì)應(yīng)的真空爐、氣氛爐、離子氮化爐(參照?qǐng)D1 )、低NOX、S0 x、燃燒加熱爐、流化爐為無(wú)污染設(shè)備。 聚合物淬火劑、非氟里昂溶劑、A1203和Si02等流化床顆粒、氮?dú)夂透鞣N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(shè)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(jié)構(gòu)，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