钢铁热处理工艺设计与污染分析.doc

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1、钢铁热处理工艺及其污染分析我国机械制造业钢铁消耗总量的40%以上要进行热处理。热处理是高耗电行业，其用电量约占机械制造业总用电量的25%～30%。同时，热处理又带来了十分严重的环境污染问题：据不完全统计，每年排放的污染物中，约有5000t淬火油因蒸发或局部燃烧成为CH化合物、CO及烟尘；盐浴炉生成盐蒸气7000t以上；燃煤炉窑排放SO2约15000t；喷砂处理产生SiO2等粉尘10000t以上；约9000t废淬火油因排放不当而污染水质；有害废渣约10000t；炉窑灰渣约85000t.这些污染物中包括剧毒的氰化物、铅烟尘、BaCl2及亚硝酸盐烟尘与渣、废矿物油等危险废物。可见热处理行业的节

2、能减排任重而道远。热处理污染是由其特定的工艺造成的。热处理工艺不改变零件的外形和几何尺寸，改变的是零件钢铁材料部的晶粒组织及由此带来的机械性能的变化。钢铁材料经轧制、铸造、锻造、焊接后，产生较大的应力，表面硬度增大，给金属切削带来困难、易产生变形。为消除应力、降低表面硬度，需要对其进行“退火”处理。而为了使零件具有很高的强度、硬度、耐磨性、抗腐蚀性与很好的弹性、很好的综合机械性能，需要对其作“淬火”、“正火”、“回火”处理及“化学热处理”。这些钢铁热处理的工艺过程，一般都是由加热、保温和冷却三个阶段组成的。但是，由于热源的不同、热处理设备的不同、热处理介质的不同、处理速度与处理时间的不同

3、，产生的污染物不同，污染物产生的量也不同。还要注意，一些零件热处理后要做表面清理（喷砂、抛丸等），也要产生相应的污染。1 加热与保温：1.1 热源及加热设备1.1.1 电加热⑴.电阻炉：有箱式电炉、台车式电炉、井式电炉、电极式电炉与埋入式电炉（各类浴炉——主要是盐浴炉），为周期性电阻炉，用于各类热处理工艺的加热。推杆炉、振底炉、网带炉等，为连续性电阻炉，用于可控气氛热处理与化学热处理工艺。 箱式炉、台车炉、井式炉的加热介质为空气，工件加热过程表皮会氧化、脱碳，产生氧化皮固废。盐浴炉与可控气氛炉的加热介质为浴盐与无氧的气氛，不易产生氧化、脱碳，但有氯化钡或亚硝酸盐污染。⑵.电磁感应加热：有

4、高频（100~500kHz）、中频（晶闸管变频式0.18~8kHz、发电机式0.5~10kHz）与工频（50Hz）三类，用于表面淬火。高频淬火会产生电磁污染。1.1.2 燃料加热：包括燃煤、燃油、燃气等。⑴.燃煤含块煤、散煤、煤粉、焦炭及型煤等固体燃料。燃烧装置有固定炉排、往复炉排等。多用于大型退火炉、固体渗碳炉及一般热处理。点火时黑烟滚滚，烟尘黑度超标。运行时烟尘、SO2的排放、炉渣的排放与锅炉类似。工件氧化、脱碳较严重。⑵.燃油含重油、柴油及渣油等液体燃料。很少使用。⑶.燃气含煤气、氧-乙炔、天然气、石油液化气等气体燃料。许多热处理炉为燃气炉。也有用于表面淬火的。要注意燃气的含硫量及

5、SO2的排放。工件有氧化皮产生。上述加热过程，随加热速度、最高加热温度的不同，污染物的排放浓度与排放量不同，与前者成反比，与后者成正比。1.2 保温：对燃料炉，该阶段处于稳定燃烧状态。对固体燃料炉，只要不打开炉门加燃料，一般不冒黑烟。污染物的排放浓度不变，而排放量与保温时间成正比。2  冷却：这是最值得关注的阶段。经加热、保温后的工件，要得到要求的硬度和力学性能，必须选择合理的冷却方式和冷却方法——冷却速度及冷却介质。2.1 退火：包括完全退火、不完全退火、低温退火，这三者主要为消除应力、降低硬度；还有球化退火、等温退火，以细化晶粒为主。不管哪种退火，区别在于加热温度不同，而冷却方式均为

6、随炉冷却——即达到保温时间后，停止加热，工件在加热炉中随炉温的降低而慢慢冷却下来。这显然是一种“缓慢冷却”。工件出炉温度约为150~200℃。2.2 正火：与退火的区别在于其加热温度更高，而冷却方式是随炉冷却到500~600℃时，工件出炉在空气中冷却或进行风冷、喷雾冷却。其冷却速度当然比退火要快。退火、正火要脱落大量氧化皮。2.3 淬火：属于“快速冷却”，可大大提高钢材的硬度。其冷却速度取决于淬火介质。淬火介质有固体、液体与气体，常用的是液体淬火剂，如：水（自来水、蒸馏水）、水溶液（盐水、碱溶液、肥皂水、高锰酸钾水溶液）、油（矿物油、植物油）及盐、碱、硝盐等。不同的淬火介质产生的污染物截

7、然不同。2.3.1 水淬：冷却速度甚快。易造成工件变形、开裂。除氧化皮外没什么污染。2.3.2 水溶液淬火：⑴.盐水：5~15%NaCl水溶液淬火，工件变形、开裂倾向比水淬减少。⑵.碱溶液：5~15%NaOH水溶液淬火，工件变形小、开裂倾向低。上述水溶液淬火会产生水污染。2.3.3 矿物油：这是碳钢、合金钢最常用的淬火剂。包括机械油（7号、10号、20号机械油，0号轻柴油）、普通淬火油、光亮淬火油、真空淬火油、等温分级淬火油等。油淬