《能源监测与评价》——机械加工企业的节能监测（二）

(5)表面淬火。将零件表层以极快的速度加热到临界温度以上奥氏体化，而心部因受热较少还来不及达到临界温度，接着用淬火介质进行急冷，使表层淬成马氏体，心部仍保持淬火前组织的一种工艺，经表面淬火后，钢件得到表层硬度高、耐磨，心部硬度低、韧性好的性能。表面淬火有多种方法，现在常用感应加热表面淬火法。此外，还有火焰加热表面淬火法、电接触加热表面淬火法等。

(6)化学热处理。将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺，称为化学热处理。

化学热处理使工件的表层和心部，得到迥然不同的组织和性能，从而显著提高零件的使用质量，延长使用寿命;它还能使一些价廉易得的材料改善性能，来代替某些比较贵重的材料。

化学热处理形式很多，按其主要目的大致可分两类：一类是以强化为主，例如渗碳、氮化(渗氮)、碳氮共渗、渗硼等，主要目的是使零件表面硬度高、耐磨并提高疲劳抗力;另一类是以改善工件表面的物理、化学性能为主，如渗铬、渗铝、渗硅等，目的是提高工件表面抗氧化、耐腐蚀等性能。

2.常用热处理设备及节能建议

(1)热处理设备。常用热处理设备有加热设备、冷却设备和检验设备等。

1)加热设备。加热炉是热处理车间的主要设备，通常的分类方法为：按能源分为电阻炉、燃料炉;按工作温度分为高温炉(>1000℃)、中温炉(650～1000℃)、低温炉(<600℃);按工艺用途分为正火炉、退火炉、淬火炉、回火炉、渗碳炉等;按形状结构分为箱式炉、井式炉等。

常用的热处理加热炉有电阻炉和盐浴炉。

①中温箱式电阻炉应用最为广泛，常用于碳素铜、合金钢零件的退火、正火、淬火及渗碳等，如图4-50所示。

②井式炉宜于长轴类零件的垂直悬挂加热，可以减少弯曲变形，可用吊车装卸工件，故应用较为广泛，如图4-51所示。

③盐浴炉是用液态的熔盐作为加热介质，加热速度快而均匀，工件氧化、脱碳少，可进行正火、淬火、化学热处理、局部淬火、回火等，如图4-52所示。

2)冷却设备。常用的有水槽、油槽、浴炉、缓冷坑等，介质包括自来水、盐水、机油、硝酸盐溶液等。

3)检验设备。常用的检验设备有洛氏硬度计、布氏硬度计、金相显微镜、物理性能测试仪、游标卡尺、量具、无损探伤设备等。

(2)热处理设备节能建议。加热设备的节能潜力巨大，对节能的设备基本要求是，有较大的炉膛、有效的利用面积率、均匀的温度区域、较高的装载量、良好的加热装置、廉价的能源、良好的传热效果、良好的保温能力、较少的热损失及较高的热效率等。按该要求，对设备进行引进、改造、自发研制以及合理使用，有效地开展节能生产。

1)合理选择能源。

①用电干净，易控制。如井式电阻炉，属间接加热工件，热效率较低，通过强化辐射、减少炉衬蓄热及炉壁散热来提高热效率;脉冲离子氮化炉，用电能把低真空的气体电离成离子，在电场作用下，高速冲击工件，在加热工件的同时，把氮元素渗入工件，这种热处理方式有较高的热效率;中频感应加热，处于交变电磁场中的曲轴，内部产生交变电流(即涡流)而把曲轴表面瞬间加热至高温，属直接加热，有很高的热效率，达55%～90%，感应淬火属局部处理，比整体淬火节能近80%～90%，

②用燃料便宜，最好用天然气或煤气等高热值的气体，可以在喷射式烧嘴上形成火焰，通过热冲击、热辐射、热对流的方式，直接加热工件，有高的换热系数和加热速度，故热效率高。台式正火炉、连续正火流水线等用天然气作加热能源来处理工件。

2)减少热损失，提高热效率。

①台式正火炉及正火流水线，为减少炉衬蓄热采用复合炉衬，炉壁使用陶瓷纤维，内壁表面涂红外反射涂料;考虑到炉底强度要求高，采取黏土砖+轻质耐火砖结构，炉门为内壁贴陶瓷纤维。

②自制台式正火炉，为提高炉子密封性，炉体尽量少开孔，以避免热量散失。

③井式电阻炉，减少料盘、料框的重量，只要能承载设备允许的最大装炉量即可，避免消耗更多的能量来加热料盘、料框。

3)燃料炉——高效燃烧嘴的开发应用。优良的燃烧嘴，应能自动调节燃气与空气的比例，且燃烧的火焰能实现炉内强辐射及强对流。正火流水线使用的是SICIOOHB型燃烧嘴，与对面相对交叉均匀放置在炉两侧壁接近底部处，点火后迅速升温，有利于促进热气流再循环，可显著节能。

4)充分利用余热及废热。

①氮化，如图4-53所示。加热到590℃，保温3h，停电随炉降温到540℃，利用炉内余热继续通介质氮化，可获得良好的效果，前提是设备密封性好。用额定功率180kW、型号为SL02-35的井式氮化炉，处理同样的产品，改进后每条曲轴产品可节省20kWh。

②正火流水线利用天然气作燃料加热，其烟筒排除废气的同时，也带走炉内20%～50%的热量。但在设备设计安装时应充分考虑到余热的再利用，把助燃空气管道设置在紧贴烟筒以预热，助燃空气刚进入炉内能达到100～100℃，可降低热损耗。

5)炉型的合理选择。当热处理产品的批量及工艺确定后，选用炉型就成为实现工艺、节能和降低成本的关键。连续式炉比周期式炉耗能少，各种炉子的热效率顺序由高到低为：振底式炉、井式炉、输送带式炉、箱式炉或台式炉。当批量大时，宜选用连续式炉;当品种比较多数量较少，就集中使用周期炉。

6)推广氨基气氛井式电阻炉热处理。氨基气氛用于客户特殊要求的回火热处理，可以达到少无氧化脱碳和工件表面光亮无锈蚀的效果;用于化学热处理可减少内氧化、防腐蚀，提高化学热处理质量。氨基气氛气源丰富，成本低廉，安全性好，适应性强，污染少，废气燃烧后生成水和氮气释放空气中。一般选用液化的氨气作保护气氛及化学热处理的介质资源。