钢铁热处理工艺及污染分析

sunny2008

0 引言
　　钢铁的热处理工艺是现代制造产业与技术的重要内容。目前，我国经过热处理工艺生产的钢材总量所占钢材市场的比例是很高的。但是，钢铁的热处理工艺在出产大量钢材的同时，也存在有一些弊端和需要改进的地方，因为钢铁热处理工艺需要很大的耗电量，因而具有很强的污染性质，并且会造成其他各种污染。但是，现代制造产业不仅仅注重的是产品产量，还要注意重视生产与环境制造的协调性和统一性，并且更加要注意制造技术的科学性和可持续性。
　　1 钢铁热处理的工艺的基本情况
　　钢铁生产的热处理工艺中所产生的大量污染是由于热处理特殊的工艺流程和特点决定的。热处理工艺具有一个明显特点便是不改变零件的外形和几何尺寸，只会改变零件钢铁材料的内部的晶粒组织，内部晶粒组织的变化将会带来钢铁机械性能的变化，这便是钢铁热处理工艺的技术基础。钢铁材料经过轧制、铸造、锻造、焊接后，将会发生很大的物理和化学性质的变化。经过这些处理钢铁会产生较大的内应力，表面硬度增强，这就导致金属切割时的难度增大，还容易变形。为了消除内应力和降低表面的硬度，需要对钢铁进行退火处理。另外还会有淬火、正火、回火以及化学热处理等各个方面，这些处理的主要目的在于使零件的强度、硬度、耐磨性和抗腐蚀性都得到增强，同时这些处理也会使零件的综合性能有明显提高。
　　这些钢铁热处理工艺的流程一般都包括加热、保温和冷却三个阶段。但是具体的处理方式在实际操作中各有不同，主要是根据热源、热处理设备以及热处理介质以及处理速度和时间来进行判断。在不同的操作中所产生的污染物质和污染量也是不同的。我国的机械制造行业钢铁消耗量大都需要进行热处理，这会产生严重的环境污染问题。
　　淬火油蒸发会产生CH化合物、CO及烟尘等，同时还会有二氧化硫、二氧化硅等物质的污染。另外，淬火油的处理不当也是引发环境污染的重要因素。有害废渣、炉窑灰渣等废气污染物中都含有氰化物、氯化钡以及亚硝酸盐等危险性较强的废物。总之，钢铁热处理所引发的环境污染问题需要引起重视，其保护环境和减少排放的任务任重道远。
　　2 钢铁的热处 理工艺污染状况
　　2.1 加热与保温引发的污染
　　钢铁的热处理常用的方式有电阻炉和电磁感应加热，还有燃料加热等。电阻炉的分为两类，其中连续性电阻炉可以用于可控气氛热处理以及化学热处理。箱式炉、台车炉以及井式炉在使用时都需要以空气作为加热介质，工件的加热过程会产生氧化、脱碳，产生氧化皮。废盐浴炉与可控气氛炉的加热介质不是空气，而是浴盐与无氧的气氛，一般不产生氧化和脱碳现象，但有氯化钡或亚硝酸盐污染。电磁感应加热再用于表面淬火时，其中高频淬火会产生电磁污染。燃料加热时，通常使用的燃料主要包括燃煤、燃油、燃气等。这类物质造成污染的情况是很严重的。其污染特点是，点火时黑烟滚滚，烟尘和有毒气体超标准排放，产生大量的二氧化硫等物质。同时，工件氧化、脱碳较严重。燃油则主要包括重油、柴油及渣油等液体燃料。燃气主要采用煤气、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，钢铁热处理的过程中主要是产生二氧化硫等造成污染，另外，工件还有氧化皮产生。保温阶段处于稳定燃烧状态；对固体燃料炉，只有在打开炉门加燃料时才会冒黑烟，保温阶段污染物排放的浓度没有变化。但是，污染物的排放量在保温时间越长时也会越多。
　　2.2 冷却的过程污染
　　冷却是经过加热和保温之后最值得关注的阶段，经过前两道工序之后的工件，必须经过冷却才会有达到要求的硬度和力学性能。冷却过程必须选择合理的冷却介质。冷却阶段主要包括退火、正火和淬火3个阶段。
　　这3个阶段的主要功能是消除应力、降低硬度。另外，还有球化退火、等温退火等多种方式，以细化晶粒为主要目的。无论哪种退火方式，冷却方式均为随炉冷却，随炉冷却指的是达到保温时间后停止加热，让工件在加热炉中随炉温的降低而慢慢冷却下来。这是一种“缓慢冷却”，退火过程中要脱落大量氧化皮。正火与退火的区别在于其加热温度更高，工件需要在出炉后利用外部条件进行冷却，一般会选择空气冷却或者风冷以及喷雾等，此过程中要脱落大量的氧化皮。淬火是一个快速冷却的过程，可以大大提高钢材的硬度。冷却速度与淬火介质有很大关系。由于淬火介质的不同产生的污染物也不同。淬火过程主要为水溶液淬火，一般会包括盐水、碱溶液、矿物油等，还有盐浴（氯盐浴、硝盐浴）、碱浴与盐碱混合浴，各种淬火方式的不同将会产生水污染、油烟污染以及盐污染等。碱浴则会产生相应的碱污染。另外还有其他很多种化学方法的热处理，其中离子渗碳不会产生污染。
　　3 结论
　　我国的钢铁热处理呈现出的态势很不乐观，仪器设备相对比较落后，热处理缺乏专业化，生产过程耗能巨大、污染严重，却没有取得相应的经济效益。
　　虽然我国的钢铁热处理行业出现了越来越多的工艺流程和新的材料以及介质等，给钢铁工业的发展带来了新的春天，但是随之而来的也会有不同程度的污染问题，需要我们找到正确的方式和方法改进技术，节省耗材，减少污染，采取清洁的工艺流程和方法，落实节能减排。