美國金屬學(xué)會熱處理學(xué)會于2004年陸續(xù)公布了“熱處理技術(shù)發(fā)展路線圖-2004修訂稿”。我會榮譽理事長樊東黎先生在《金屬熱處理》(北京)和《熱處理》(上海)兩刊上發(fā)表了“美國熱處理技術(shù)發(fā)展線路圖概況”和“美國熱處理技術(shù)發(fā)展路線圖在行動”兩篇文章,,并在全國學(xué)會和協(xié)會有關(guān)會議上介紹了路線圖主要內(nèi)容。
0 { O$ P$ Y0 A9 p7 G) d我們認為,這是國際熱處理界的一件大事,應(yīng)該引起我們的重視,。像美國這一個世界頭號工業(yè)大國,從政治,、群眾團體,、直到民間企業(yè)都如此看重?zé)崽幚恚藬?shù)年時間才形成了這樣一個目標明確,、眼光遠大,、技術(shù)先進,、內(nèi)容全面,、措施落實、全面行動的長遠規(guī)劃,,實在難得,。這個路線圖有很多值得吸取和借鑒的東西,很有必要在行業(yè)內(nèi)進行認真研究討論,。因此,,學(xué)會秘書處2007年3月召開了一次關(guān)于路線圖的研討會,會后又組織和整理了部分書面材料在《金屬熱處理》,、《中國熱處理技術(shù)通訊》和學(xué)會網(wǎng)站上設(shè)專欄刊登,。這一活動在熱處理行業(yè)產(chǎn)生了廣泛的影響,對于結(jié)合我國的“十一,、五”規(guī)劃,,找出差距,彌補不足和缺陷,,加速我國熱處理生產(chǎn)技術(shù)的進步,,盡快趕上國際先進水平,,具有積極的作用。) K' h4 y: z0 e1 f6 }* k
一,、產(chǎn)生背景 美國能源部工業(yè)技術(shù)局(DOE-OIT)于上世紀90年代提出了一個被稱作“未來的工業(yè)”計劃,,其目的是提高美國基礎(chǔ)制造業(yè)的全球競爭力,同時降低能源消耗和廢棄物排放,。該計劃主要包括三個方面的內(nèi)容:(一)“Vision Statement”—提出未來工業(yè)的技術(shù)需求和遠景藍圖,;(二)“Technology Roadmap”—制定為實現(xiàn)遠景藍圖的技術(shù)路線圖,確定必須的研發(fā)項目,;(三)“Implementation”—確保實現(xiàn)目標和實施研發(fā)計劃的措施,。( h/ p- u2 ]: `; h i Y8 r+ j3 }+ @
最初列入能源部的計劃主要是鋼鐵、有色金屬,、化工等工業(yè),,這些工業(yè)消耗了制造業(yè)約80%的能源,并產(chǎn)生了約90%的工業(yè)廢棄物,。當(dāng)認識到熱處理是金屬生產(chǎn)中一個重要的集成部分,,只要有金屬,就會有熱處理,。同時熱處理生產(chǎn)也要使用大量的能源,,并在生產(chǎn)中產(chǎn)生明顯可觀的廢棄物質(zhì),后來將熱處理工業(yè)也列入未來工業(yè)發(fā)展計劃,。美國能源部和熱處理學(xué)會(HTS)簽訂了一個參加未來工業(yè)計劃的“合作伙伴”(Allied Partner)協(xié)議,。
& g& u+ w' W9 t% E1996年2月美國能源部、熱處理學(xué)會和金屬熱處理協(xié)會(Metal Treating Institute)召集了20名熱處理全能(captive)和專業(yè)(commercial)加工企業(yè),、制造和銷售企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人討論提出了美國熱處理2020年遠景目標,。
& @. U& G1 K4 i1 o6 z+ `! R. p/ \1997年2月有17名專家組成的熱處理學(xué)會研發(fā)委員會討論提出了熱處理技術(shù)發(fā)展路線圖(Heat Treating Technology Roadmap)初稿,并按照設(shè)備與硬件,、工藝和材料,、能源和環(huán)境三個領(lǐng)域提出了幾十項研發(fā)項目.1999年美國熱處理學(xué)會發(fā)布了“1999研發(fā)計劃”,對1997年提出的技術(shù)發(fā)展路線圖進行了補充和細化,。1999年9月在沃切斯特工業(yè)大學(xué)(Worcester Polytechnic Institute,簡稱WPI)的金屬加工學(xué)院(Metal Processing Institute)成立了“熱處理高新技術(shù)中心”(Center for Heat Treating Excellence, 簡稱CHTE ),。隨后又在依利諾伊工業(yè)大學(xué)成立了“熱加工技術(shù)中心”(Thermal Processing Technology Center,簡稱TPTC),。兩個中心的任務(wù)是承擔(dān)和組織全行業(yè)企業(yè)參與研發(fā),、實現(xiàn)路線圖的2020目標、完成所提出的研發(fā)項目,。( T: D0 l0 Q" D. }" W# m; i& j
2002年7月熱處理學(xué)會的研發(fā)委員會在依利諾依工業(yè)大學(xué)(Illinois Institute of Technology)對路線圖進行了討論,、修改和補充。% E/ H% {( z* e% l+ }& P
2004年1月~8月陸續(xù)公布了“熱處理學(xué)會的2004熱處理路線圖修訂稿”(Heat Treating Technology Roadmap-2004 HTS Revision),。9 W# W$ Z, J1 o- M( @
二,、美國熱處理工業(yè)現(xiàn)狀 美國熱處理工業(yè)年產(chǎn)值達150億美元,,約80%的熱處理件為鋼鐵制品,包括鋼廠生產(chǎn)的鋼棒和鋼管,、鑄件,、鍛件、焊接件,、機加工件,、軋制件、沖壓件,、拉拔件或擠壓件等,。* T8 W& A& ?3 u5 Y: {" K9 t- f; N0 S
熱處理工業(yè)雇員140000人,其中90%在主機廠的熱處理廠,,10%在專業(yè)熱處理廠,。% o% H6 w8 j2 l2 e6 d X# k1 d
熱處理專業(yè)廠約有700個,1995年的工業(yè)產(chǎn)值達15億美元,,年收益回報25%,,專業(yè)熱處理廠的產(chǎn)量逐年增加。2 H! @( b6 ?$ ?6 f( |( l
在專業(yè)熱處理廠采用的各種工藝中,,滲碳/碳氮共滲工藝約占熱處理總量的20%,、中性氣氛中淬火約占20%、真空淬火約占15%,、退火/應(yīng)力恢復(fù)約占10%,、其它工藝(感應(yīng)熱處理、滲氮,、鹽浴熱處理,、有色金屬熱處理等)約占35%。
, Q: t; w% d A' v3 o6 R熱處理消耗大量能源,,每年約消耗500萬億BTU,,約占熱處理總成本的20%。熱處理使用有害的化學(xué)物和氣體,,必須遵守嚴格的環(huán)保和安全規(guī)定。
( D$ x5 C3 h5 A3 w! f淬火介質(zhì)產(chǎn)生的廢氣,、廢液是熱處理主要的污染源,,水、油,、氣體,、聚合物水溶液淬火介質(zhì)的使用約占90%。
6 h6 H. u2 D. A三,、2020年美國熱處理技術(shù)發(fā)展遠景目標,、工業(yè)藍圖 1,、遠景目標
9 e2 J0 Y% r6 n# \( v2 [0 m- 減少能源消耗80%
- 縮短工藝周期50%
- 降低生產(chǎn)成本75%
- 實現(xiàn)熱處理件零畸變
- 實現(xiàn)熱處理件質(zhì)量零分散度(相對于標準)
- 提高熱處理爐壽命10倍
- 降低熱處理爐價格50%
- 實現(xiàn)熱處理生產(chǎn)零排放
/ p! g& U- t0 K) I R. r x. v 2、遠景藍圖! d; b2 |# F% q6 {. e
到2020年,,熱處理工業(yè)仍會面臨像當(dāng)前一樣的許多技術(shù)挑戰(zhàn),。材料和工藝將會被更深入的認識和理解,工藝過程和熱處理質(zhì)量將得到更嚴格的控制,,所有的熱處理工藝將是環(huán)境友好的,。計算機控制和機器人將使白領(lǐng)職員和藍領(lǐng)工人都能在清潔、安全,、舒適的環(huán)境中工作,。工人在空調(diào)裝卸車上進行裝爐和出爐,技術(shù)員在靠近熱處理爐的一個空調(diào)環(huán)境中通過計算機進行工藝控制,,工程師運用強大的材料和工藝數(shù)據(jù)庫以及終端計算機輔助設(shè)計制訂工藝,。所有熱處理工作者都為從事這一行業(yè)而感到驕傲,因為他們都認識到熱處理是車輛,、電子產(chǎn)品,、機器等制造工業(yè)的關(guān)鍵工序。為了操作和維護各種先進的設(shè)備,,工人將得到良好的培訓(xùn)和具備極高的技能,。4 G t/ n9 [ d* X3 h: A2 Z
四、熱處理工業(yè)面臨的挑戰(zhàn) 熱處理工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)來自技術(shù),、政府,、客戶、收益,、結(jié)構(gòu),、人力等方面。
7 ~( R9 Z* z$ \3 S: ~在技術(shù)方面,,最急迫的研究包括開發(fā)更高效率的熱處理爐,、更長使用壽命的爐用材料、更精密的工藝控制,、以及改進的淬火介質(zhì),。目前熱處理爐的能量消耗只有不到一半用于加熱工件,其余的用于加熱爐體,、爐內(nèi)氣氛,、料盤和其他爐內(nèi)構(gòu)件。盡管在熱回收方面做了很大的努力,,仍需要尋求更進一步的方法,,減少熱排放。重視材料原始組織對熱處理質(zhì)量(形狀和力學(xué)性能)影響的研究,建立用于材料設(shè)計和精密工藝模擬的數(shù)據(jù)庫,,達到無畸變,、質(zhì)量穩(wěn)定、性能可預(yù)測的熱處理效果,。取得這些目標需要產(chǎn)學(xué)研通力合作,。. W! K+ Y, t7 D3 P: e; f. K( e" {" I* e( |
在人力資源方面,工業(yè)發(fā)展必須激發(fā)勞動者學(xué)習(xí)的動力,,通過培訓(xùn)使其成為高技能的雇員,。在此方面,熱處理企業(yè)應(yīng)和學(xué)會,、協(xié)會,、大學(xué)以及培訓(xùn)工程技術(shù)人員的學(xué)院合作。熱處理應(yīng)成為對有志的工程師具有挑戰(zhàn)的技術(shù)領(lǐng)域,。
?5 _! m$ W$ F8 G5 }, X, \在收益方面,,必須提高熱處理工業(yè)收益,以吸引投資,,使得有更多的研發(fā)基金投入,,繼而推動技術(shù)進步。- r0 W& J# w* d
在客戶關(guān)系方面,,必須在客戶產(chǎn)品的設(shè)計階段就建立起合作關(guān)系,,成為產(chǎn)品設(shè)計的合作伙伴,幫助客戶優(yōu)選材料和工藝,。) @& H" r& O1 y w
在國際競爭方面,,北美的熱處理將面臨其他第三世界國家低成本的競爭。另外,,當(dāng)鑄件,、鍛件等零件轉(zhuǎn)移到其他國家生產(chǎn)時,相應(yīng)的熱處理也會隨之轉(zhuǎn)移,。4 c+ u3 }# x3 J/ W6 `
五,、技術(shù)路線圖 美國熱處理學(xué)會的研發(fā)委員會成立了三個工作組:工藝和材料、設(shè)備和硬件材料,、能源與環(huán)保,,分別就達到2020年熱處理工業(yè)遠景目標提出了各自工作領(lǐng)域應(yīng)開展的研究項目和計劃。并從回報(分高,、中,、低三等)、風(fēng)險(分高,、中、低三等),、完成期限和緊迫程度進行綜合評估,,確定應(yīng)優(yōu)先開展的研究項目,。- _1 s {. M* w' z3 F! G$ J8 E7 Q
回報:分高、中,、低三等# r8 U6 v, N6 w0 D
風(fēng)險:分高,、中、低三等1 `5 ^: N/ q% X
完成期限:近期:0~3年,,中期:3~10年,,長期:10年以上
2 a' K4 T) y- c+ D緊迫程度:頂級、高級,、中級1 d0 }6 p2 g) {( I1 {; g
1,、工藝和材料部分/ m( Y+ ^) G6 g3 @( m
工藝和材料研究項目 | 回報 | 風(fēng)險 | 完成時間 | 緊迫性 | 1.研發(fā)改進感應(yīng)器設(shè)計工具以減少反復(fù)試驗和修正 | 高 | 低 | 短 | 頂級 | 2.研發(fā)在高于1010℃抗晶粒長大的滲碳鋼 | 高 | 低 | 短 | 高 | 3.高于1010℃高溫滲碳的可行性,包括氣氛和真空滲碳以縮短工藝周期(總結(jié)) | 高 | 低 | 短 | 高 | 4.快速滲氮工藝的開發(fā) | 高 | 低 | 中 | 高 | 5.快速加熱相變動力學(xué)的確定 | 高 | 中 | 短 | 高 | 6.滲碳,、限制淬透性鋼,、強烈淬火工藝和材料的研發(fā) | 高 | 中 | 中 | 中 | 7.高效表面淬火方法的開發(fā) | 高 | 高 | 長 | 中 | 8.提高對感應(yīng)、磁場,、加熱爐回火/時效過程的理解以降低分散度和縮短時間 | 高 | 低 | 短 | 中 | 9.高效表面改性工藝的開發(fā) | 低 | 高 | 長 | 中 | 10.稀土元素對熱處理過程中的顯微組織演變的影響 | 中 | 低 | 長 | 中 | 11.深冷處理材料的開發(fā)和應(yīng)用范圍的探討 | 低 | 中 | 短 | 低 | 12.鐵,、非鐵合金、復(fù)合材料和聚合物熱處理工藝開發(fā) | 低 | 高 | 中 | 低 | 材料應(yīng)用基礎(chǔ):軟件和模型數(shù)據(jù) | | | | | 13.材料選擇包括材料性能數(shù)據(jù)庫軟件的開發(fā),,用戶輸入要求的性能,,輸出的是候選材料及其熱處理后的性能 | 低 | 中 | 中 | 低 | 14.開發(fā)和失效特征關(guān)聯(lián)的材料性能 | 低 | 中 | 中 | 低 | 15.開發(fā)材料連續(xù)加熱和冷卻相變數(shù)據(jù)庫,包括鋼在軋制過程的變量,、化學(xué)成分變化和顯微組織不均勻性對相變動力學(xué)的影響 | 高 | 低 | 短 | 頂級 | 工藝模型 用戶輸入使用特點的判斷(磨損,、載荷力、腐蝕),,輸出的是材料/顯微組織特征(注:此模型可用來反向證實時效分析結(jié)果) | | | | | 模型的開發(fā) | | | | | 16.開發(fā)從室溫到熱處理溫度的熱性能和力學(xué)性能的數(shù)據(jù)庫 | 高 | 低 | 長 | 頂級 | 17.開發(fā)熱處理工藝和最終性能的數(shù)據(jù)庫 | 高 | 低 | 短 | 頂級 | 18.開發(fā)加熱和冷卻相變的體積應(yīng)變模型 | 高 | 中 | 中 | 高 | 19.集成相變模型使之成為軟件工具 | 高 | 低 | 短 | 高 | 20.開發(fā)形成數(shù)據(jù)庫的低成本方法 | 高 | 中 | 長 | 高 | 21.開發(fā)在生產(chǎn)設(shè)備中測定各種介質(zhì)和零件傳熱特性的探頭 | 高 | 中 | 中 | 高 | 22.制定試驗和獲取相變數(shù)據(jù)模型的工業(yè)標準(包括在爐中或其他介質(zhì)中的加熱,、在油、水,、聚合物,、鹽、空氣,、其空中的淬火以及噴射冷卻) | 高 | 低 | 中 | 高 | 23.開發(fā)材料和氣氛相互作用的熱力學(xué)模型 | 高 | 高 | 中 | 高 | 24.實施過程控制系統(tǒng)的鏈接模型開發(fā) | 高 | 高 | 長 | 高 | 25.開發(fā)滲碳,、滲氮、高溫滲碳爐氣——材料相互反應(yīng)熱力學(xué)模型 | 高 | 低 | 短 | 中 | 26.預(yù)測冷速,、殘余應(yīng)力和零件性能的熱力學(xué)模型 | 高 | 低 | 短 | 中 | 27.解釋能更有效均勻傳熱流體力學(xué)計算機模型的進一步開發(fā) | 中 | 中 | 中 | 中 | | | | | |
2,、設(shè)備和硬件材料部分& M5 O4 n, ?& {9 ~- d
(1)工藝控制
% t) d, m3 i- P& V: a- 開發(fā)改進預(yù)測工具,例如工藝設(shè)計,、預(yù)見狀態(tài),、熱物理和力學(xué)性能預(yù)測計算機模型。
- 開發(fā)適時過程控制技術(shù),安裝在爐中和淬火槽中測量氣流,、淬火烈度,、碳、氮勢的靈巧傳感器,。
- 開發(fā)在工件上適時直接測量表面含碳量的方法,。
- 開發(fā)工藝參數(shù)無人監(jiān)控的生產(chǎn)方法。
- 快速,、無損,、經(jīng)濟、實施測量滲碳層深度的方法,。
- 用多種傳感器和技術(shù)按AMS規(guī)范(Aerospace Material Specification)鑒別爐子的更優(yōu)化系統(tǒng),。
- 更好的設(shè)備故障診斷、預(yù)防,、維護方法,,如燒嘴裂紋預(yù)測、防止爐內(nèi)氣氛惡化,。
- 建立標準/預(yù)見設(shè)備易變可行性的研究,,例如不可能有兩臺完全一樣的爐子。
- 預(yù)測爐子幾何尺寸,、風(fēng)扇速度,、裝爐量和裝爐形狀的模型。; E: r2 N& l0 d4 `7 u
(2)材料
7 ~. P" e0 T" s/ q) j- 改進氧探頭的抗碳黑能力——開發(fā)能用于700℃以下的氧探頭,。
- 新的功能材料(如絕熱材料)和結(jié)構(gòu)材料(如在高溫下工作的結(jié)構(gòu)材料),。
- 爐用經(jīng)濟耐熱構(gòu)件材料。
- 提高爐子的耐熱構(gòu)件合金性能,,包括抗?jié)B碳合金夾具,、料盤的廉價涂層。. c$ w8 { S9 ]6 G
(3)硬件
3 W* I. q, X* |- 高效(>80%)燃熱器,。
- 高流速換熱器,,高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇,增加傳熱面積等提高爐料受熱條件的措施,。
- 減少散熱的筑爐廉價絕熱材料,。
- 節(jié)能、無內(nèi)氧化滲碳氣氛,。
- 鋁合金淬火設(shè)備的改進,。
- 整批(盤)爐料的均勻淬火系統(tǒng)。
- 淬冷設(shè)備改良設(shè)計模型,。
- 單件流動和機加工同步熱處理設(shè)備,。
- 附加淬火機床上的能適時感知淬火開裂的傳感器,。
- 廉價的殘余應(yīng)力非破壞檢測方法。
- 更有效和更廉價的液態(tài)或非液態(tài)工作脫脂方法和設(shè)備,。
$ }( v5 O* _( H$ E5 ] 3,、能源與環(huán)境部分) j w$ U: t8 \" J: p9 S( Y
(1)能源
! V0 X. E; M- T7 z; {7 {, D+ X3 S- 開發(fā)回收低級熱的經(jīng)濟方法,,廢熱的收集和利用,,例如工業(yè)熱和煙道熱。
- 高效熱傳導(dǎo)的加熱技術(shù)和設(shè)備,,例如能提高傳熱速度的等離子加熱,。
- 高溫?zé)峄厥占夹g(shù)。
- 進一步開發(fā)可提高熱效率的富氧燃燒技術(shù),,例如流體薄膜技術(shù),。
- 收集熱處理設(shè)備能源利用底線數(shù)據(jù),用于確立未來節(jié)能標準數(shù)字,。
- 回收加熱爐氣氛的方法,。
- 積累熱、電與熱處理協(xié)調(diào)的先進技術(shù),。
- 開發(fā)高溫氣體循環(huán)系統(tǒng),,以改善加熱爐效率,例如沖擊加熱法,。
- 局部加熱和表面淬火的節(jié)能新工藝,。
- 熱處理設(shè)備設(shè)計的標準化,以實現(xiàn)其通用性和減低設(shè)計費用,。' F2 J2 G# R. ^2 A. O) O6 P
(2)環(huán)境0 K+ c: K- F1 Q3 B& R0 N" n
- 減少CO,、CO2和NOX的燃燒技術(shù)和后處理技術(shù)。
- 清洗液的消除,、減少和回收利用,,廢油和其他淬火介質(zhì)的管理以及廢料的再生利用。
- 代替鹽和油淬火的廉價方法,,例如用水和惰性氣體,。
- 用于低、中合金鋼件的廉價氣冷淬火技術(shù),,例如節(jié)約用氫的淬火技術(shù),。
- 自非液流中提出副產(chǎn)燃料,例如燃燒排放的氣體,。
- 可完全清除工件油跡的高效清洗技術(shù),。
6 b6 K: w0 q3 x( N) c9 x 4、公益事業(yè)部分- X: Q9 J0 `0 A8 d9 d
- 熱處理衛(wèi)生安全規(guī)定,,例如避免火災(zāi),、人身傷害的安全管理,、工廠內(nèi)部空氣質(zhì)量、人機工程,、鋇鹽和胺鹽以及其他有害物質(zhì)的安全限量管理,。
- 有關(guān)冶金基礎(chǔ)、爐子安全的人員培訓(xùn),,課程的設(shè)置,,需要培訓(xùn)的人員。
- 制定熱處理設(shè)備發(fā)射有害物底線,,以避免今后對環(huán)境的污染,。
- 設(shè)立熱處理設(shè)備的能源利用率底線以備將來制定節(jié)能標準限度。 M9 v5 Q: P% N
5,、值得重視的研發(fā)項目
, ]/ m5 @* Z6 X' [3 W(1)利用地下水循環(huán)的感應(yīng)加熱淬火 <500kW的感應(yīng)淬火利用地下水閉路循環(huán)冷卻,,使用時用深井泵抽取地下水,后經(jīng)凈化處理再返回地下,。目前密執(zhí)安州Alger市Roll Rite公司的一臺150kW的Ajax Tocco感應(yīng)淬火系統(tǒng)已采用此法,,每日的費用僅以美分計。. ], ~& C9 y) d% s. W
(2)強烈淬火工藝 烏克蘭科學(xué)院柯巴斯科院士開發(fā)的鋼件用水或鹽水劇烈冷卻淬火是表面形成殘余壓應(yīng)力并減少畸變的方法,,已在美國獲準以Intensi Quench服務(wù)商標注冊了IQ Technologies Inc公司,。由于以水代油,減少了油品消耗并顯著降低生產(chǎn)成本,,受到美國能源部的重視和支持,。
0 |6 P9 @2 i2 o1 ^( H' N(3)1010℃以上溫度的高溫滲碳 真空滲碳技術(shù)的成熟和低壓滲碳技術(shù)的開發(fā)為實現(xiàn)高溫滲碳制造了條件。由于能顯著縮短滲碳周期和節(jié)約能源,,此項目已列入路線圖研發(fā)計劃的“工藝和材料技術(shù)”分組計劃,。WPI的CHTE推動了工業(yè)企業(yè)和高效的合作、制造商和生產(chǎn)用戶的協(xié)同開發(fā),。8 ]4 g# l# V4 k) k- |, ]5 u
(4)Ni3Al金屬間化合物-新型爐內(nèi)抗?jié)B碳耐熱構(gòu)件材料 Ni3Al已問世約20年,,因為很脆,長期未獲實際應(yīng)用,。Oak Ridge國家實驗室由Chain T.Liu領(lǐng)導(dǎo)的團隊發(fā)現(xiàn)添加微量硼可明顯改善其塑性,,可作為爐子料筐、夾具,,Ni3Al材料成分為添加Cr,、Zr、Mo,、B的8%~11%Al,81%~88%Ni,。此材料具有出色的強熱性、抗蠕變,、抗?jié)B碳能力,。Delphi-Saginaw Steering Systems公司通過和能源部的合作研究與開發(fā)協(xié)議已在料盤上進行了數(shù)年的成功試驗,。
. W+ \# l, i& @ X3 D! W( w+ e; }1 |0 s(5)APM和APMT(更高強型APM合金)合金長壽命輻射管 瑞典Kanthal AB的Sadvik公司繼Kanthal Al電熱絲之后相繼開發(fā)出APM和APMT合金。此種材料仍然是在A-1粉末材料基礎(chǔ)上,,通過熱等靜壓(Hot Isostatic Pressing)和深拉延出來的,。用APM合金制造的電熱和燃氣輻射管比普通耐熱合金輻射管能經(jīng)受雙倍的熱流,925℃能經(jīng)受的熱流可達9~10kJ/m²,。- z5 S* M' E; ]( N6 R
(6)爐用平面輻射板 氣體技術(shù)所(Gas Technology Institute)開發(fā)的能砌入爐壁的平面輻射板(flat radiant panel),,能增加輻射表面、降低表面溫度,、延長爐子使用壽命,,提高爐溫均勻性,減少爐襯,、使爐子尺寸縮小50%,加快爐子升溫和冷卻速度,,產(chǎn)生的NOx很少,。
, n! i+ @0 l9 Z" C7 G(7)反向循環(huán)單管封閉式輻射管(reverse annulus single-ended radiant tube) 北美制造公司(North American Mfg.Co.)和燃氣研究所(GTI)共同開發(fā)。熱輻射率高,,用相同材料制造此種管能經(jīng)受更高溫度,、提高燃燒效率10%,減少50%的NOx,,使用壽命長,。1 x6 Q+ _) E* L: P3 N8 `
(8)低NOx燃氣強烈內(nèi)循環(huán)(Forced Interval Recirculation)輻射管 GTI開發(fā)的U型輻射管延管長溫度均勻。當(dāng)爐溫為1010℃,,空氣遇熱溫度從455℃提高到了480℃時,,產(chǎn)生的NOx<0.008%(vol)。而一般預(yù)熱空氣輻射管所產(chǎn)生的NOX大0.02%~0.25%(vol),。
6 c7 A2 ?4 J6 Y/ J) R(9)直焰沖擊燃燒技術(shù)(Direct Flame Impingement Technology) 使用多噴嘴平嵌入爐壁的高速燃燒器,,噴射速度達到1馬赫(~330m/s),可在空氣過剩系數(shù)α=1的條件下工作,提高能源利用率35%,、減少70%的NOX,,提高生產(chǎn)率25%、減少50%的氧化燒損,、有年節(jié)約1~1.5億美元的潛力,。! P5 n" @& r- g0 g2 C9 U! Q
(10)智能化感應(yīng)淬火閉環(huán)控制系統(tǒng)(Closed-loop control technology) 利用神經(jīng)網(wǎng)格系統(tǒng)控制原理,全面控制選材,、相變,、加熱工藝、滲層,。所提供的軟件具有優(yōu)化零件強度/重量比的功能,,具有的主,、被動電磁傳感器能監(jiān)控整個加熱過程中的透熱深度。, H( q7 G1 A" |' y/ ~
(11)預(yù)見鋼件滲碳淬火時的殘余應(yīng)力狀態(tài)的軟件,。
2 A9 R' V# d( j. e C/ H(12)延長機器零件壽命殘余應(yīng)力狀態(tài)的DANTE軟件,。
( I$ o' z1 {/ R5 C( F(13)準確預(yù)見鋼熱處理相變定量數(shù)據(jù)的軟件。) ^& o( \% b3 Q* r% V, T0 }) ^4 a
(14)工藝熱能評價的鑒定軟件(Process Heat Assessment and Survey Tool ,PHAST) 該軟件為美國能源部計劃項目,,供用戶按不同燃燒方式和熱回收參數(shù)進行熱能轉(zhuǎn)換的工具,,可比較爐子在工作狀態(tài)下的性能,計算各種工作條件下的節(jié)能潛力,。6 v% L8 ?: p% C
(15)加熱爐能源分析工具(Furnace Energy Analysis Tool) 可計算按小時,、年度或每磅零件的燃料、電能消耗成本數(shù)據(jù),。! E+ g# l: m( Z3 E
(16)能源有效利用分析軟件,。* j; M8 y, a4 M2 R. \2 |; O5 J
六、組織實施措施 1.成立兩個熱處理技術(shù)研發(fā)中心,,組織全行業(yè)的企業(yè)參與研發(fā)實現(xiàn)路線圖目標和完成所提出研發(fā)項目,。6 h3 B4 e- ~" l$ s
2.鼓勵和組織熱處理企業(yè)參與研發(fā)實現(xiàn)路線圖目標和完成提出的研發(fā)項目。
$ M c% E6 X% u) ^5 T8 D3 K& O" ^七,、結(jié)束語 1,、在我國工業(yè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整以及史無前例關(guān)注能源和環(huán)境的關(guān)鍵時刻,美國熱處理技術(shù)路線圖給了我們很大的啟發(fā),,對制訂我國熱處理工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃具有很高的參考價值,,值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。; R. `7 Z) T8 N" ^, k+ E! N# Z! E
2,、學(xué)習(xí)美國熱處理學(xué)會的經(jīng)驗,,分會新一屆理事會2008年辦公會議決定成立分會熱處理技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究工作委員會。其目的和任務(wù)是跟蹤國外熱處理技術(shù)發(fā)展情況,,開展國內(nèi)現(xiàn)狀調(diào)研制定我國熱處理工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略,,為企業(yè)與政府提供熱處理發(fā)展戰(zhàn)略的咨詢。4 U9 D) I2 g- A6 y' N$ F+ Z5 y/ L
3,、由于知識面有限,,以及語言等方面的能力不夠,我們對路線圖的理解還不夠深入和準確甚至錯誤,,還望各位領(lǐng)導(dǎo)和同事批評指正,。# Y- L5 m' _8 ~
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