维普资讯 轴承热处理节能技术 张 伟(洛阳工业高等专科学校 材料系，河南 洛阳 471003) 摘要：通过分析热处理工艺和装备技术改造的节能效果，综述了我国轴承热处理正在推广的节能技术及其应 用效果。提出了提高轴承寿命和可靠性是最有效的节能途径以及当前轴承行业应重点推广的节能技术 。 关键词：轴承；热处理；工艺；装备；节能 中图分类号：TG162．71 文献标识码：B 文章编号：0254．6051(2003)12．0036．05 EnergySavingTechnologyofBearingHeatTreatment ZHANGW ei (DepartmentofMaterialsScience，LuoyangCollegeofTechnology，LuoyangHe’nan471003，China) Abstract：Theenergy—savingtechnologiesbeingextendedinbearingheattreatmentofChinaanditsapplicationef— fectbyanalyzingtheenergy—savingeffectofthetechnologyreformofheattreatmentprocessandequipmentshave beenreviewed．Itissuggestedthatraisingtheservicebearinglifeandreliabilityofbearingarethemosteffective approachofenergy—savingseveralimportantenergy．．asvingtechnologiesneededtobeextendedinbearingheat traetmentatpresentarealsoputforward． Keywords：bearing；haettreatment；process；equipment；energysaving 热处理-44--。一小T疋侧z里 埋仪小~小T同低的 1 热处理装备节能技术 重要标志。世界各国都非常重视改善热处理工艺和 1 ． 1 节能炉衬的应用 装备水平，以提高热效率、减少能耗。但由于我国轴 轴承行业原有热处理炉多数采用重质砖炉衬 ， 承行业原有热处理设备绝大多数是20世纪50～60 蓄热损失达28 ． 1％，散热损失达27．4％。目前炉衬 年代(下同)的老式仿苏设备，如输送带炉、鼓形炉、 结构已向轻体化 、 组合化发展，逐步采用容重 箱式炉、盐浴炉等，且75％以上为周期式炉。炉子密 1 ． 0g／cm3的轻质砖、高强度漂珠砖、硅酸铝耐火纤维 封性差，热效率低，能耗高，工艺落后，产品质量差， 和其它新型保温材料。 炉衬用轻质砖节能改造后， 使轴承行业仅热处理耗电量已占全行业总量的I／3 散热损失和蓄热损失明显减少， 可节能 20％～ ～ 1／2。为提高工艺装备水平，节省能源，自80年代 45％l，。 炉衬表面粘贴硅酸铝耐火纤维，可节能 以来，轴承行业通过引进、自主开发和节能改造等措 20％， 而应用全硅酸铝耐火纤维的墙体，在升温时能 施，使节能技术不断创新和推广应用，热处理装备水 耗只有砖墙的1／3和轻质砖墙的1／8升温速度是砖 ， 平大幅度提高，与国外差距明显缩小，取得了显著的 墙的2． 5～5倍，节能30％～50％。目前，轻质组合 节能效果。 炉衬、 复合炉衬、全纤维炉衬已在许多大型电炉上应 用。炉温均匀，升温速度快，热效率高。部分老设备 作者简介：张 伟(1957一)，男，河南济源人，高级工程师，博 士研究生，主要从事轴承材料及热处理工艺装备研究开发工 节能改造前后节能效果对比见表1。可以看出，节能 作，已发表论文 13篇。联系电线；E—mail： 改造后。节电率均在25％以上。 ．cn 1．2 红外辐射涂料的应用 收稿日期：2003—05—19 [31]ToshiroYamamoto，eta1．SteelsforVehicleSuspensionSprings [36]Asseflx)urDezfulyM，BrownriggAParametersAffectingSagRe一 [P]．UKPatentApplication：GB2112810A，27Ju1．1983 sistanceinSpringSteels[J]．MetallurgicalTransactionsA，1989， [32j IikuboTomohito．HighStrengthSpringSteel[P]．EUR．Pat：EP 20A(10)：1951—1959． 0265273，1988． 3『7] 马鸣图，李志刚．钒对弹簧钢 35SiMnB淬透性和等温转变曲线]FurrST．LaboratoryStudiesofLow—ChromiumandChrnofium- 的影响[J]．特殊钢，2001，22(6)：13—14． FreeSteelsforSuspensionCoilSpringS[J]．SocietyofAutomotive [38] 马呜图，李志刚，卢向阳．钒对35SiMnB弹簧钢脱碳敏感性的 Engineers，Inc．800479(1980)：1851—1861． 影响[J]．特殊钢，2001，22(5)：9-11． [34] 伊藤幸生．0．4％C-2．5％Sic扫铜 捩r)r71)一 强墨 二【及c [39] LewellynDT，eta1．Metallurgyofboron—treatedlow-alloysteels 守合金元素 影离[J]．铁 匕钢，1996，72(13)：S1411． [J]．MetalsTech，1974，(1)：517 [35] YoshirouKoyasu，MasatoYanase，etat．Developmentofhighfa一 [40]NamikiK，suLiraS，UmegakiS，OkadaY，TaniI．SAETechnical tiguestrengthspring s~eel[J]．wireJournalInternational，1996， paperSeri~s890531lR]． (5)：88—91 [41]NkamuraS，HtanoASAETechnicalPaperSeries960315[RJ 36 《金属热处理))2003年第28卷第 12期 维普资讯 表 1 部分热处理设备改造前后节能效果 1．3 节能炉型结构的应用 Table1 Energysavingeffectbeforeandafterreform 应用节能炉型结构是简单实用的节能方法。炉 tcehnologyofrseVeIlheattreatmentequipments 型结构不同，其热损失和用电单耗也不同。周期式 炉装卸料时因反复打开炉门(盖)，热损失大，而连续 式炉热损失相对较小。炉因炉型结构不同，连续式 热效率也相差甚大。铸链炉与输送带炉相比，因铸 链炉的铸链带工作时仅在炉膛内运行，不伸向炉外， 散热损失小，其电能单耗比输送带炉减少34％。推 杆炉因工作时需反复加热冷却料盘(筐)，比工件直 接摆放在辊棒上加热的辊底炉单耗多25％以上。轴 承行业常用的油回火炉，热效率只有 21％～31．7％， 氧化物红外辐射涂料，光谱发射率高，与基体 若改用红外空气回火炉，可节电60％【。 结合牢固，涂在炉衬或加热元件上，可改变能谱分 表2是近几年新增设备与炉衬节能改造后的原 布，大幅度提高辐射强度，使升温时间减少20％～ 有老设备节电效果和主要优缺点对比。可以看出， 40％，延长电热元件寿命 50％～70％，综合节能 在炉型基本相同时，新增设备因独特的结构优势，其 2O％～40％[2，3l。涂层牢固性有效寿命 1O～15年。 可比单耗均低于老设备；并且，新增设备中可比单耗 目前，国产涂料性能已达到或超过西方发达国家的 由大到小的排列顺序为：回转马弗炉、推盘炉、滚筒 产品。 炉、铸链炉、辊底炉。 表2 新增设备与原有老设备用电单耗和主要优缺点对比 Table2 Thespecificelcetricityconsumptionnadmainmeritnadshortocmingfornewqeuipme ntsnadoldqeuipments 此外，炉体的外部形状也影响到炉子的热效率。 因侧墙散热面积减少，每增加一排可降低 10％～ 圆形炉体与传统的矩形炉体相比，表面积减少 14％ 15％的能耗，炉子热效率可提高20％～40％ 。采 ～ 19％，炉壁表面温度降低 12％，炉壁散热可减少 用密封进料也可大幅度减少热能消耗，如轴承滚动 21％，节能5％～7％。退火炉采用双排或多排结构， 体常用的连续式鼓形炉，采用旋转密封进料可提高 金《属热处理》2o03年第28卷第 12期 37 维普资讯 热效率 15％以上；而铸链炉进料 口增加双炉门密封 1．6 感应加热技术应用 可节能2O％～25％。 轴承零件热处理属大批量生产，而感应加热本身 1．4 余热利用 是热处理中自动化程度高、效率高、氧化脱碳少、无污 利用回收余热加热工件是热处理节能的有效方 染、能耗最低的节能技术。国内在 2(】世纪60年代已 法。如可控气氛热处理炉内排出的废气用于工件入 开发出轴承套圈中频感应加热淬火、工频回火自动线， 炉前的预热，不仅可减少工件表面油污对炉气的影 并在洛阳轴承厂稳定运行3O年无大修。近几年，行业 响，稳定炉内气氛，且可节电20％～35％。锻造余热 内开发成功和推广应用了少量感应加热设备。与电阻 用于轴承毛坯退火，生产率提高2～3倍，热能利用 炉相比，生产能力提高3倍，可节电50％～。 率提高25％～55％。 1．7 电子计算机在热处理中的应用 1．5 盐浴炉节能新技术应用 微机应用于热处理工艺参数及生产过程动态控 在轴承行业中，由于盐浴炉温差小，加热均匀， 制，是实现工艺装备的优化控制、智能控制、自动化 主要用于工模具及超薄易变形和精密轴承零件的热 控制的先决条件。在特大型轴承零件渗碳中，用微 处理。盐浴炉由插入式改为埋入式可节 电3O％～ 机实现动态总控制和工艺优化控制，可 比人工控制 6O％。应用盐渣、导流板减阻、高压击穿、辅助电极 减少返修率4O％，渗碳周期缩短35％，节电30％～ 小熔池启动法以及可换电极直接启动法等，可降低 50％。用微机实现多台炉群控，可节能 lO％--20％。 盐浴的电阻，实现快速导通、熔化、升温和缩短其启 2 应用节能热处理新工艺 动时间。双功能电极启动法可免去辅助电极的热损 2．1 应用轴承套圈快速等温球化退火工艺 失，且盐剂从底部逐步熔化，可减少电能消耗，加快 轴承套圈毛坯退火原都使用传统退火工艺，退 启动过程。用磁性调压器代替原盐浴炉变压器，能 火时间长达24h，生产周期长、效率低、能耗大、废品 完成闭环 自动控制、无级调压，启动快，噪音小。与 率高。采用快速等温球化退火工艺后，可使退火周 传统启动升温方法相比，上述各种方法均可缩短启 期缩短50％，节电30％～60％[61。目前轴承毛坯的 动时间3O％--60％，节电2O％～5O％。此外，盐浴炉 7O％已采用此工艺退火。在推杆式炉等温区末段加 增加保温盖，用PID调节炉温来减小炉温波动，也能 上强冷降温装置可实现快速等温球化退火。节电效 收到明显的节能效果。 果对比见表3。 表3 轴承套圈快速等温球化退火前后节电效果比较 Table3 Energysavingeffectbeforeandafterquickisothermalspheroidizing forbearing ring 2．2 采用贝氏体淬火技术 20t矿物所需矿山机械的电力、燃料等消耗。因此， 多年来，国内轴承零件淬火热处理不加区分地 采用贝氏体淬火提高轴承寿命是最有效的节能途径 采用马氏体淬火工艺，使国产轴承寿命低，可靠性 之一。 差，而国外轴承的寿命一般是我国的3倍左右。重 2．3 应用保护气氛热处理工艺 要原因之一是国外普遍采用了贝氏体淬火技术。工 轴承零件采用保护气氛加热淬火后，脱贫碳层 件采用贝氏体淬火后，畸变量减少3O％～5O％，可压 可由原来的0．06mm～0．15mm减小到0．03mm 以 缩磨削留量20％，提高磨工效率10％--20％；同时尺 下，工件硬度散差减少0．5HRC，材料利用率提高 寸稳定性好，表面形成压应力，不易产生磨削裂纹， 8．5％，磨削留量可压缩1／3，磨加工效率提高15％～ 轴承寿命提高40％--70％[。轴承寿命的增加可节 22％．节能效果显而易见。同时，采用保护气氛加热 省大量钢材。有研究表明：每节省 1t钢，可免除挖掘 后．一方面零件表面脱贫碳层减少，硬度均匀性增 38 金《属热处~}2003年第28卷第 l2期 维普资讯 加，且表面处于压应力状态，使抗疲劳剥落和磨损能 备时，仅注重热处理产品质量或设备投资多少，而忽 力增强；另一方面由于磨加工留量减少，使磨削热和 视了节能的重要性，致使部分新增设备热效率低，能 磨削力降低，产生不均匀变质层及磨削裂纹或潜在 耗大，生产成本高。因此，应特别重视选择先进节能 微裂纹的可能性减小，进而可提高轴承寿命和可靠 炉型。 性。因此采用保护气氛加热淬火，不仅是降低轴承 近几年，轴承行业通过消化吸收和 自主开发等 加工能耗的基本工艺方法，而且也是提高轴承寿命、 措施，已开发了多种节能炉型的热处理生产线。由 节省原材料的重要节能措施之一。 于辊底式炉独特的节能炉型结构，非常适合轴承行 2．4 应用模压淬火技术 业推广使用。新近中外联合设计制造的氮气保护辊 模压淬火是控制轴承套圈淬火变形的有效手 底式连续等温球化退火电炉也已投入使用，单耗由 段。轴承套圈采用模压淬火，变形量可降低40％～ 原来的(5oo～600)kW ·h／t降到了(240～300)kW · 70％，磨削留量减少1／3～1／2，磨工效率提高30％以 h／t_5；杭州某电炉厂开发了油(气)一电复合加热辊底 上，节能效果不言而喻。更重要的是采用模压淬火 式连续等温球化退火炉，节能l2％～39％E8J。 与采用保护气氛加热淬火一样，也可显著减少磨削 3．2 推广感应加热技术 留量而提高轴承寿命和可靠性。因此也是降低加工 采用感应加热虽有一系列优点，但由于感应加 能耗和提高轴承寿命、节省原材料的主要节能 热设备一次性投资大，影响了它的推广应用。国内 措施。 自20世纪60年代洛轴开始采用轴承套圈感应淬回 2．5 其它热处理节能技术 火自动线以来，至今感应加热技术在行业内推广进 轴承零件渗碳后的二次淬火是固体渗碳延续过 展缓慢，应引起全行业高度重视。在设备选型时，应 来的工艺方法。对现已普遍采用的气体渗碳来说， 将短期利益和长远利益相结合，不仅要考虑设备的 取消渗碳后的二次淬火而采用直接淬火，不仅渗碳 一 次性投资，更应注重投资以后的产品质量、生产成 质量好而且使热处理时间减少 1／2，节能 32％～ 本、节能等方面。目前，行业内又开发成功了铁路轴 50％。应用稀土元素的催渗效应，可使渗碳温度降 承套圈中频感应加热等温淬火生产线和感应加热模 低，在较低的温度下获得微合金化，使渗碳速度提高 压淬火半自动生产线j，为感应加热技术的进一 20％；渗碳工艺时间缩短 1／2～3／4；离子渗氮速度提 步推广创造了条件。 高30％；碳氮共渗速度提高 l5％。若淬火加热实现 3．3 推广微机、可编程序控制器和PID调节技术改 “零保温”，其淬透性、表面硬度、屈强比、金相组织等 造老设备 将微机、可编程序控制器和PID调节技术应用 均优于原工艺，并且可节能3l％左右。取消轴承零 于热处理工艺参数和过程控制，可提高设备运行的 件不必要的附加回火或减少回火次数，节能效果也 可靠性、稳定性；优化工艺参数、提高生产效率和热 非常显著。 处理产品质量，节省能耗；是热处理工艺设备控制的 3 当前应重点推广的节能技术及其应 重要发展方向。目前，轴承行业新增设备已基本全 用现状 部采用这些技术，而原有设备不足40％。应加快对 经过 l0多年的努力，轴承热处理节能技术水平 老设备的改造步伐。 有了很大提高，节能技术逐步推广普及，取得了显著 3．4 推广保护气氛热处理技术 的节能成效，如应用节能炉衬、盐浴炉快速启动技术 保护气氛退火和淬火热处理是西方发达国家普 和快速高温球化退火工艺等，在行业的推广普及

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