17 环保型 PAG 水溶性淬火介质淬火技术
一、技术名称:环保型 PAG 水溶性淬火介质淬火技术
二、技术类别:减碳技术
三、所属领域及适用范围:机械加工行业应用在金属热处理工艺过程中淬火、调质、渗碳、感应淬火等工序中
四、该技术应用现状及产业化情况
传统的热处理淬火冷却大都使用淬火油,淬火过程中浪费了大量的石油资源,产生大量油烟等有害气体和废弃油渣。无论是热处理过程,还是焚烧处理废弃油渣都会造成污染环境,损害操作者健康,同时导致热处理工艺过程存在火灾隐患。目前,我国热处理行业每年消 耗淬火油约 40 万吨,随着我国热处理行业规模日趋扩大,,其淬火油数量将逐年增加,预计到 2020 年淬火油用量将达到 77.3 万吨。采用 新型淬火技术替代传统的淬火油淬火,可以避免石油能源的消耗,减少石油能源的使用,目前已在全国推广应用客户近百余家,具有良好的经济和社会效益。
五、技术内容
1.技术原理
该技术采用优质复合环保型PAG高分子聚合物与多功能助剂进行复配。热处理时淬火介质在热处理工件表面产生聚合物包覆膜,这种 膜可以减少水与工件传热,进而实现控制冷却速率作用。在热处理过 程中通过设定温度、浓度、搅拌速度、工艺条件等参数实现蒸汽膜阶段、沸腾膜阶段、对流阶段的有效控制,进而实现工件的热处理过程。
该工艺技术采用的PAG水溶性淬火介质与水结合可代替淬火油,其淬火特性可满足中低碳钢、中低合金钢、某些中高金钢的热处理要求, 其应用面较为广泛。该技术的应用可以减少石化能源使用,进而减少废弃油渣处理后产生的二氧化碳排放,并减少由于淬火和废弃油炸处置引起的环境污染。
2.关键技术
(1)水溶性介质复配技术
实现PAG类聚醚的分子量、聚合度、共聚物合理比例,筛选与之匹配的功能助剂,实现如杀菌剂、催冷剂、防锈剂等功能;
(2)特定工艺应用优化技术
针对具体钢种、材料、工件复杂程度量身定制及优化热处理工艺;
(3)水溶性介质改性技术
温度区间可实现0-60℃调节,增加产品适用性。
3.工艺流程
每一种特定材料的淬火,都需根据淬火槽大小计算出 PAG 介质需 要量,合理设计循环搅拌系统及冷却系统,最终确定热处理工艺,并 进行应用实验,最终完成热处理工序,其设计工艺流程图如图 1 所示。
六、主要技术指标
1. 与淬火油相比,节省 90%淬火油;
2. 与淬火油相比,节约成本 70%~80%;
3. 中低碳钢用水溶性 PAG 淬火剂淬火,产品质量合格率达到 98%以上;
4. 降低烟气排放量 95%以上,对操作者身心健康没有影响。
七、技术鉴定情况
该技术于 2009 年 3 月通过辽宁省科技厅组织的科技成果鉴定;2014 年 10 月通过中国高科技产业化研究会的技术鉴定,并获得国家发明专利 2 项;2011 年被国家科技部批准立项、获得国家中小型企业创新基 金项目资助。
八、典型用户及投资效益
典型用户:辽宁五一八内燃机配件有限公司、山西大同煤机中央 煤机有限公司、北京兵标龙翔热处理技术有限公司等。
典型案例 1
案例名称:辽宁五一八内燃机配件有限公司热处理淬火介质淬火技术改造项目
建设规模:42 条热处理自动化生产线,年产 10 万吨锻钢曲轴。
建设条件:增加搅拌和循环设备,清洗循环管路和淬火油槽。主要建 设内容:42 条生产线 PAG 水性介质代替淬火油改造。主要设备:水 溶性 PAG 淬火剂及其工艺系统。项目投资约 400 万元(采用淬火油工 艺投资约 1200 万元),项目建设周期约 1 个月,年实现节约能量为8012tce,年实现碳减排量 1.66 万 tCO2,每年可获得经济效益 2000 万 元。投资回收期约 3 个月。碳减排成本为-450~-600元/tCO2。
典型案例 2
案例名称:山西大同煤机中央煤机有限公司热处理淬火介质淬火技术改造项目
建设规模:两个 100 立方米油槽改水槽项目,年产 5 万吨热处理工件。
建设条件:增加搅拌和循环设备,清洗循环管路和淬火油槽。 主要建设内容:将淬火油改成水溶性淬火介质。主要设备:水溶性 PAG 淬火剂及其工艺系统。技改投资额 200 万元(采用淬火油工艺投资约600 万元),建设期 1 个月,年实现碳减排量约 7100 吨 tCO2,每年可 获得经济效益 1100 万元,投资回收期约 3 个月。碳减排成本为-550~-650 元/tCO2。
九、推广前景和减排潜力
目前热处理行业深入到我国军工,包括航天、航空、海军、武器 装备、汽车、重工、农业机械、石油化工诸多领域,应用量大面广。 因此,该技术具有广阔推广前景及巨大的市场潜力。预计未来 5 年,该技术替代淬火油推广比例达到70%,项目总投资预计12 亿元,每年可节约淬火油48.72 万吨,以节约的淬火油计算可实现年碳减排能力约100 万tCO2。
由武汉节能协会办公室整理