一种淬火液的再生回用的工艺方法及设备与流程

本发明涉及淬火液的再生回用，具体涉及一种淬火液的再生回用的工艺方法及设备。

背景技术：

淬火液被广泛应用于材料处理和设备加工领域，在热处理过程中主要起着工件冷却的作用而保证材料均匀的表面硬度和足够的淬硬深度，并且没有淬火裂纹和很小的淬火变形。而淬火液在使用过程中会由于一系列原因逐渐的劣化变质，从而失去其正常的冷却性能。

淬火液的纯洁性会影响其冷却速度。导致淬火液发生劣化变质的原因主要有以下几个方面：一、工件在淬火液中冷却的过程中，其表面由于高温产生的氧化层会脱落混入到淬火液中与其混合，导致淬火液的纯净度下降，从而影响淬火液的冷却性能；二、在淬火过程中，工件表面粘有的防锈油以及淬火机床泄漏的液压油会混入到淬火液中，影响淬火液的冷却性能。三、淬火液在使用过程中，不同温度环境条件下会滋生多种细菌，例如厌氧菌，兼性厌氧菌等，细菌的存在一方面会导致淬火液的发黑发臭，另一方面细菌的繁殖及其胞外分泌物的产生会直接影响淬火液的冷却性能。然而目前并没有一种专门针对淬火废液再生回用的有效方法，企业产生的淬火废液都是移交给环保公司做危废无害化处理，且费用高昂。针对上述导致淬火液劣化变质的三个因素中，杂质的混入和细菌的繁殖从工艺上容易解决，技术相对成熟；但针对废油的混入问题，市面上传统的除油工艺都比较单一，除油的效果不彻底，常见的化学法除油会产生大量的二次废料从而污染环境，气浮法对于乳化态油脂去除效果不理想，超声波破乳又难以去除废液中悬浮的小油滴，离心法由于转速太高又会带走一些有效成分等。

由于热处理几乎涉及到每一个金属零件，从而产生淬火废液的量也是极其巨大的。因此，探索出一种能够实现淬火废液的再生回用，降低排放成本，减少环境污染的处理方法极其重要。

技术实现要素：

本发明的目的是从再生回用的角度出发，提供一种结构简单，对淬火废液冷却性能恢复效果好的设备以及高效率的处理工艺。

为了达到上述目的，本发明提供了一种淬火液的再生回用的工艺方法，包含以下步骤：(1)取待处理的淬火液，并装入腔体中；(2)在所述的腔体中同时利用超声波技术和气浮法对所述的淬火液处理，以使淬火液中的乳化态油脂在所述超声波技术和气浮法的协同破乳作用后，油脂浮于淬火液的表面；(3)将浮于淬火液表面的油脂去除。

较佳地，所述的气浮法包含：利用曝气陶瓷产生纳米级微气泡。

较佳地，步骤(2)中，同时利用超声波技术和气浮法处理淬火液的时间为1～3小时。

较佳地，该方法还包含步骤(4)：对所述的淬火液杀菌处理。

较佳地，杀菌处理的方式选择紫外灯、臭氧或光催化技术中的任意一种。

本发明还提供了一种淬火液的再生回用的工艺设备，其包含：用于装入待处理的淬火液的一级腔、设在所述的一级腔内的气浮装置、以及用于对装入所述一级腔内的淬火液进行超声处理的超声波发生装置。

较佳地，该设备还包含：设于所述的一级腔的上方的刮油带。

较佳地，该设备还包含：二级腔、以及安装于所述二级腔内的杀菌装置；所述的一级腔和所述的二级腔之间设有连通管道，所述的淬火液在所述的一级腔内处理完毕后进入所述的二级腔内。

较佳地，该设备还包含：降温装置，所述的降温装置为环绕所述一级腔的内壁的冷凝管，冷凝管内通过低温液体。

较佳地，所述一级腔设有进液口；该设备还包含：与所述的进液口连通的过滤器。

有益效果：

(1)本发明具有安全、可靠、高效、低成本、不引入外加化学药剂、无二次污染等众多优点。能够快速修复废淬火液的冷却性能并继续回用，解决了机械加工行业废淬火液处理成本高的问题，是一种绿色环保高效的处理废淬火液的方法。

(2)本发明的方法及设备使用超声波技术和气浮法对淬火废液协同处理，比单一使用超声波技术或气浮法，或者先后使用超声波技术和气浮法的效果好。

(3)本发明的方法及设备能够有效去除淬火废液中的乳化态油脂，避免了淬火废液回用的常规方法中，仅将漂浮于淬火废液表面的油脂去除，而忽视乳化态油脂的处理，导致乳化态油脂继续残留于淬火废液中，使得冷却性能效果恢复不好的问题。

附图说明

图1为本发明的淬火液的再生回用的工艺设备的俯视图。

图2为本发明的淬火液的再生回用的工艺设备的正向透视图。

图3为本发明的淬火液的再生回用的工艺设备的后视图。

图4为设备处理前后分别添加一定浓度的淬火液原液，淬火废液最大冷却速度指标变化图。

图5设备处理前后分别添加一定浓度的淬火液原液，淬火废液300℃冷却速度指标变化图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

金属在淬火之前的其它工艺过程中，表面会粘附油脂(防锈油、液压油等)，在淬火过程中，这些残留的油脂会随着工件与淬火液的接触带入到淬火液中。油污对淬火液的冷却性能有着重要影响，本发明的发明人发现去除油污可以极大的恢复淬火液的冷却性能。淬火液的油脂中一小部分以较小粒径的小油滴形式悬浮在淬火液中，为游离态油脂；而绝大部分以细小的水包油或者油包水的乳化状态悬浮在淬火液中，从而影响淬火液的冷却性能，尤其是乳化态的油脂改变了淬火液与金属表面接触时的界面结构，使得淬火液中的有效成分作用严重偏离，极大地影响了淬火液的冷却性能。在淬火过程中，机床泄露的液压油以及工件带入的防锈油等乳化到淬火液中，虽然乳化油含量不高，容易让人忽视，但本发明人发现乳化油会延长淬火过程中的蒸汽膜阶段，将沸腾阶段延后，导致工件热量不能被快速带走，从而影响淬火介质的冷却性能，是导致淬火介质冷却性能失效的最主要原因。如果仅将悬浮在淬火液表面的游离态油脂去除，而未去除乳化状态油脂，则淬火液的冷却性能恢复有限。实际生产中，虽然淬火工艺过程中会在淬火液中引入一定量的污油，但污油含量有限，而且大部分的油脂会乳化状态悬浮在淬火液中，平时不易观察，使得使用者容易忽视淬火液中油脂的去除问题，特别是乳化状油脂的去除问题。并且因为淬火液在使用一段时间后会由于细菌的繁殖而发黑发臭，味道和颜色的改变过于明显，会误导使用者以为淬火液失效的主要原因是细菌的滋生，而并未从去除油脂的角度出发以提高淬火液的冷却性能。

本发明的淬火液的再生回用的工艺方法包含以下步骤：(1)取待处理的淬火液，并装入腔体中；(2)在所述的腔体中同时利用超声波技术和气浮法对所述的淬火液处理，以使淬火液中的乳化态油脂在所述超声波技术和气浮法的协同破乳作用后，油脂浮于淬火液的表面；(3)将浮于淬火液表面的油脂去除。

乳化态油脂的油珠粒径一般为0.1～0.2微米，由于油滴长时间存在于淬火液中，使得油分子和水分子结合的特别牢固，使油珠成为稳定的乳化液，这种乳化态油滴极难去除。乳化态油脂去除可以采用超声波技术或气浮技术。本发明发现，超声波技术和气浮技术协同作用，其除油效果将优于两种技术的单独使用或者先后使用。

超声波除油是在除油液槽中，设置超声波发生器震源，利用超声波产生的“空化”效应，强化除油过程。当超声波作用于液体时，反复交替地产生瞬间负压力和瞬间正压力。在产生负压的半周期内，液体中产生真空空穴，液体蒸汽或溶解于溶液中的气体进入空穴，形成气泡。接着在正压力的半周期，气泡被压缩而破裂，瞬间产生强大的压力，实现乳化态油脂和水分子的分离。而气浮的作用就在于加大液体中的空气含量，使超声波产生的真空空穴能快速的形成大量气泡，并加大气泡破裂的概率，使得乳化在液体中的油滴能进一步快速的分离，另外由于气浮自身能产生大量的空泡，该空泡比表面积大，且方向为自下而上，可作为载体吸附游离态的油滴和破乳后的油滴，迅速上浮于液体表面，方便油水的进一步分离，从而实现两种技术协同作用时互相促进油脂分离的效果。

如图1所示，本发明的淬火液的再生回用的工艺设备包含：用于装入待处理的淬火液的一级腔、设在所述的一级腔内的气浮装置1、以及用于对装入所述一级腔内的淬火液进行超声处理的超声波发生装置。所述的超声波发生装置包含换能器2和超声波发生器3，所述的换能器2设在所述的一级腔内，所述的超声波发生器3设在所述的一级腔外。

一些实施例中，气浮装置1为纳米气浮，能够产生纳米级的微气泡。纳米气浮选用曝气陶瓷。

所述的超声波发生装置中，超声波发生器3的作用是把市电转换成与超声波换能器2相匹配的高频交流电信号，驱动换能器2工作。换能器2是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而它自身消耗掉很少的一部分功率(小于10％)。

请参阅图2，一些实施例中，该设备还包含：设于所述的一级腔的上方的刮油带4。刮油带4也称为撇油带，利用油水比重不同，通过物理分离和亲油疏水工艺处理，去除经气浮装置1和超声波发生装置处理后浮于淬火液表面的油脂。刮油带4与排油口5连通，分离出来的污油可通过排油口5排出。

请继续参阅图1，一些实施例中，该设备还包含：二级腔，以及安装于所述二级腔内的杀菌装置19。其中杀菌方式可采用紫外灯，臭氧或光催化技术等。一级腔和二级腔之间设有连通管道，连通管道上设有用于将淬火液从一级腔抽吸至二级腔的第一气动隔膜泵6。淬火液在一级腔内处理完毕后，从一级腔出口13流出，缓慢进入二级腔内进行杀菌处理，最后从出液口16流出。

一些实施例中，该设备还包含：降温装置7。降温装置7为环绕一级腔的内壁的冷凝管，冷凝管内通过低温液体。低温液体从冷凝管入口17进入，从冷凝管出口18流出。降温装置7使淬火液保持在25-40℃的范围内。超声波技术处理时液体会升温，降温装置7控制温度，使得淬火液冷却性能的恢复得到进一步改善。

一些实施例中，所述一级腔设有进液口8。该设备还包含：与所述的进液口8连通的过滤器9，用于过滤掉金属氧化层等固体杂质。进液口8与过滤器9之间连接有第二气动隔膜泵10。第二气动隔膜泵10将机床液槽中的淬火废液从吸液口15吸入。

请参阅图3，一些实施例中，在一级腔上方设置有水平传感器11，当设备处于一个非水平的状态时，则会自动关闭。一级腔中间位置设有浮球液位传感器12，当液面达到该位置时，则进液自动停止。

整个设备与淬火液槽并联，在线操作模式下，循环处理一段时间即可实现废淬火液循环再生的目的。

实施例1

接通电源设备工作，此时第二气动隔膜泵10开始工作，将淬火废液从吸液口15吸入，经过滤器9过滤后，淬火废液进入到一级腔内，通入到一级腔中的淬火废液同时经过换能器2的振动和曝气陶瓷的作用，其中换能器2与发出高频振荡信号的超声波发生器3连接，将超声波转换成机械振动传递到腔体中。超声波作用于液体时反复交替地产生瞬间负压力和瞬间正压力。在产生负压的半周期内，液体中产生真空空穴，液体蒸汽或溶解于溶液中的气体进入空穴，形成数以万记的微小气泡。接着在正压力的半周期，气泡被压缩而破裂，瞬间产生强大的压力，破坏油水界面膜，从而使乳化态的油脂与淬火液分离。而曝气陶瓷的作用就在于加大液体中的空气含量，使超声波产生的真空空穴能快速的形成大量气泡，并加大气泡破裂的概率，使得乳化在液体中的油滴能快速的分离，另外由于曝气陶瓷自身能产生大量的空泡，且空泡方向为自下而上，会迅速的将游离态的油滴和破乳后的油滴驱赶到液体表面，方便油水的进一步分离。一级腔上方有一个刮油带4，刮油带4的材料表面具有亲油疏水的功能，由电机带动刮油带4旋转从而将浮于液体表面的油脂吸附，并从排油口5排出。

一级腔中换能器2与曝气陶瓷之间设有冷凝管，在淬火液处理过程中对其进行一个循环冷却，由温度传感器自动感应并自动调节温度，使淬火液保持在25-40度的范围内，从而保证淬火液在处理过程中不会由于高温影响其冷却性能。一级腔上方设置有水平传感器11，当检测到设备处于一个非水平的状态，设备自动停止。一级腔中间内壁上设置有浮球液位传感器12，当液面达到该位置时，则进液自动停止。

经过除油除杂后的淬火液在第一气动隔膜泵6的抽吸作用下缓慢进入二级腔进行杀菌处理，通过调节泵的气压来控制液体的流速，使淬火液在二级腔中经过杀菌处理一段时间后从出液口16排出。设备正向位置设有一个电控柜，可控制设备的启动、停止等；箱体下面两端设有四个万向轮14，中间设有两个定向轮20，这便于整个设备的移动以及满足设备的承重，从而降低搬运时的劳动强度。

实施例2

通过以下实验论证本发明的有效性。

以取自山东某曲轴厂现场使用的淬火废液为研究对象，该厂是将淬火液原液稀释到10％浓度使用，采用本设备对淬火废液进行循环处理2h，以及单独用同样参数的超声波技术和气浮法处理2h。气浮法采用曝气陶瓷，通入压缩空气量为3-6公斤(0.3-0.6mpa)。其中设备超声模块功率为3kw，频率为40khz；杀菌模块定为基于紫外灯杀菌的模式，紫外灯波长为254nm，功率为57w，灯管长度为357mm，紫外线输出强度为130μw/cm²。对处理前后的淬火废液进行取样测试，采用平板计数法对处理前后淬火废液细菌含量进行评估，采用盐酸破乳法对处理前后淬火废液的油含量进行测试，采用冷却性能测试仪测量处理前后淬火废液的冷却性能各项指标。

实验结果：

细菌含量、油含量、冷却性能各项指标如下表所示：

表1

从表1可以看出本发明的设备处理后的淬火液细菌含量下降明显，具有良好的杀菌性；油含量也明显降低，除油率达到94.0％，高于单独的超声波技术(28.6％)和气浮法(56.3％)除油效率之和。同时，对比处理前后的淬火液以及10％浓度原液的冷却性能各项指标，本发明处理后的淬火液最大冷却速度明显下降，更接近于10％浓度原液的数值；本发明处理后的淬火液300℃的冷却速度对比处理前得到了明显的改善，但与10％浓度的新鲜淬火液相比还有一定差距，原因在于淬火废液中的有效浓度过低，经检测只有6％。而对比单独的超声波技术和气浮法处理淬火液，两种技术处理之后淬火液的冷却性能并没有多大改善。

实施例3

通过以下实验进一步论证超声波技术和气浮法协同处理的有效性。以取自山东某曲轴厂现场使用的淬火废液为研究对象，采用本设备以及单独的工艺对淬火废液进行处理，其中设备超声模块功率为3kw，频率为40khz；杀菌模块定为基于紫外灯杀菌的模式，紫外灯波长为254nm，功率为57w，灯管长度为357mm，紫外线输出强度为130μw/cm²。对处理前后的淬火废液进行取样测试，并将处理前后的淬火废液分别添加少量的淬火液原液测量其冷却性能，采用盐酸破乳法对处理前后淬火废液的油含量进行测试，采用冷却性能测试仪测量处理前后淬火废液的冷却性能各项指标。将过滤后的淬火废液分为7组。

第一组(s1)：采用杀菌模块进行杀菌，不做油水分离模块进行处理(这组实验的目的是验证单纯的杀菌是否有助于对淬火废液冷却性能的恢复)。

第二组(s2)：在不开启杀菌模块的前提下，采用超声工艺和纳米气浮协同工作2h。

第三组(s3)：在不开启杀菌模块的前提下，单独采用超声工艺工作2h。

第四组(s4):在不开启杀菌模块的前提下，单独采用纳米气浮工艺工作2h。

第五组(s5)：在不开启杀菌模块的前提下，先采用超声工艺工作1h，后采用纳米气浮处理1h。

第六组(s6)：在不开启杀菌模块的前提下，先采用纳米气浮工作1h，后采用超声工艺处理1h(s2-s6验证相对于使用单一技术处理淬火废液，协同作用处理对于淬火废液冷却性能恢复效果更加显著)。

第七组(s7)：首先是超声工艺和纳米气浮协同工作2h，然后采用杀菌模块进行杀菌(经过协同和杀菌处理后，即能除油恢复冷却性能又能杀菌，先除油后杀菌的处理工艺对冷却性能无副作用)。数据处理如下：

表2油含量、冷却性能各项指标如下表所示：

从表2可以看出，该设备采用协同工艺处理后的淬火液油含量明显降低，除油率达到94.3％，高于单独的超声波技术和气浮法除油效率之和，以及先超声波技术处理后气浮法处理、或者先气浮法处理后超声波技术处理的除油效率。对比s1与淬火废液的冷却性能指标发现，单纯的杀菌并不会恢复淬火液的冷却性能。同时，对比处理前后的淬火液以及10％浓度原液的冷却性能各项指标，设备处理后的淬火液最大冷却速度明显下降，更接近于10％浓度原液的数值；处理后的淬火液300℃的冷却速度也下降明显，对比处理前得到了明显的改善；而对比单独的超声波技术和气浮法，以及先超声波技术后气浮法或者先气浮法后超声波技术处理淬火液，两种技术处理之后淬火液的冷却性能改善不显著。

本发明的设备处理前后分别添加一定浓度的淬火液原液，淬火废液最大冷却速度指标变化如图4所示。

本发明的设备处理前后分别添加一定浓度的淬火液原液，淬火废液300℃冷却速度指标变化如图5所示。

由于淬火液在使用过程中会随工件带走部分有效成分导致废液的浓度下降，而添加少量原液使废液浓度达到10％，便于与10％浓度的新液做对比，且具有对比性。从图4和图5可以看出，设备处理前后的淬火废液添加少量的原液，其最大冷却速度和300℃冷却速度都有所改善，但设备处理前的淬火废液添加4％以上原液的最大冷却速度和300℃冷却速度与10％浓度原液相差较大，而设备处理后的淬火废液只需要添加4％原液，其最大冷却速度和300℃冷却速度与10％浓度原液基本相同(10％浓度原液的冷却性能请参阅表2)，有效的再生回用了淬火废液。

综上所述，本发明的方法及设备使用超声波技术和气浮法对淬火废液协同处理，能够快速修复废淬火液的冷却性能，绿色、环保、高效。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。