鍛造行業(yè)的節(jié)能降耗
——裝備技術(shù)篇（上接2012年第3期）

文/成功、于成發(fā)·南京汽車鍛造有限公司

鍛造行業(yè)的節(jié)能降耗
——裝備技術(shù)篇（上接2012年第3期）

文/成功、于成發(fā)·南京汽車鍛造有限公司

裝備的節(jié)能改造

鍛造行業(yè)加熱設備、鍛造設備大多是耗能高的設備，因此也是節(jié)能的主要對象。近年來，南汽鍛造在設備節(jié)能改造和挖潛上取得了良好的回報。

中頻加熱爐的優(yōu)化

中頻加熱由于加熱速度快、加熱質(zhì)量好和環(huán)保節(jié)能等優(yōu)勢成為鍛造行業(yè)的首選加熱裝置。但是中頻也存在匹配和使用問題，調(diào)整不好會大大影響中頻爐的效率。在這方面。我們的做法有：

⑴感應器設計。根據(jù)工件坯料的直徑和長度選擇合適的頻率和感應器通徑，不應奢求一個感應器通用大部分工件，一般通用直徑不超工件直徑的1.1倍。理論推導結(jié)果表明，感應器線圈內(nèi)徑與工件外徑越接近，越能提升電效率。另外，由于感應器內(nèi)壁與工件的縫隙越小，其間空氣對流效應就越小，熱損耗也相應趨小。因此，最好是一種規(guī)格的工件使用一種感應器，只要是鍛件批量足夠（10000件/年），就應考慮專用感應器。這樣可以使中頻效率得到最優(yōu)的發(fā)揮，也可減少芯表溫差，穩(wěn)定加熱質(zhì)量。但是，坯料端面不平或者下料時的剪切導致的坯料失圓，都會引起坯料在推行時失穩(wěn)起拱，感應器內(nèi)徑與工件內(nèi)徑過于接近就會產(chǎn)生坯料與內(nèi)壁干涉的情況，嚴重的會頂壞感應器內(nèi)壁。對此，我們采取了把感應器傾斜安裝的方法，利用坯料的自重抵消一部分摩擦阻力，以消除坯料失穩(wěn)現(xiàn)象。

在中頻加熱裝置的平面設計時，應考慮中頻爐電源與低壓配電間的出線距離，距離應盡可能縮短，以減少線損，線損不僅浪費了能源，還會產(chǎn)生熱量，加速絕緣層的老化。在中頻的供電電壓選擇上，盡可能選擇更高的電壓，南汽鍛造對較大功率的中頻電源所配變壓器供電電壓有520V、540V、650V等多種電壓等級。較高的電壓也有利于減少損耗。

圖11中頻爐感應器傾斜設置

⑵功率因數(shù)補償和諧波治理。中頻爐是感應用電器，其功率因數(shù)通常只有85％左右（串聯(lián)諧振的電源要高一些），并且存在各種諧波影響電網(wǎng)的質(zhì)量。當公司存在大量的中頻加熱爐時，由此帶來的無功功率占用、電效率下降和用電設備的故障增多都會影響生產(chǎn)成本。南汽鍛造2007年以前每年因功率因數(shù)低，罰款逾20萬。近年來，公司先后投入力量自主研發(fā)了無源濾波型功率因數(shù)補償裝置，除了具備功率因數(shù)補償功能外，還可以濾掉5次、7次、11次、13次高次諧波，目前已經(jīng)成為中頻爐的標準配置。這些裝置不僅使公司總的功率因數(shù)提高到94％，每年電網(wǎng)獎勵10萬元，同時可以減少線路及變壓器的損耗，降低高次諧波對電網(wǎng)的影響，減少用電設備無端損壞的風險。

圖12自主研發(fā)的功率因數(shù)補償裝置

圖13BTH500kW中頻的濾波裝置投入前后諧波比較（電流畸變率由27.3％降為12.7％，電流由446.2A降低為340A）

⑶冷卻裝置的改進。中頻工作時產(chǎn)生大量的熱量，感應器線圈、大功率電路等需要大量的冷卻水冷卻發(fā)熱器件。工廠設計時采用集中冷卻的方式，建立一個大的泵站和蓄水池供全公司冷卻用水。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同，所有中頻同時開的情況很少，常常只有少數(shù)幾臺中頻同時工作。大泵站發(fā)揮60％能力的時間與開動時間之比僅為50％。造成能源浪費。從2008年開始，公司著手進行冷卻系統(tǒng)改造，新增的中頻爐全部采用獨立閉式冷卻系統(tǒng)，可以做到每臺設備的冷卻系統(tǒng)與該設備與生產(chǎn)線同步開動，現(xiàn)在，獨立循環(huán)冷卻系統(tǒng)基本取代了集中冷卻，這樣有效地改善了大泵房能力空放的問題。由于閉式冷卻系統(tǒng)采用軟水作為介質(zhì)，封閉在管路內(nèi)，相比較大泵站的開式冷卻，既降低了水泵電機的功率消耗，又使得管路結(jié)垢大大減少，提高了中頻設備的可靠性。同時由于閉式冷卻系統(tǒng)有時為風冷運行狀態(tài)，使冷卻水的消耗大大減少。

圖14獨立閉式冷卻裝置

圖15不通水中頻導軌的應用

⑷不通水導軌的推廣。中頻感應器爐管內(nèi)通常采用不銹鋼管作為導軌，中間通過冷卻水。這種結(jié)構(gòu)不可避免地增加熱損耗，影響坯料的加熱時間。一般估算，通過導軌的冷卻水損耗掉的熱能占中頻總能耗的3％左右。我們在主要的生產(chǎn)線上都采用了高合金材料制成的不通水導軌。經(jīng)過對一條生產(chǎn)線中頻耗電的前后對比測算：使用通水導軌，噸鍛件耗電464.7kWh；采用不通水導軌后的噸鍛件耗電390.4kWh，節(jié)能效果顯著。不通水導軌徹底消除了導軌磨損導致的漏水而損壞感應器的事故，中頻感應器的壽命也有一定提高。

蒸空錘和燃油爐的改造

⑴傳統(tǒng)的蒸空錘存在一些顯著的缺點，主要表現(xiàn)在能源消耗大，其能源利用率不到2％。近年來電液錘改造技術(shù)日臻完善，經(jīng)過改造的電液錘能效比大大提高，一般能夠達到原來的10倍以上。南汽鍛造先后對1t、2t、3t和5t等5臺蒸空錘進行了改造，淘汰了能耗巨大的鍋爐，既節(jié)約了能源，又降低了鍋爐燒煤帶來的粉塵污染。

⑵燃油爐節(jié)能改造。燃油爐在適應一些多規(guī)格、小批量的錘鍛件方面更具靈活性，但是，日益上漲的燃料油價格影響鍛件成本，南汽鍛造對燃油爐進行了節(jié)能改造，采用進口霧化噴嘴，加大保溫層厚度，減少爐壁散熱。減小爐門通徑，增加爐門。這些措施對降低燃油消耗起到一定作用。但是，隨著石油價格持續(xù)攀升，國家費改稅政策的出臺，燃油爐的經(jīng)濟性顯得越來越低，應該考慮予以淘汰。南汽鍛造已經(jīng)在2009年完成了油爐改中頻的項目，徹底淘汰了油爐加熱。大型自由鍛生產(chǎn)線由于無法改成中頻加熱，可以考慮改造成以天然氣為燃料。模鍛企業(yè)應下決心改為中頻加熱，這對提升鍛造形象和鍛件質(zhì)量都是有益的。

變頻技術(shù)的應用

鍛造廠的公用動力設施也是耗能大戶，1臺活塞式空壓機功率就達到130kW，南汽鍛造從2006年開始對公用設施進行節(jié)能改造?？諌赫痉抗灿锌諌簷C6臺，我們對其中老式的活塞式壓縮機進行了更換，改成能效比更高的雙螺桿式壓縮機，并對壓縮機的電機同步實施了變頻改造，在空氣需求量發(fā)生較大變動時，變頻電機可以適時做出應對，以使動力輸出與需求匹配更好。

原有冷卻水泵6臺，總功率達130kW。采用常規(guī)控制，水泵由出水口的泄流控制水壓，始終處于滿負荷運行狀態(tài)?，F(xiàn)采用變頻器控制電機，由PLC及控制檢測元件組成恒壓控制系統(tǒng)。通過關(guān)閉不工作設備的供水閥門，由變頻電機的調(diào)速，達到調(diào)節(jié)流量，減少電機功率，達到節(jié)能目的。改造后一年可節(jié)電28.7萬千瓦時，節(jié)約運行費用5000元。

工廠布局與節(jié)能有關(guān)

傳統(tǒng)的鍛造廠很多都是以工藝流程作為主線進行工廠布局設計的。這種方式流程清晰，專業(yè)分工明確，適應多品種的生產(chǎn)方式并能符合鍛壓設備通用性的特點。大型汽車企業(yè)附屬的鍛造廠基本上如此布局。南汽鍛造的總體布局更是典型的工藝流程布局形式，按照原材料→下料→鍛造→熱處理→清理→入庫的主線，廠房分布和車間設置都是這樣區(qū)分。隨著產(chǎn)品向?qū)I(yè)化發(fā)展的趨勢，產(chǎn)品批量越來越大，數(shù)條生產(chǎn)線長期生產(chǎn)同一個系列的鍛件，原工廠布局的缺點日益明顯：生產(chǎn)路線長，物流負擔大、工序間在制品多、生產(chǎn)效率受限等，這些問題逐步顯現(xiàn)，如不能適時加以改變，最終將成為瓶頸。為此，我們重新審視了工廠布局，選擇了以產(chǎn)品為主線來調(diào)整生產(chǎn)線布局。根據(jù)產(chǎn)品的流程，把鍛造、熱處理淬火、回火和探傷檢查等整合到一個車間內(nèi)，上下道無縫連接。以鍛造為龍頭，后續(xù)工序都按照鍛造的節(jié)拍進行設計，確保生產(chǎn)線上的其他設備都能匹配鍛造主機的效率，這樣，有利于價值昂貴的鍛造主機發(fā)揮最大能力。此外，布局調(diào)整后，有效地控制了這些工序的中間存貨，原來這些工序間的存貨平均達到4萬件，現(xiàn)在只有4千件左右，生產(chǎn)周期也從15天縮短到數(shù)個小時，生產(chǎn)效率得到大幅提升，也為單位能耗的下降做出貢獻。今后南汽鍛造陸續(xù)增添新的生產(chǎn)線均遵從以產(chǎn)品為導向的布局方案，從動力設施到主輔材料物流都以最短的產(chǎn)品流轉(zhuǎn)路線為原則加以排布。

結(jié)束語

工藝進步、技術(shù)改造對于節(jié)能降耗的作用極為明顯，如果與有效的能源管理結(jié)合起來還可以起到更好的作用。企業(yè)的規(guī)模、市場和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)千差萬別，不同的企業(yè)應根據(jù)自身的特點制定有針對性的管理方案。

根據(jù)我們多年的節(jié)能工作的體會：企業(yè)的節(jié)能工作，應將重點放在技術(shù)創(chuàng)新上，在新工藝的開發(fā)、新材料的使用和設備的節(jié)能改造等諸方面加大研究力度。要具備跨行業(yè)、跨領域的創(chuàng)新思維和協(xié)作能力，從產(chǎn)品的完整價值鏈上去考慮節(jié)能綜合效益，降低能耗才能有質(zhì)的飛躍。