熱處理車間的節(jié)能管理

吳昊，劉麗敏，馬戰(zhàn)勛

1.海軍裝備部駐西安地區(qū)軍事代表局 陜西西安 710000

2.內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團(tuán)有限公司 內(nèi)蒙古包頭 014033

1 熱處理車間加強(qiáng)節(jié)能管理的背景

熱處理車間作為我公司事業(yè)部的用能大戶，占事業(yè)部總耗能的22.36%，年耗電量可達(dá)55萬(wàn)kW·h。熱處理車間現(xiàn)有電阻加熱爐15臺(tái)，其中大型爐窯4臺(tái)，均在550kW左右，感應(yīng)淬火設(shè)備5臺(tái)，是車間主要生產(chǎn)設(shè)備，承擔(dān)著公司中小件的毛坯零件調(diào)質(zhì)，以及半成品及成品零件的淬火、滲碳、滲氮、中高頻表面淬火等工藝，是公司唯一一條中小件熱處理種類齊全的生產(chǎn)線，車間在用爐窯多為III級(jí)爐窯，使用年限均在10年以上，都存在不同程度的能耗增加、熱衰減增大的問題，車間協(xié)同設(shè)備部經(jīng)過多次的維修改造，但在能耗的有效提高方面還存在著一定的差距。

2 熱處理車間加強(qiáng)節(jié)能管理的主要做法

2.1 采用多項(xiàng)管理措施，提高能源管理水平

1）推行使用集中熱處理生產(chǎn)方式，將精益生產(chǎn)理念貫穿在整個(gè)生產(chǎn)組織中。車間對(duì)滲碳件、滲氮件、座圈等特殊熱處理的零件，與上道工序建立有效溝通渠道，達(dá)到及時(shí)有效的溝通，做到每月定時(shí)開爐，進(jìn)行集中熱處理；同時(shí)在毛坯零件投產(chǎn)過程中，積極與投料車間及機(jī)加工車間溝通，結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃安排，在有限的條件下進(jìn)行集中熱處理，對(duì)于裝爐量低于65%的零件不得安排熱處理，年節(jié)約用電量約5萬(wàn)kW·h，節(jié)約能源費(fèi)用近3萬(wàn)余元。

2）建立有效的能源管理辦法及考核制度。車間按照公司、事業(yè)部能源管理制度要求，結(jié)合車間實(shí)際情況制定了“能源管理辦法”，同時(shí)將事業(yè)部下達(dá)的相關(guān)指標(biāo)分解到各個(gè)班組，并嚴(yán)格考核，對(duì)班組實(shí)行打分制度，與班組績(jī)效工資掛鉤，推動(dòng)各班組節(jié)能工作的有效開展。

3）按照公司能源管理要求，建立單臺(tái)考核設(shè)備辦法。車間對(duì)低壓配電柜進(jìn)行改造升級(jí)后，通過改造實(shí)現(xiàn)電能表配備率90%以上，根據(jù)設(shè)備的生產(chǎn)情況，推行單臺(tái)設(shè)備的用電考核，這不僅提升了車間單臺(tái)設(shè)備的能源管理，而且為車間今后在設(shè)備選型、能耗定額管理等各方面都提供了可靠的依據(jù)。

4）加強(qiáng)日常“跑冒滴漏”整治工作。在車間的日常管理中，要求車間節(jié)能員不定時(shí)對(duì)辦公區(qū)域和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的“跑冒滴漏”現(xiàn)象進(jìn)行檢查，并組織班組圍繞檢查出的問題開展整治工作，提高了車間的能源現(xiàn)場(chǎng)管理水平。

5）組織開展節(jié)能專項(xiàng)合理化建議活動(dòng)。車間積極鼓勵(lì)員工圍繞節(jié)能工作提合理化建議，自2017—2019年，車間在節(jié)能管理上共提出合理化建議330余條，全部組織實(shí)施。

2.2 通過提高產(chǎn)品一次交驗(yàn)合格率，提高能源利用率

由于熱處理生產(chǎn)的特殊性，提高一次交驗(yàn)合格率對(duì)于節(jié)能工作是非常重要的。車間不斷加強(qiáng)質(zhì)量管理，多項(xiàng)措施并舉，例如某些碳素鋼材料的一次交驗(yàn)合格率一直不太高，平均在93%左右，通過開展工藝攻關(guān)項(xiàng)目，加強(qiáng)過程控制，對(duì)淬火溫度、淬火液溫度控制，回火溫度及時(shí)間控制，將一次合格率提升到95%以上，能源利用率得到了有效提升。

2.3 改進(jìn)工裝料盤，提高熱處理效果，提高能源利用率

車間原使用的熱處理料筐比較笨重，平均重達(dá)1.5t左右，且長(zhǎng)期使用后易出現(xiàn)開裂、變形，不僅不能保證零件的產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)還存在著較大的安全隱患和能源浪費(fèi)。車間積極組織技術(shù)人員，通過不斷摸索，重新制作了料筐，料筐采用低碳鋼鑄造，剛度和強(qiáng)度較以前的焊接料筐高很多，壁厚較原來(lái)少了10mm，整體重量較原來(lái)的料筐輕了10%，同時(shí)將原來(lái)的大料筐改為中小形料筐，在滿足生產(chǎn)需要的同時(shí)，能源有效利用率得到了較大提高，生產(chǎn)相同重量的工件，電能可節(jié)約10%。

2.4 通過實(shí)施設(shè)備改造，加強(qiáng)設(shè)備管理，提高能源有效利用率

（1）兩臺(tái)臺(tái)車電阻爐的改造 車間在用的兩臺(tái)臺(tái)車電阻爐原來(lái)均為保溫磚質(zhì)結(jié)構(gòu)，功率為600kW，是車間較大的用能設(shè)備。車間于2014年對(duì)兩臺(tái)電阻爐進(jìn)行改造，將原來(lái)的磚質(zhì)結(jié)構(gòu)改為纖維棉結(jié)構(gòu)，對(duì)加熱元件進(jìn)行重新布置；2019年，對(duì)兩臺(tái)臺(tái)車電阻爐的爐門加裝密封夾緊裝置，使?fàn)t體密封性進(jìn)一步提高。通過兩次改造，兩臺(tái)臺(tái)車爐爐溫均勻性較以前提高了2～3℃，尤其是爐門處，較原來(lái)提高了5℃，滿足了工藝需要，同時(shí)降低了爐門處能源的無(wú)效損失，提高了能源的有效利用率。

（2）兩臺(tái)井式電阻爐的改造 車間在用的兩臺(tái)井式電阻爐是2001年投入使用的設(shè)備，一臺(tái)承擔(dān)毛坯零件淬火工序，另一臺(tái)承擔(dān)淬火后的回火工序。淬火爐一般使用溫度為800～930℃，長(zhǎng)期高溫使用，使加熱元件損壞頻次增多，爐蓋密封性也受到損壞，加之原來(lái)的爐蓋升降機(jī)構(gòu)存在缺陷，在使用過程中噪聲大、傳動(dòng)不平穩(wěn)，車間針對(duì)這些情況，對(duì)兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了改造，重新更換了保溫元件、加熱元件，對(duì)爐蓋的起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改造。通過改造不僅降低了安全隱患，還增加了爐子的密封性，降低了能源消耗。

（3）箱式多用爐的改造 箱式多用爐是2003年投入使用的設(shè)備，承擔(dān)著各種零件的淬火及滲碳淬火工序，是車間重要的生產(chǎn)設(shè)備。該設(shè)備曾于2010年進(jìn)行重砌，經(jīng)過長(zhǎng)期使用后，仍然存在保溫效果不良的情況，車間聯(lián)系專業(yè)廠家，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)，保溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行重砌，使用優(yōu)質(zhì)的高鋁磚，內(nèi)部的各類損耗元件進(jìn)行加固、重做。經(jīng)過改造后，設(shè)備保溫效果明顯提升，能源有效利用率有了明顯改善。

（4）底裝料多用爐的改造 底裝料多用爐為2010年投入使用的設(shè)備，是制造廠家第一臺(tái)國(guó)內(nèi)自制的設(shè)備，在使用過程中存在著一定的缺陷，例如該設(shè)備為底部尾氣燃燒，導(dǎo)致主爐內(nèi)的馬弗罐極易變形，該設(shè)備的主爐隨工件進(jìn)行轉(zhuǎn)移，在轉(zhuǎn)移過程中極易造成加熱元件損壞，主爐設(shè)備已出現(xiàn)松散的現(xiàn)象，保溫結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了損壞，導(dǎo)致爐頂及表面溫升超出標(biāo)準(zhǔn)的要求，嚴(yán)重影響著車間的生產(chǎn)及節(jié)能。通過調(diào)研，2016年經(jīng)專業(yè)廠家對(duì)該設(shè)備進(jìn)行改造，將易變形的馬弗罐更換為由一塊鋼板卷焊而成，將爐頂?shù)谋亟Y(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，主爐整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，對(duì)尾氣燃燒部位進(jìn)行調(diào)整，既滿足工藝需要，又可很好地節(jié)能。通過改造，該設(shè)備的均勻性較改造前有了明顯提高，升溫效率較原來(lái)提高了10%，不僅為車間增加了產(chǎn)量，做到連續(xù)生產(chǎn)，而且也降低了設(shè)備的能源消耗。

（5）小回火爐控制方式的改造 車間在用的小回火爐，功率為36kW，原來(lái)的控溫方式為電子電位差計(jì)控制，使用時(shí)操作者調(diào)整參數(shù)易造成誤操作，且故障率高，控溫效果不佳，給生產(chǎn)和設(shè)備的使用帶來(lái)了很大影響。車間經(jīng)過論證，將該設(shè)備改造為PID儀表控制，操作者除調(diào)整溫度外，其余參數(shù)均不能進(jìn)行設(shè)置，采用無(wú)紙記錄儀進(jìn)行過程數(shù)據(jù)記錄，減少了人為因素的影響。改造后，儀表故障率降低，操作簡(jiǎn)單，提高了生產(chǎn)進(jìn)度，減少了返工零件，提升了能源有效利用率。

2.5 應(yīng)用新技術(shù)、新工藝，提高能源利用率

（1）基于線性降價(jià)自抗擾控制技術(shù)的熱處理電阻爐控制方法的應(yīng)用 基于線性降價(jià)自抗擾控制技術(shù)是針對(duì)整體系統(tǒng)的，減少系統(tǒng)中不確定性和各種外部干擾統(tǒng)一估計(jì)并補(bǔ)償，使被控對(duì)象簡(jiǎn)化為積分串聯(lián)型，輔以簡(jiǎn)單的PD控制可實(shí)現(xiàn)誤碼差控制的控制方式，不但在精度方面而且在節(jié)能方面較傳統(tǒng)的PID控制方式，都有很大的改善[1]。該項(xiàng)目由中國(guó)兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所和南開大學(xué)共同研究，于2012—2013年期間，結(jié)合車間臺(tái)車電阻爐進(jìn)行試驗(yàn)，通過系統(tǒng)改造及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在長(zhǎng)達(dá)三個(gè)月的試驗(yàn)期間，平均節(jié)能在12%左右。通過新技術(shù)的應(yīng)用，不僅使電阻爐在節(jié)能和精度方面取得較好的控制效果，而且使其工業(yè)智能化水平有了進(jìn)一步的提高。

（2）稀土滲氮催滲劑的應(yīng)用 稀土催滲劑是一種提高滲氮工藝效果的固態(tài)物，隨零件一同放入氮化爐中，通過某些反應(yīng)，提高滲氮效果及滲氮時(shí)間[2]。原來(lái)滲氮時(shí)長(zhǎng)為60h左右，通過稀土滲氮催滲劑的使用，滲氮時(shí)間減少至30h，耗電量降低了50%，其他原料用量降低30%左右，有效地提高了能源利用率。

3 熱處理車間加強(qiáng)節(jié)能管理取得的成效

近年來(lái)，車間通過加強(qiáng)節(jié)能管理、提高一次交驗(yàn)合格率、改進(jìn)熱處理料筐料盤、組織實(shí)施設(shè)備升級(jí)改造以及應(yīng)用新技術(shù)等措施，使車間的年能耗下降了25.1%，節(jié)約電費(fèi)10.8萬(wàn)元，有效降低了車間的生產(chǎn)成本，車間的能源管理水平得到了很大的提升，營(yíng)造了濃厚的節(jié)能氛圍。