節能降耗是每個企業的社會責任,更是每一位熱處理工作者需要樹立的理念,貫穿整個工作過程并起著指導作用。2013年在《金屬加工(熱加工)》增刊上“潔凈生產是熱處理者的責任”一文中總結性的闡述了節能降耗的幾個方法。本文從幾個實例總結了工藝創新為節能降耗帶來的成果。
1.熱處理工裝掛具的輕量化
提到熱處理工裝掛具,人們的第一反應就是增加成本,其實不然,綜合成本應該用性價比來衡量,包含掛具的材料價格、掛具使用壽命、掛具重量、零件裝量、產品質量、節能、勞動強度等多方面因素考慮。選用新材料的耐熱鋼因為強度好,可以優化掛具結構,最大程度的減少了掛具的重量,增加了每盤零件的裝量。掛具重量減輕,減少了加熱能耗;掛具重量減輕,減輕了工人勞動強度。新材料耐熱性能好,使用壽命大大提高。新老掛具的性價比見表1。
表1 兩種掛具的性價比比較(兩種軸類掛具)
零件 | 掛具 | 掛具價格/元·kg | 壽命/月 | 掛具重量/kg | 零件裝量件/盤 | 性價計算 | 性價比值 |
A 零件 | 新 | 180 | 24 | 7.35 | 33 | (24*33)/(180*7.35)=0.587 | 0.587/0.088 =6.67 |
老 | 105 | 12 | 39 | 30 | (12*30)/(105*39)=0.088 | ||
B 零件 | 新 | 180 | 24 | 10.2 | 35 | (24*35)/(180*10.2)=0.458 | 0.458/0.100 =4.58 |
老 | 105 | 12 | 21.4 | 32 | (12*32)/(180*21.4)=0.100 |
選用質量穩定可靠的工裝掛具還能提高產品質量。總所周知,因工裝掛具斷裂導致的設備故障是熱處理設備的常見故障之一,掛具斷裂、散架產生的零件磕碰,設備停臺爐內產品的后續返修返工變形,零件報廢等質量損失,由于返修還產生了能源的消耗和人力成本的增加。
2.直接淬火工藝的創新
對于低合金滲碳鋼,零件滲碳工藝流程一般為加熱→滲碳→降溫→淬火→回火,零件組織性能均能保證。但對于中高合金滲碳鋼為了得到合格的組織性能,常規的零件滲碳工藝流程中需要增加二次加熱工序甚至再增加高溫回火工序,工藝流程為加熱→滲碳→降溫→高溫回火→加熱→保溫→淬火→回火。20CrNi3、17CrNiMo6、SAE4820H(20Ni4Mo)等材質通過工藝改進,嚴格控制滲碳濃度,淬火溫度實現了滲碳后直接淬火的工藝。
3.科學生產節能降耗顯著
熱處理電能消耗占各企業電耗的50%以上。在日常生產中,熱處理設備如果頻繁的升、降溫,不僅電能浪費大而且對設備造成的損害也很大。對于滲碳設備在每次開爐后還要恢復爐氣,不僅造成了輔料的浪費,而且增加了廢氣的排放。實現科學生產,合理調整生產組織是節約能源的重要途徑之一。科學生產的途徑如根據產能合理配比設備類型,設備數量,均衡生產,提高有效滲碳時間,減少空耗等。
管理中將提高每臺設備的有效利用率,減少空耗強制納入每位熱處理工作人員的績效考核中,使每位熱處理工作者的出發點成為在提高產品質量的前提下,做到節能、降耗、降低勞動強度。有周期爐和連續爐的單位,為了提高有效滲碳效率,將深層零件盡可能安排在周期爐上生產,淺層零件安排在周期爐生產,有效滲碳時間對比見表2、表3。
表2周期爐上生產有效滲碳時間的對比
零件層深 | 升溫/h | 滲碳/h | 降溫/h | 有效時間比 |
深層深A零件 | 1.5 | 8 | 2.5 | 8/(1.5+8+2.5)=4/6 |
淺層深B零件 | 1.5 | 4 | 2.5 | 4/(1.5+4+2.5)=3/6 |
表3連續爐上生產有效滲碳時間的對比
零件層深 | 升溫(料盤數5)/min | 滲碳(料盤數16)/min | 降溫(料盤數7)/min | 有效時間比 |
深層深A零件(周期30min) | 30*5 | 30*16 | 30*7 | 30*16/(30*5+30*16+30*7)=4/7 |
淺層深B零件(周期15min) | 15*5 | 15*16 | 15*7 | 15*16/(15*5+15*16+15*7)=4/7 |
從表2可見,滲碳有效時間隨層深的加深而增長。從表3可見,有效滲碳時間只與連續爐結構有關,和層深深淺無關。
4.催滲工藝的使用
在不降低產品質量的前提下,提高零件的滲碳速度也是實現節能降耗的有效途徑之一。催滲工藝可實現兩個目的,一是提高滲碳速度,減少滲碳時間,提高產能10%～15%;二是降低滲碳溫度,減少零件變形,提高產品質量,在強滲時間相同下溫度降低20℃。附加優點還有節能、降耗、減少廢氣排放,減少設備、廠房、人員的投資。
5.提高零件強度,提高零件使用壽命
通過合理選擇零件材料,合理選擇熱處理工藝規范,制定最優化的工藝參數提高零件的強度和硬度等一系列力學性能,延長零件的使用壽命,是零件壽命達到一個頂幾個的要求,如果能夠提高零件壽命一倍,就等于產量翻番。這樣,不僅可以減少熱處理消耗的能源,而且也節約了材料成本,省去了零件加工過程如機加工、鍛造加工、鍛熱加工、運輸、等環節的費用。也充分體現了熱處理環節的重要性和熱處理工作者的責任。
6.結語
工藝創新與節能降耗、節能減排、潔凈生產密不可分,工藝創新途徑很多,從提高產品質量、節能、降耗、減排、減少勞動強度等方面著手,積極采納新工藝、新材料節能降耗,提高資源利用率。
來源:熱處理生態圈
作者:閆京芳
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