優(yōu)化工藝，精益生產(chǎn)，保質(zhì)促產(chǎn)，節(jié)能降耗

格特拉克（江西）傳動系統(tǒng)有限公司（南昌 330013）王陸軍 馬 楠

熱處理作為材料改性與材料控性技術(shù)，通過加熱、保溫、冷卻進行組織轉(zhuǎn)變來實現(xiàn)材料性能的改變達到所需要的材料性能。其中，加熱需要消耗吸收很大的能量，ΔQ=cmΔT，其中ΔQ是吸收的熱量，c是比熱，m是質(zhì)量，ΔT是溫度上升改變值。冷卻時需要放熱，釋放的熱量如何得到合理利用是一個大課題，熱處理的消耗大體在以下幾個方面：

（1）水的消耗 主要是冷卻用水和清潔用水。冷卻用水可通過風(fēng)冷方式節(jié)省水資源，而且風(fēng)冷避免了油水混雜的風(fēng)險，清洗零件用水采用過濾后循環(huán)利用。

（2）電的消耗 主要表現(xiàn)在機械動作和零件需要加熱兩個方面，其中加熱的消耗是大頭。熱處理爐體密封、隔熱既是節(jié)省措施，也是質(zhì)量和安全要求。

（3）氣的消耗 主要體現(xiàn)在壓縮空氣（非必要）、安全氣體（氮氣）、輔助氣體（甲醇、丙酮、氨氣等滲碳工藝時）。液化氣燃燒廢氣，安全且環(huán)保。安全用氣事關(guān)安全大事，絕對不可節(jié)省。輔助氣體用量通過自動監(jiān)測爐內(nèi)氣氛達到工藝要求用量時，電磁閥的及時自動關(guān)閉可以達到減少不必要的浪費。

（4）油的消耗 淬火冷卻介質(zhì)通過密室淬火，既減少燃燒的浪費，又更為安全。

（5）其他 熱處理車間還有拋丸輔料鋼丸、檢測、測試用具等。

（6）勞保用品 安全鞋帽、防護眼罩、耳塞、防塵口罩等。

如何合理減少以上幾個方面的消耗也就成為熱處理工作者要考慮的重點。下面從設(shè)計、工藝、設(shè)備、質(zhì)量、現(xiàn)場管理、加工制造工序前后協(xié)調(diào)等幾個方面討論熱處理的節(jié)能降耗問題。

一、產(chǎn)品設(shè)計

熱處理技術(shù)新材料的開發(fā)、新工藝的應(yīng)用、新產(chǎn)品的研發(fā)在我國幾乎與產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)脫節(jié)，國內(nèi)“重冷輕熱”現(xiàn)象相當(dāng)普遍而且嚴(yán)重。一張產(chǎn)品圖樣幾何尺寸、精度都有標(biāo)注，熱處理技術(shù)要求以文字或表格方式來描述。機械設(shè)計按力學(xué)計算相應(yīng)服役條件下零件需要的強度，且目前3D軟件可以模擬機構(gòu)運動與應(yīng)力分布，如何轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)中可以測量的熱處理技術(shù)指標(biāo)，提出科學(xué)合理的熱處理要求，機加工人員也是一知半解，憑個人經(jīng)驗或相互討論或請示有經(jīng)驗的權(quán)威專家。材料的選用按傳統(tǒng)習(xí)慣或參照有關(guān)材料手冊的資料與數(shù)據(jù)，熱處理工藝的制訂單獨依賴熱處理工作者進行，相當(dāng)多的工廠還沒有專職熱處理工程師，由工人師傅或機加工人員代行制訂，甚至有些工廠受機加工人員交鑰匙工程思想的影響，把熱處理工藝制訂交由設(shè)備供應(yīng)商來進行，設(shè)備供應(yīng)商為了拿到訂單，只能承諾負責(zé)設(shè)備和工藝，顯然很不專業(yè)。材料選擇，產(chǎn)品設(shè)計零件結(jié)構(gòu)的熱處理工藝性通過冷熱加工技術(shù)人員的交流近年得到了很大的進步，合理選材，厚薄不均過渡，凸凹臺階，轉(zhuǎn)角倒圓，結(jié)構(gòu)上減少產(chǎn)生應(yīng)力集中，不對稱結(jié)構(gòu)采用熱處理輔助工裝加以修正。通用的規(guī)則大家基本了解和掌握，新材料要求與非對稱結(jié)構(gòu)、形狀特殊的零件熱處理工藝性還需要人們在實踐中去摸索與總結(jié)。

二、熱處理工藝

熱處理工藝對于熱處理節(jié)能降耗意義重大，作用明顯，我們可從以下幾個方面來采取措施：

（1）時間 傳統(tǒng)工藝計算時間t=kad，式中的t為加熱時間，k為裝爐系數(shù)，a為加熱系數(shù)，d為工件有效厚度。其實我們在實際生產(chǎn)中，一般是根據(jù)以往工作經(jīng)驗和工件有效厚度來計算保溫時間。

（2）溫度 對一定重量的零件加熱及滲碳來說，溫度高，奧氏體均勻化快，滲碳擴散快，時間短；溫度低，奧氏體均勻化慢，滲碳擴散慢，時間長，在保證質(zhì)量的前提下盡量采用高溫短時工藝。

（3）裝爐量 裝爐量的減少可以降低加熱零件時的消耗，然而其他基礎(chǔ)消耗幾乎沒有什么減少，分?jǐn)偟矫總€零件或每千克零件上的公共消耗也就相對地增加了，熱處理爐有一個最大承載量保證設(shè)備使用壽命，通常以最大承載量的80%左右或最大承載量減少20kg為安全裝爐量。

（4）工裝輕量化及工裝材料優(yōu)化 工裝加熱也消耗能量，減輕工裝重量就可以多裝零件，從而實現(xiàn)節(jié)能。目前，國外新技術(shù)采用低能耗的碳纖維材料代替耐熱鋼制作熱處理工裝。

（5）成組技術(shù) 工藝的適用性（專用性與通用性）是指任何一種零件由于材料、結(jié)構(gòu)的差異都有最適合的專用熱處理工藝，即采用該工藝進行熱處理加工出來的零件，產(chǎn)品性能最優(yōu)。由于實際工業(yè)生產(chǎn)中，單個零件的生產(chǎn)量可能非常少，有必要利用成組技術(shù)整合相同或相似工藝成通用工藝，從而實現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量、成本、技術(shù)組合的最優(yōu)化。

（6）精益生產(chǎn) 生產(chǎn)安排實行精益生產(chǎn)、均衡生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)。通過合理安排生產(chǎn)，減少不必要的空爐加熱、空爐保溫、空爐降溫，把能源浪費降至最低。

（7）工藝技術(shù)革新 雙排連續(xù)爐生產(chǎn)不同工藝的零件生產(chǎn)切換時，為了保證質(zhì)量，切換時需要放入空盤置換，浪費很大。我們進行了工藝技術(shù)革新，熱處理雙排連續(xù)爐生產(chǎn)不同有效硬化層要求的零件時，通過不同生產(chǎn)節(jié)拍的零件同時進行生產(chǎn)，免除生產(chǎn)切換時間，直接節(jié)省金額每年可達20萬元。

下表顯示連續(xù)爐每年為公司節(jié)省金額財務(wù)核算成果，全年如能滿負荷生產(chǎn)，每年可以節(jié)省上百萬元。連續(xù)爐年產(chǎn)能20萬套，本年度實際產(chǎn)能3.6萬套。

實際產(chǎn)能核算節(jié)省金額統(tǒng)計

以上計算僅指免除生產(chǎn)切換時間直接節(jié)省金額，不包括免除生產(chǎn)切換時間提高生產(chǎn)效率產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。

三、熱處理設(shè)備

熱處理設(shè)備的功率很多都在幾百甚至上千千瓦，可想而知能源消耗巨大。搞好熱處理設(shè)備維護、維修、校驗對于節(jié)能的重要也就顯而易見。熱處理設(shè)備的設(shè)計、制造、維護也可從以下幾方面考慮節(jié)能。

（1）采用變頻控制是節(jié)省電能的新技術(shù)。

（2）智能化自動化控制，工藝用氣量達到要求時電磁閥自動關(guān)閉。

（3）淬火油風(fēng)冷代替水冷，節(jié)約水資源，也避免油水混雜，更為安全。

（4）循環(huán)風(fēng)軸泵冷卻采用油自冷方式（專利技術(shù)），不需要任何能源，節(jié)能安全。

（5）爐體爐墻結(jié)構(gòu)及絕熱材料的設(shè)計，保證保溫性能及爐溫均勻性，體現(xiàn)節(jié)約能源的思想。

（6）底裝料進爐方式，能夠減少爐氣損失。

（7）出料口采用油密封方式，能夠減少油品的損失，也更加安全。

（8）倒油裝置，零件淬火出油槽后，經(jīng)過淋油、倒油，把留在零件上的油通過集油盤收集過濾后回用。

熱處理設(shè)備在生產(chǎn)中要定期維修，檢查爐膛、爐門的密封性。配電箱相關(guān)儀器儀表、熱電偶、氧探頭、溫控儀、碳控儀等要定期校準(zhǔn)與維護，減少因電器故障造成停爐而產(chǎn)生的損失。各相關(guān)的操作設(shè)備如臺車、行車的維護，應(yīng)保證其處于良好的狀態(tài)，減少進出爐不便而造成的損耗。

熱處理產(chǎn)品質(zhì)量在設(shè)備自動化、智能化的今天，在很大程度上已從傳統(tǒng)的依賴于操作工的技術(shù)水平轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕾囉跓崽幚碓O(shè)備與工藝，因此熱處理設(shè)備的重要性更加突顯。

四、熱處理產(chǎn)品質(zhì)量

提高熱處理產(chǎn)品質(zhì)量就是節(jié)能，一方面可以減少鋼材消耗，也可以減少返工造成的損失。熱處理內(nèi)在質(zhì)量的提高無形中潛在地提高了零件使用壽命，延長零件使用時間，間接地節(jié)約了人類資源。一個工件若沒有經(jīng)過有效合理的熱處理，那該零件使用時限也就不會很長，部件早期失效務(wù)必要制造新的部件去更換，這樣又必須消耗原材料及機械加工工時和其他相關(guān)費用。有效合理的熱處理可使工件的使用壽命成倍增加。熱處理質(zhì)量優(yōu)良可避免工件早期失效和工件熱處理返修等一系列程序。所以，我們國家20世紀(jì)70年代有一個口號：“搞好熱處理，零件一頂幾”。質(zhì)量第一，不能為了節(jié)能而影響產(chǎn)品質(zhì)量，也不能追求過剩品質(zhì)造成能源浪費。

熱處理產(chǎn)品質(zhì)量包括產(chǎn)品外觀、零件表面硬度、心部硬度、有效硬化層深度、金相組織等，這些熱處理內(nèi)在技術(shù)指標(biāo)綜合反映了零件的力學(xué)性能，有條件的企業(yè)還可以采用材料性能及直接檢測服役條件下的力學(xué)性能如強度、拉伸、耐磨性等。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用無損檢測方法通常檢驗零件非工作面表面硬度，金相組織以試塊試樣的檢驗結(jié)果作為判斷依據(jù)。

五、熱處理制造前后工序

熱處理質(zhì)量對于節(jié)能的意義如此重要，而熱處理質(zhì)量不僅要考慮前面加工工序的影響，例如機加工進給量大產(chǎn)生加工應(yīng)力，進而影響零件熱處理變形的分散度，重要零件需要在熱處理前進行去應(yīng)力處理。也要考慮后面加工工序的相互影響及對零件最終性能的影響，零件表面狀態(tài)不良，如表面缺陷導(dǎo)致零件在交變應(yīng)力下形成疲勞裂紋。預(yù)備熱處理既是對后面機加工準(zhǔn)備外部加工硬度條件，也為最終熱處理作好內(nèi)部組織準(zhǔn)備。鋼材冶煉，毛坯鍛造，零件加工，零件的“今世”與零件的“前生”有因果關(guān)系，零件的每一次加工都會對內(nèi)部組織留下痕跡與影響。所以，熱處理是一個系統(tǒng)工程，延伸至從材料的冶煉到零件設(shè)計、加工制造直至最終加工的全過程。

六、熱處理現(xiàn)場管理

熱處理現(xiàn)場管理包括工藝、設(shè)備、人員、物料、質(zhì)量、安全及環(huán)境等管理。熱處理節(jié)能很多時候是與工藝管理有關(guān)，因此應(yīng)嚴(yán)格制訂熱處理工藝守則及設(shè)備操作規(guī)程和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。很多時候工藝執(zhí)行到位與現(xiàn)場管理密切有關(guān)。合理安排工作，嚴(yán)守工藝紀(jì)律，減少停爐時間，把爐子升溫時段放在用電便宜的時段進行。生產(chǎn)安排上要盡可能地批量滿負荷生產(chǎn)，不夠裝爐量的應(yīng)該搭裝拼爐。提前做好各項熱處理工作前準(zhǔn)備及5S管理。定期點檢、巡檢及日常保養(yǎng)維護好熱處理各設(shè)備的運行情況，計量、統(tǒng)計、考核熱處理生產(chǎn)中能耗，針對消耗不合理項進行整改。精益生產(chǎn)工序成本控制就是按即定的工序成本目標(biāo)，對工序成本形成過程的一切消耗，進行嚴(yán)格的計算、調(diào)節(jié)和監(jiān)督，及時發(fā)現(xiàn)與預(yù)定的工序成本目標(biāo)之間的差異，并采取有效措施糾正不利差異，使工序產(chǎn)品實際成本被限制在預(yù)定目標(biāo)范圍之內(nèi)。人員管理通過教育、培訓(xùn)、考核等制度措施提高熱處理人員操作水平及節(jié)能意識，充分發(fā)揮人員的主觀能動性和工作積極性。人員定額是生產(chǎn)成本的其中一項，熱處理生產(chǎn)特點三班流水作業(yè)，晚班生產(chǎn)時管理人員、監(jiān)督人員、技術(shù)支持與其他輔助人員少，實行人性化管理顯得尤其重要。

質(zhì)量管理體系ISO9001、環(huán)境管理體系ISO14000、職業(yè)健康安全管理體系OHSAS18000以及汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系TS16949，都要求有組織機構(gòu)、管理目標(biāo)、過程控制、記錄與分析、管理評審。關(guān)注質(zhì)量是ISO9001，關(guān)注環(huán)境是ISO14000，關(guān)注職業(yè)健康安全是OHSAS18000，體現(xiàn)了相同相似處理問題的思想和方法論。熱處理因其工作特殊性，適用特殊過程審核CQI-9，這些管理體系集全球管理專家智慧之大成，是人類文明的成果。CQI-9對于熱處理行業(yè)針對性很強，具有很強的操作性，非常實用，是熱處理現(xiàn)場管理的指南。

熱處理現(xiàn)場管理要活用質(zhì)量管理工具，精益管理方法，推行可視化管理、5S管理。熱處理設(shè)備、工藝是硬件，人員是軟件，只有軟硬兼?zhèn)洌喙荦R下，綜合統(tǒng)籌，才能創(chuàng)建安全、環(huán)保的工作條件，節(jié)約能耗，提高效率，降低成本，生產(chǎn)出質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品。

七、結(jié)語

熱處理理論博大精深，體系嚴(yán)謹(jǐn)，具有很強的理論性、實踐性.由于科技手段的局限，使得人們對熱處理的認(rèn)識停留在看不見摸不著的階段，西方科技的發(fā)達使得熱處理技術(shù)要求精準(zhǔn)化。

節(jié)能減排在熱處理工作中處于很重要的地位，如何節(jié)約能耗，提高生產(chǎn)效率，降低成本，生產(chǎn)與技術(shù)管理水平提高是重要措施。熱處理是消耗能源的大戶，消耗基數(shù)大，節(jié)能潛力大，節(jié)能市場廣闊。節(jié)能意識必須從我做起，從現(xiàn)在做起，從工作中的一點一滴做起，使熱處理技術(shù)達到節(jié)能、減排、優(yōu)質(zhì)、高效的目標(biāo)，也使熱處理生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量品質(zhì)、成本控制得到有效提升。

熱處理節(jié)能潛力無窮，節(jié)能大有可為，任重而道遠！