熱處理車間的節能管理

吳昊，劉麗敏，馬戰勛

1.海軍裝備部駐西安地區軍事代表局 陜西西安 710000

2.內蒙古北方重工業集團有限公司 內蒙古包頭 014033

1 熱處理車間加強節能管理的背景

熱處理車間作為我公司事業部的用能大戶，占事業部總耗能的22.36%，年耗電量可達55萬kW·h。熱處理車間現有電阻加熱爐15臺，其中大型爐窯4臺，均在550kW左右，感應淬火設備5臺，是車間主要生產設備，承擔著公司中小件的毛坯零件調質，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線，車間在用爐窯多為III級爐窯，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，車間協同設備部經過多次的維修改造，但在能耗的有效提高方面還存在著一定的差距。

2 熱處理車間加強節能管理的主要做法

2.1 采用多項管理措施，提高能源管理水平

1）推行使用集中熱處理生產方式，將精益生產理念貫穿在整個生產組織中。車間對滲碳件、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，達到及時有效的溝通，做到每月定時開爐，進行集中熱處理；同時在毛坯零件投產過程中，積極與投料車間及機加工車間溝通，結合生產計劃安排，在有限的條件下進行集中熱處理，對于裝爐量低于65%的零件不得安排熱處理，年節約用電量約5萬kW·h，節約能源費用近3萬余元。

2）建立有效的能源管理辦法及考核制度。車間按照公司、事業部能源管理制度要求，結合車間實際情況制定了“能源管理辦法”，同時將事業部下達的相關指標分解到各個班組，并嚴格考核，對班組實行打分制度，與班組績效工資掛鉤，推動各班組節能工作的有效開展。

3）按照公司能源管理要求，建立單臺考核設備辦法。車間對低壓配電柜進行改造升級后，通過改造實現電能表配備率90%以上，根據設備的生產情況，推行單臺設備的用電考核，這不僅提升了車間單臺設備的能源管理，而且為車間今后在設備選型、能耗定額管理等各方面都提供了可靠的依據。

4）加強日常“跑冒滴漏”整治工作。在車間的日常管理中，要求車間節能員不定時對辦公區域和生產現場的“跑冒滴漏”現象進行檢查，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場管理水平。

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

2.2 通過提高產品一次交驗合格率，提高能源利用率

由于熱處理生產的特殊性，提高一次交驗合格率對于節能工作是非常重要的。車間不斷加強質量管理，多項措施并舉，例如某些碳素鋼材料的一次交驗合格率一直不太高，平均在93%左右，通過開展工藝攻關項目，加強過程控制，對淬火溫度、淬火液溫度控制，回火溫度及時間控制，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1.5t左右，且長期使用后易出現開裂、變形，不僅不能保證零件的產品質量，同時還存在著較大的安全隱患和能源浪費。車間積極組織技術人員，通過不斷摸索，重新制作了料筐，料筐采用低碳鋼鑄造，剛度和強度較以前的焊接料筐高很多，壁厚較原來少了10mm，整體重量較原來的料筐輕了10%，同時將原來的大料筐改為中小形料筐，在滿足生產需要的同時，能源有效利用率得到了較大提高，生產相同重量的工件，電能可節約10%。

2.4 通過實施設備改造，加強設備管理，提高能源有效利用率

（1）兩臺臺車電阻爐的改造 車間在用的兩臺臺車電阻爐原來均為保溫磚質結構，功率為600kW，是車間較大的用能設備。車間于2014年對兩臺電阻爐進行改造，將原來的磚質結構改為纖維棉結構，對加熱元件進行重新布置；2019年，對兩臺臺車電阻爐的爐門加裝密封夾緊裝置，使爐體密封性進一步提高。通過兩次改造，兩臺臺車爐爐溫均勻性較以前提高了2～3℃，尤其是爐門處，較原來提高了5℃，滿足了工藝需要，同時降低了爐門處能源的無效損失，提高了能源的有效利用率。

（2）兩臺井式電阻爐的改造 車間在用的兩臺井式電阻爐是2001年投入使用的設備，一臺承擔毛坯零件淬火工序，另一臺承擔淬火后的回火工序。淬火爐一般使用溫度為800～930℃，長期高溫使用，使加熱元件損壞頻次增多，爐蓋密封性也受到損壞，加之原來的爐蓋升降機構存在缺陷，在使用過程中噪聲大、傳動不平穩，車間針對這些情況，對兩臺設備進行了改造，重新更換了保溫元件、加熱元件，對爐蓋的起升機構進行了改造。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年投入使用的設備，承擔著各種零件的淬火及滲碳淬火工序，是車間重要的生產設備。該設備曾于2010年進行重砌，經過長期使用后，仍然存在保溫效果不良的情況，車間聯系專業廠家，對該設備進行改造升級，保溫結構進行重砌，使用優質的高鋁磚，內部的各類損耗元件進行加固、重做。經過改造后，設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年投入使用的設備，是制造廠家第一臺國內自制的設備，在使用過程中存在著一定的缺陷，例如該設備為底部尾氣燃燒，導致主爐內的馬弗罐極易變形，該設備的主爐隨工件進行轉移，在轉移過程中極易造成加熱元件損壞，主爐設備已出現松散的現象，保溫結構也出現了損壞，導致爐頂及表面溫升超出標準的要求，嚴重影響著車間的生產及節能。通過調研，2016年經專業廠家對該設備進行改造，將易變形的馬弗罐更換為由一塊鋼板卷焊而成，將爐頂的保溫結構進行加固，主爐整體結構進行加固，對尾氣燃燒部位進行調整，既滿足工藝需要，又可很好地節能。通過改造，該設備的均勻性較改造前有了明顯提高，升溫效率較原來提高了10%，不僅為車間增加了產量，做到連續生產，而且也降低了設備的能源消耗。

（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，原來的控溫方式為電子電位差計控制，使用時操作者調整參數易造成誤操作，且故障率高，控溫效果不佳，給生產和設備的使用帶來了很大影響。車間經過論證，將該設備改造為PID儀表控制，操作者除調整溫度外，其余參數均不能進行設置，采用無紙記錄儀進行過程數據記錄，減少了人為因素的影響。改造后，儀表故障率降低，操作簡單，提高了生產進度，減少了返工零件，提升了能源有效利用率。

2.5 應用新技術、新工藝，提高能源利用率

（1）基于線性降價自抗擾控制技術的熱處理電阻爐控制方法的應用 基于線性降價自抗擾控制技術是針對整體系統的，減少系統中不確定性和各種外部干擾統一估計并補償，使被控對象簡化為積分串聯型，輔以簡單的PD控制可實現誤碼差控制的控制方式，不但在精度方面而且在節能方面較傳統的PID控制方式，都有很大的改善[1]。該項目由中國兵器工業新技術推廣研究所和南開大學共同研究，于2012—2013年期間，結合車間臺車電阻爐進行試驗，通過系統改造及試驗數據分析，在長達三個月的試驗期間，平均節能在12%左右。通過新技術的應用，不僅使電阻爐在節能和精度方面取得較好的控制效果，而且使其工業智能化水平有了進一步的提高。

（2）稀土滲氮催滲劑的應用 稀土催滲劑是一種提高滲氮工藝效果的固態物，隨零件一同放入氮化爐中，通過某些反應，提高滲氮效果及滲氮時間[2]。原來滲氮時長為60h左右，通過稀土滲氮催滲劑的使用，滲氮時間減少至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 熱處理車間加強節能管理取得的成效

近年來，車間通過加強節能管理、提高一次交驗合格率、改進熱處理料筐料盤、組織實施設備升級改造以及應用新技術等措施，使車間的年能耗下降了25.1%，節約電費10.8萬元，有效降低了車間的生產成本，車間的能源管理水平得到了很大的提升，營造了濃厚的節能氛圍。