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熱處理行業(yè)技術(shù)改造勢在必行

[2011/7/23]

　　熱處理行業(yè)是機械工業(yè)的用電大戶，占機械工業(yè)用電總量的近30%，熱處理行業(yè)的節(jié)能主要是節(jié)電。目前全國金屬熱處理的加熱設(shè)備以60kw的標(biāo)準(zhǔn)臺計，約有20萬臺，裝機總?cè)萘?200萬kw，年用電約100億度，折合350萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。因此，我國熱處理行業(yè)的節(jié)能潛力是巨大的。

　　我國熱處理行業(yè)現(xiàn)服役的加熱設(shè)備多是陳舊裝備。以空氣作為加熱介質(zhì)的箱式、井式、臺車式加熱爐和部分鹽浴爐，構(gòu)成當(dāng)前機械制造和冶金等行業(yè)的熱加工主力裝備。

　　近20年國內(nèi)研制及引進具有先進水平的少、無氧化加熱爐，如真空爐、保護氣氛爐、可控氣氛爐、離子滲氮爐等占比例不足20%，盡管如此，這些先進加熱設(shè)備由于管理和操作者的素質(zhì)不高，并未充分發(fā)揮設(shè)備應(yīng)有作用。

　　因此，對熱處理加熱爐技術(shù)改造勢在必行。要推廣新技術(shù)、開發(fā)新工藝材料、培訓(xùn)職工提高行業(yè)員工素質(zhì)。熱處理工藝裝備的更新工作亦相當(dāng)繁重，在推廣采用新型的真空加熱設(shè)備和保護氣氛、可控氣氛加熱設(shè)備的同時，對傳統(tǒng)的現(xiàn)役老舊加熱設(shè)備進行技術(shù)改造同樣重要。選擇切實可行有實用方案和技術(shù)改造措施，加以推廣，可為企業(yè)和國家創(chuàng)造可觀的財富。

　　天然氣是最佳能源合理選擇能源是熱處理設(shè)備節(jié)能要考慮的首要問題。熱處理的能源一般可分為電能和燃料兩大類。用電或用燃料，以及用何種燃料取決于生產(chǎn)成本，能源供應(yīng)條件，操作與控制的難易程度、可靠性，熱處理工藝的特性和對生態(tài)環(huán)境影響等綜合因素。

　　電加熱干凈，溫度易控制，輔助設(shè)施少，操作簡便是其優(yōu)點。用電阻爐加熱理論上可獲得70%~~80%的熱利用率，但電是二次能源，考慮到發(fā)電的效率，電阻爐的綜合熱利用率不超過30%。電能價格高，從而生產(chǎn)成本也高。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水電和核電比重的增加，在國際上電能的價格有相對降低的趨向，所以，當(dāng)前國際上的動向還是采用電能的比重逐步增加。

　　用燃料比用電便宜，但其燃燒過程較為復(fù)雜，同時用燃料比用電會造成較多的環(huán)境污染。但隨著控制技術(shù)的進步，使氣代電和液體燃料爐溫度實現(xiàn)精確控制成為可能。

　　天燃氣是一次能源，熱處理爐除直接燃燒可獲得至少30%的熱效率外，煙道氣廢熱還可用來預(yù)熱燃燒，用空氣、回火爐加熱、清洗液和淬火油的加熱以及其他生活用途，使絕對的熱利用率可達到80%以上。目前，先進工業(yè)國家的熱處理燃料爐占有相當(dāng)比重。

　　據(jù)調(diào)查，西歐國家熱處理用燃料爐的比重占20%~30%，美國占25.5%，而日本燃料爐主要用重油、煤油、液化氣和城市煤氣總共占61.4%。

　　近10年來，我國天燃資源勘探有重大突破。將為熱處理行業(yè)創(chuàng)造非常便利的用氣條件。廣大企業(yè)應(yīng)看到熱處理能源變化的這種有利前景，在熱處理生產(chǎn)技術(shù)改造和設(shè)備的更新中充分地考慮和利用。

　　圓形爐節(jié)能效果明顯企業(yè)通常是從工藝要求、工件形狀和尺寸、生產(chǎn)批量出發(fā)來選擇爐型。從熱處理能源利用角度看，要考慮加熱爐的效率，密封性和爐子外形。當(dāng)工件批量大、品種單一時，應(yīng)采用連續(xù)式爐。在相同爐膛容積下，圓(柱)形爐比方形爐節(jié)能效果明顯。

　　降低熱損失的有效方法

　　減少加熱設(shè)備的熱損失是提高加熱效率的主要途徑。減少加熱爐熱損失的方法有：

　　減少爐壁散熱，提高爐襯材料的隔熱能力和減少其蓄熱量，增加爐密封性、減少傳動件和料筐、料盤帶走的熱量等。

　　1.減少加熱爐的散熱量的有效方法首先是減少爐子的表面積。當(dāng)其他條件相同時，爐子的散熱損失和爐壁表面積成正比。圓柱形爐的外表面比箱型爐小近14%，外壁溫度低10℃，可使?fàn)t壁散熱約減少20%，爐襯蓄熱減少，使被處理工件的單位能耗降低7%。

　　因此，目前最新式的周期式和連續(xù)式加熱爐都改成了圓柱形。

　　2.減少爐襯蓄熱的方法是采用質(zhì)量熱容和密度小的絕熱耐火材料。陶瓷纖維俗稱硅酸鋁纖維，是一種理想的新型節(jié)能耐火材料。由于陶瓷纖維的導(dǎo)熱率小，在同樣爐膛和爐襯尺寸，相同爐溫的情況下，爐外壁溫度要比重質(zhì)磚和輕質(zhì)耐火磚低得多。陶瓷纖維爐襯的升溫時間僅為輕質(zhì)火磚和粘土爐襯的升溫時間五分之一到六分之一。當(dāng)加熱爐經(jīng)常為斷續(xù)運轉(zhuǎn)時，采用陶瓷纖維煽動襯顯然是特別有利的。一方面爐子的快速升溫，縮短了輔助時間，另一方面大量降低蓄熱、顯著減少了能源消耗。采用陶瓷纖維爐襯使空爐升溫時間減少六分之一，節(jié)約燃料50%。

　　3.對各種類型的加熱爐，用在加熱夾層、料盤，料筐所需的熱能比重為18%~29%。所以減輕夾具，料盤重量對于提高加熱效率有重要意義。減少重量的途徑之一是改善夾具，料盤的結(jié)構(gòu);之二是合理選用材料。實踐證明，用優(yōu)質(zhì)耐熱鋼制造夾具和料盤從延長使用壽命和節(jié)能意義上是合算的。例如日本日立建筑機械廠改進了密封箱式爐的料盤結(jié)構(gòu)，減輕了重量，使從原來每盤裝200個軸類件增加到每盤裝300個，可節(jié)電20%。節(jié)約丙烷500kg。美國TRW公司對在真空熱處理的工件和料盤的重量比，經(jīng)改進后達到300%。

　　該廠過去用的料盤和立柱共重630kg，改用鉬棒制造后僅生225kg，并使整盤料的加熱時間由8h減為6h。

　　連續(xù)式爐的輸送帶自爐中轉(zhuǎn)出后在大氣中繞多周冷卻后，再進入爐中加熱。減輕輸送重量，即可節(jié)約加熱輸送帶上的大量熱能。從這個意義上看，振底式爐、輥底式爐和網(wǎng)帶式爐比鏈板式爐在節(jié)能方面優(yōu)越。

　　廢熱可充分利用使用各種燃料的燃料爐的廢熱利用的潛力很大。從爐中排出的廢氣溫度比爐子指示溫度至少要高50℃。最后排出的廢氣溫度愈高，爐子的熱損失愈大。

　　燃料過程需要大量空氣，利用燃料廢氣熱量來預(yù)熱空氣是燃燒爐的最大節(jié)能措施。例如廢氣溫度為900℃時，空氣燃料比為1:4。廢氣帶走的熱損失率為50%。如果用此廢氣把空氣預(yù)熱到250℃，可節(jié)約15%的燃料，使22%的廢氣熱量得到回收。由此可知，空氣預(yù)熱溫度愈高、燃料節(jié)約率也愈大。