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锻造车间节能减排措施浅谈

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[LV.2]偶尔看看I

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初级锻造工

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发表于 2023-12-31 10:25:57 | 显示全部楼层 |阅读模式

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文/机械工业第六设计研究院有限公司,魏丽、窦照亮

在我国经济快速增长的形式下,资源紧缺、环境污染的压力越来越明显,国家对节能、环保日益重视,尤其对工业企业的节能减排提出了明确的要求。锻造工业在制造领域起着举足轻重的作用,但锻造又在工业制造中扮演着高能耗的角色。炉子燃耗是锻造车间的主要能源消耗。据统计,模锻车间中燃耗占车间各种能源比例在50%以上,大型自由锻车间占比可达80%以上。另外,锻造设备的能耗仅次于炉子燃耗,约占锻造总能耗的40%。因此控制锻造燃耗和锻造设备节能改造是锻造车间节能的主要措施。

1 锻造燃耗控制措施

1.1 锻造加热工艺的改进
1)采用热装炉工艺。热料装炉是进行大锻件加热的有效措施,即从铸钢车间浇注完成的钢锭不经过冷却直接运送至锻造车间入炉加热,一般入炉温度控制在600℃以上。与冷料装炉相比,可节能40%左右。
2)快速加热。快速加热为普通加热速度的5 倍,主要适用于碳钢、低合金钢锻件,可缩短加热周期、减少加热氧化损耗,提高加热质量,降低燃料消耗。
3)感应加热。采用感应加热炉是模锻车间节能降耗的重要措施,主要适用于大批量生产且毛坯截面尺寸变化不大的模锻件生产,与普通火焰炉相比,感应加热炉热效率可大50%~60%,氧化烧损仅为0.5%,生产效率可提高10%~30%。

1.2 锻造加热设备的改造
一般锻造炉热效率为20%~40%,燃料燃烧所产生的热量几乎有65~85%通过各种途径损失掉了,因此提高锻造炉的热效率是锻造炉设备节能改造的关键,目前常见的锻造加热炉改造措施有:
1) 燃料炉中排出的烟气温度高达600~120℃,带走的热量占总热量的30%~70%,对这部分热量的回收利用是锻造车间节能的重要途径。增加一次风循环余热系统,利用烟气余热对助燃空气和气体燃料进行加热,这样外界冷空气进入炉膛时经过预热后能达到300~400℃。一般认为,每提高空气预热温度100℃,可节约燃料5%左右,提高炉子生产能力2%左右。
2) 在炉子中采用硅酸铝耐火纤维作炉体内衬或夹层,这样炉子升温快,缩短了工件加热时间,延长炉子保温时间,减少炉子热损失,可节约煤气25%~30%,节约天热气15%~20%。
3) 利用气体分析仪测定O2 或CO2 量,调整空气比,降低废气带走的热量,以达到节能的目的。
4) 优化改造炉型,采用平焰烧嘴加热,同等燃料条件下,其加热速度快,加热时间短。
5) 采用多点下排烟方式,既避免了部分烟气的浪费,又促使烟气与工件充分接触,对烟气余热进行了回收利用。
6) 采用连续比例控温+ 脉冲燃烧控温方式进行炉温的智能控制,提高温控精度,降低热烧损率,降低锻件加热能耗。这种温控方式适合应用在有锻造工艺温度曲线要求的锻造加热炉上。

1.3 锻件锻后余热热处理
锻件的常规热处理大多是在锻件冷却到室温后,再按工艺规程将其重新加热进行的热处理。若将锻造和热处理相结合利用锻件锻后余热热处理,则省去再次加热的工序,可大量节省加热能源。目前,常见的锻后热处理工艺有:锻造余热淬火和锻造余热等温正火。
1) 利用锻件的余热在介质中淬火,一般在820~900℃左右立即入淬火介质急冷以获得淬火组织,并在合适的温度下回火,代替亚共析钢正火和调质的奥氏体化重新加热过程或过共析钢的球化退火的长时间加热过程,能显著节约能源。另外,采用锻造余热淬火工艺时,锻坯的加热一般采用连续加热炉,与锻造车间通常采用的周期式炉相比,热效率要高,燃料消耗低。
2) 在锻后利用锻件余热、精确控制冷却的正火和等温正火方面已有很多学者进行了研究,并也取得了创新性成果。测试表明,与目前国内企业广泛使用的普通正火或等温正火相比,利用余热精确控制等温正火的锻件,每吨锻件可节约电能400kW·h,而且产品质量有了大幅提高。

2 锻造设备的改造

2.1 蒸空锤电液改造技术
我国锻造业目前所使用的锻压设备,多为机械压力机、锤、液压机,其中锤类设备最常用的为蒸(空) 气锤。这种锤是锻造生产中主要的设备之一,能量利用率很低,仅为3%左右。加之工作时产生巨大噪声,使地基产生剧烈振动。这种噪声和振动往往大大超标,对操作工人及周边环境产生严重危害和污染。蒸空锤电液改造技术是解决上述蒸空锤不足的有效方法,目前我国电液改造技术已经成熟可靠。蒸空锤电液改造主要是去掉原用汽缸,换上电液传动的驱动头,原有的锤架不变,改装后锤的操作习惯和使用功能基本不变,而振动小,安全可靠,能源利用率可以提高到20%,改造后的电液锤与原蒸空气动力锤相比节能80%以上。在非采暖区,采用电液锤后,可以取消锅炉房,原锅炉用电就可以作为电液动力头用电,全部燃烧煤就节省下来;同时取消了原煤、灰渣的存放和运输费,能腾出大块面积加以利用;因不烧煤,对环境不污染,不要操作工,可大大降低锻件生产成本,具有良好的经济效益和社会效益。

2.2 自由锻液压机节能改造
采用正弦油压泵控直传系统,效率比水泵蓄势器传动要高0.5~1.5倍,振动小,管道布置紧凑,操作系统方便灵活,成本低,热态锻造精度高,平均功率损耗降低30%以上,大大缩短作业时间,减少加热次数,降低能耗。

2.3 采用电动螺旋压力机代替摩擦压力机
电动螺旋压力机能耗量低,电击容量值相当于同等能力摩擦压力机的33%,钢材利用率高,成形速度均匀,磨具寿命长,生产率高。

3 其他节能措施
1) 锻造车间余热二次回收利用。在上述加热炉改造措施中通过增加预热器利用余热加热助燃空气后,出预热器的烟气温度一般还在200~800℃之间,对这部分热量再次利用称为余热二次回收利用技术,可把烟气温度降到约100~15℃,回收的余热进行综合利用,在寒冷的冬季用于采暖和制取生活热水。随着国家对节能减排的大力推进,余热二次回收利用技术在锻造行业中的应用将越来越广泛。
2) 采用锻造机械化设备。根据具体生产情况,配备相应的锻造操作机、装出料机等机械化设备,减少生产辅助时间,提高设备使用效率,提高生产率,从而降低每吨锻件的设备能耗。

4 结语
锻造行业节能势在必行,作为锻造工艺设计人员,在设备选型中要尽量选用节能环保经济型设备;在充分考虑先进节能技术的前提下,采用科学的工艺布局、合理的工艺流程,建设现代绿色化锻造车间。
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