目前我國(guó)熱處理加熱設(shè)備主要以電加熱為主，電加熱設(shè)備占90％以上，其它加熱能源還有天然氣、發(fā)生爐煤氣、液化氣及重油等。現(xiàn)有電加熱設(shè)備(以75kw為一標(biāo)臺(tái)計(jì)算)約15萬(wàn)臺(tái)，總裝機(jī)容量約為1125kw，約占全國(guó)用電量的1％。
1、熱處理設(shè)備能耗及能效技術(shù)指標(biāo)
反映熱處理設(shè)備能耗的技術(shù)指標(biāo)有單耗、表面溫升、空爐升溫、空爐損失、空爐升溫能耗等，生產(chǎn)中比較常用考核指標(biāo)為單耗和表面溫升。在GB／T15318《工業(yè)熱處理電爐節(jié)能監(jiān)測(cè)方法》中作了規(guī)定。
(1)測(cè)試方法
1)產(chǎn)品可比用電單耗的測(cè)試與計(jì)算
①在測(cè)試期內(nèi)，測(cè)算以下參數(shù)：
a．實(shí)際生產(chǎn)耗電量
在一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)供給該電爐本體加熱元件的電能量和直接用于生產(chǎn)工藝的輔助設(shè)備的耗電量合計(jì)為實(shí)際消耗電能量w，kW·h。
b．產(chǎn)品的實(shí)際質(zhì)量
該電爐本次熱處理的各種合格產(chǎn)品(工件)的實(shí)際質(zhì)量m,(kg),其中：I=1，2．3…n，為產(chǎn)品(工件)品種。
②測(cè)試周期的總折合質(zhì)量m：按式(1)計(jì)算：
M2：Σni=1k1·k2·k3·k4········(1)
式中：
K1——產(chǎn)品(工件)單件質(zhì)量折算系數(shù)，按表1確定；
K2——產(chǎn)品(工件)類別折算系數(shù)，按表2確定；
K3——熱處理溫度折算系數(shù)，按表3確定；
K4——熱處理工藝折算系數(shù)，按表4確定。
表1（工件）單價(jià)質(zhì)量折算系數(shù)
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單件產(chǎn)品(工件)質(zhì)量
噸／件
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>0.3
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0.1~0.3
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<0.1
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K1
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1.0
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1.2
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1.5
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表2 產(chǎn)品（工件）類別折算系數(shù)
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產(chǎn)品（工件）類別
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工模具類
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一般工件類
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K2
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1.2
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1.0
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表3 熱處理溫度折算系數(shù)
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熱處理工藝
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滲碳
滲氮
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鹽浴
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鋁合金淬火
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鋼材
淬火
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退火保溫
時(shí)間>20h
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退火保溫
時(shí)間10~20h
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正火、退火保溫時(shí)間<10h
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K4
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2.0
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1.5
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1.1
|
1.1
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1.7
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1.3
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1.0
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③測(cè)試周期內(nèi)的合格產(chǎn)品的可比用電單耗叫kw·h／kg)按式(2)計(jì)算：
bk：W／m2………………………………(2)
2）爐體表面溫升的測(cè)定
① 用溫度測(cè)量?jī)x表測(cè)量電爐最高工作溫度下的熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)爐體外表面任意測(cè)量點(diǎn)的溫度與特定環(huán)境溫度之差，即表面溫升△Ө（℃）。
②爐體表面溫度測(cè)量點(diǎn)應(yīng)分別在爐殼（指?jìng)?cè)壁和爐頂）、爐門（或爐蓋）任選3-5點(diǎn)，但不得在距爐口（指爐門口、爐蓋口、加熱元件和熱電偶引出孔等）和穿透爐襯的緊固件的周圍30cm范圍之內(nèi)。
③
外表面任意測(cè)量點(diǎn)的溫度與特定環(huán)境溫度之差，即表面溫升△9(℃)
度計(jì)不直接受電爐及其它熱源影響時(shí)，測(cè)得的環(huán)境溫度。
(2)工業(yè)熱處理電爐節(jié)能監(jiān)測(cè)合格指標(biāo)
① 產(chǎn)品可比用電單耗應(yīng)符合一下要求：
對(duì)于一個(gè)生產(chǎn)周期，按5.2.1~5.2.3測(cè)定和計(jì)算得出的結(jié)果，應(yīng)有bk≤0.6000kw·h/kg。
按上述測(cè)試方法計(jì)算出各熱處理工藝可比用電單合格指標(biāo)如下表所示
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工藝
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可比用電單合格指標(biāo)
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滲碳
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1200
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淬火
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660
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正火
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600
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退火
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600-1200
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滲氮
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1200
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|
鹽浴淬火
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900
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② 爐體外表面溫升應(yīng)符合一下要求：
a. 對(duì)于在額定溫度下工作的電爐，表面溫升應(yīng)符合表6的要求。
表6表面溫升規(guī)定值
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爐型
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額定溫度℃
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表面溫升△Ө9n
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|
爐殼
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爐門或爐蓋
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箱式電阻爐
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750
950
1200
1350
1500
|
≤50
≤50
≤80
≤80
≤100
|
≤50
≤80
≤100
≤100
≤100
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臺(tái)車式電阻爐
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950
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≤50
|
≤100
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井式電阻爐
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950
1200
|
≤50
≤80
|
≤100
≤130
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低溫井式回火爐
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650
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≤50
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≤100
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|
井式氣體滲碳爐
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950
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≤50
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≤100
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電極鹽浴爐
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≤850
1300
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≤60
≤90
|
--
--
|
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密封箱式多用爐
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950
|
≤55
|
≤55
|
|
網(wǎng)帶爐
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950
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≤55
|
≤55
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|
推桿爐
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950
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≤50
|
≤50
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真空爐
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300
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≤30
|
≤30
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2.我國(guó)熱處理爐實(shí)際能耗及能耗分析
根據(jù)上海市第一機(jī)電工業(yè)局對(duì)所屬96個(gè)熱處理廠點(diǎn)的測(cè)定數(shù)據(jù)見表7，由表7可知，1981年熱處理平均單耗為859.6kW·h/t。82年熱處理平均單耗為797kW·h/t，比1981年下降了7.2%。1983年二季度平均單耗為750kW·h/t，比1982年有下降了5.9%
日本工業(yè)爐協(xié)會(huì)1978年提出的報(bào)告中，選擇了各種熱處理工藝總數(shù)為100爐次的測(cè)試數(shù)據(jù)，其單位電能消耗和平均熱效率值如表8所示。表8系根據(jù)測(cè)試爐數(shù)共100爐的數(shù)據(jù)，計(jì)算出各種工藝的平均單位電耗為323kW·h/t，平均熱效率為54.3&。
表8各種熱處理工藝實(shí)測(cè)單耗及平均熱效率（日本）
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工藝名稱
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平均熱效率(％)
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單位重量電耗(kW·h／t)
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測(cè)試爐數(shù)
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滲 碳
碳氮共滲
滲碳淬火
光亮淬火
淬 火
正 火
退 火
光亮回火
回 火
球化退火
滲 氮
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24.7
35.0
52.7
48.7
64.2
78.4
46.9
94.9
61.6
52.2
25.4
|
936
418
345
367
255
200
356
158
157
233
391
|
6
1
31
11
2l
4
4
1
14
2
3
|
|
平 均
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54.3
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323
|
100
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雖然由于計(jì)算方法和作業(yè)班次不同(在我國(guó)除少數(shù)工廠外，大都在雙休日停爐。而在日本，除了爐子需要維修外，一般都是長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行)，與日本的平均單耗不能直接比較，但可看出肯定是有差距的。實(shí)際上，機(jī)電行業(yè)在上海地區(qū)節(jié)能工作還是比較好的，其它行業(yè)的單耗，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過此數(shù)。因此從全局來看在降低單耗和節(jié)約能源方面，還有大量工作可做。
就熱效率來看，我們實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)更低，據(jù)上海市機(jī)械工業(yè)工藝專業(yè)化協(xié)調(diào)小組的測(cè)定，已經(jīng)過改造的箱式電爐(采用0.6超輕質(zhì)耐火材料，在保溫層之間還有40mm的硅酸鋁耐火纖維)，其熱效率平均為35.4％。而鹽浴爐(埋入式電極)在860-880~C加熱淬火處理三卡圓錐齒輪時(shí)，熱效率僅為13.7％，在處理機(jī)床零部件時(shí)，熱效率也不過16.8％。至于氣體滲氮的熱效率更低，僅7.5％。因此，改造爐子，減少熱損失，增加裝載量，以提高熱效率，降低單位重量的能耗，是大有潛力可挖的。就以某臺(tái)滲氮爐為例，在大修時(shí)更換了全部爐襯(改為0.6超輕質(zhì)磚)，由于減少了爐體的蓄熱量，改善了保溫效果，同時(shí)加快了升溫速度，熱效率也有所提高。單耗從每噸1450kW．h降1000kW·h左右。熱效率提高了約1／3。
3．節(jié)能措施
(1)采用經(jīng)過準(zhǔn)確的熱傳導(dǎo)計(jì)算合理設(shè)計(jì)的加熱裝置讓算機(jī)，主要依靠實(shí)現(xiàn)使用燃料和電能的合理化。
目前已出現(xiàn)從發(fā)熱體——爐料系統(tǒng)出發(fā)，并與穩(wěn)定型和非穩(wěn)定型熱流現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)的，可以準(zhǔn)確反映這一過程的數(shù)學(xué)模型。
(2) 采用爐氣耗密控制裝置。直接控制爐氣碳勢(shì)、氮?jiǎng)荨⒀鮿?shì)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可節(jié)約百分之幾的燃料和電能。
(3)采用新型絕熱材料(如陶瓷纖維)，可減少20％以上的熱損失，如用在周期式加熱爐上，則效果更為顯著。
(4)采用直接加熱工件的方法和發(fā)熱體，以減少蓄熱損失和輻射損失，也可有效的節(jié)約能源。例如用高頻感應(yīng)加熱設(shè)備加熱工件，以及將工件作為負(fù)載，直接通電(低電壓、高電流)加熱大型螺旋彈簧，進(jìn)行熱處理。
(5)改進(jìn)料盤、夾具的結(jié)構(gòu)，減輕耐熱鋼重量，增加強(qiáng)度以減少料盤，夾具的無效加熱損耗。例如西歐的網(wǎng)帶式傳送帶爐型的發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計(jì)可節(jié)約10％—25％的熱能。
在加熱過程中的無效消耗多。如井式爐、滲碳爐、連續(xù)式推桿爐，以及可控氣氛多用爐—上使用的馬弗罐、裝料筐、料盤以及懸掛工件的工夾具、吊具尺寸過大，耐熱鋼構(gòu)件過厚，其重量有時(shí)甚至?xí)h(yuǎn)遠(yuǎn)超過加熱工件重量。例如常用的JT—35A井式氣體滲碳爐，其鉻錳氮耐熱鋼鑄件總重競(jìng)達(dá)481．1k2(包括爐罐、爐底托架、爐內(nèi)料筐及其風(fēng)扇等)，而最大的工件裝載量?jī)H為100kg。前者超過工件重量4．8倍。致使至少有10％—20％的能源是白白浪費(fèi)掉的。
(6)推廣和選用熱效高的爐型。
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