目前我國熱處理加熱設(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15萬臺(tái)，總裝機(jī)容量約為1125kw，約占全國用電量的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)測方法》中作了規(guī)定。

(1)測試方法

1)產(chǎn)品可比用電單耗的測試與計(jì)算

        ①在測試期內(nèi)，測算以下參數(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測試周期的總折合質(zhì)量m：按式(1)計(jì)算：

        M₂：Σⁿ_i=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)

單件產(chǎn)品(工件)質(zhì)量 噸／件	>0.3	0.1~0.3	<0.1
K1	1.0	1.2	1.5

 

表2   產(chǎn)品（工件）類別折算系數(shù)

產(chǎn)品（工件）類別	工模具類	一般工件類
K2	1.2	1.0

 

表3    熱處理溫度折算系數(shù)

熱處理工藝	滲碳 滲氮	鹽浴	鋁合金淬火	鋼材 淬火	退火保溫 時(shí)間>20h	退火保溫 時(shí)間10~20h	正火、退火保溫時(shí)間<10h
K4	2.0	1.5	1.1	1.1	1.7	1.3	1.0

 

     (2)工業(yè)熱處理電爐節(jié)能監(jiān)測合格指標(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測定和計(jì)算得出的結(jié)果，應(yīng)有b_k≤0.6000kw·h/kg。

按上述測試方法計(jì)算出各熱處理工藝可比用電單合格指標(biāo)如下表所示

工藝	可比用電單合格指標(biāo)
滲碳	1200
淬火	660
正火	600
退火	600-1200
滲氮	1200
鹽浴淬火	900

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

爐型	額定溫度℃	表面溫升△Ө9n
		爐殼	爐門或爐蓋
箱式電阻爐	750 950 1200 1350 1500	≤50 ≤50 ≤80 ≤80 ≤100	≤50 ≤80 ≤100 ≤100 ≤100
臺(tái)車式電阻爐	950	≤50	≤100
井式電阻爐	950 1200	≤50 ≤80	≤100 ≤130
低溫井式回火爐	650	≤50	≤100
井式氣體滲碳爐	950	≤50	≤100
電極鹽浴爐	≤850 1300	≤60 ≤90	-- --
密封箱式多用爐	950	≤55	≤55
網(wǎng)帶爐	950	≤55	≤55
推桿爐	950	≤50	≤50
真空爐	300	≤30	≤30

2.我國熱處理爐實(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)測單耗及平均熱效率（日本）

工藝名稱	平均熱效率(％)	單位重量電耗(kW·h／t)	測試爐數(shù)
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	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	54.3	323	100

 

雖然由于計(jì)算方法和作業(yè)班次不同(在我國除少數(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、氮?jiǎng)荨⒀鮿莸膫鞲衅骱蛨?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)�遠(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僅為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。