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热处理工艺创新对节能降耗的贡献

节能降耗是每个企业的社会责任,更是每一位热处理工作者需要树立的理念,贯穿整个工作过程并起着指导作用。2013年在《金属加工(热加工)》增刊上“洁净生产是热处理者的责任”一文中总结性的阐述了节能降耗的几个方法。本文从几个实例总结了工艺创新为节能降耗带来的成果。


1.热处理工装挂具的轻量化

提到热处理工装挂具,人们的第一反应就是增加成本,其实不然,综合成本应该用性价比来衡量,包含挂具的材料价格、挂具使用寿命、挂具重量、零件装量、产品质量、节能、劳动强度等多方面因素考虑。选用新材料的耐热钢因为强度好,可以优化挂具结构,最大程度的减少了挂具的重量,增加了每盘零件的装量。挂具重量减轻,减少了加热能耗;挂具重量减轻,减轻了工人劳动强度。新材料耐热性能好,使用寿命大大提高。新老挂具的性价比见表1。

表1   两种挂具的性价比比较(两种轴类挂具)

零件

挂具

挂具价格/元·kg

寿命/月

挂具重量/kg

零件装量件/盘

性价计算

性价比值

A

零件

180

24

7.35

33

(24*33)/(180*7.35)=0.587

0.587/0.088

=6.67

105

12

39

30

(12*30)/(105*39)=0.088

B

零件

180

24

10.2

35

(24*35)/(180*10.2)=0.458

0.458/0.100

=4.58

105

12

21.4

32

(12*32)/(180*21.4)=0.100

选用质量稳定可靠的工装挂具还能提高产品质量。总所周知,因工装挂具断裂导致的设备故障是热处理设备的常见故障之一,挂具断裂、散架产生的零件磕碰,设备停台炉内产品的后续返修返工变形,零件报废等质量损失,由于返修还产生了能源的消耗和人力成本的增加。


2.直接淬火工艺的创新

对于低合金渗碳钢,零件渗碳工艺流程一般为加热→渗碳→降温→淬火→回火,零件组织性能均能保证。但对于中高合金渗碳钢为了得到合格的组织性能,常规的零件渗碳工艺流程中需要增加二次加热工序甚至再增加高温回火工序,工艺流程为加热→渗碳→降温→高温回火→加热→保温→淬火→回火。20CrNi3、17CrNiMo6、SAE4820H(20Ni4Mo)等材质通过工艺改进,严格控制渗碳浓度,淬火温度实现了渗碳后直接淬火的工艺。


3.科学生产节能降耗显著

热处理电能消耗占各企业电耗的50%以上。在日常生产中,热处理设备如果频繁的升、降温,不仅电能浪费大而且对设备造成的损害也很大。对于渗碳设备在每次开炉后还要恢复炉气,不仅造成了辅料的浪费,而且增加了废气的排放。实现科学生产,合理调整生产组织是节约能源的重要途径之一。科学生产的途径如根据产能合理配比设备类型,设备数量,均衡生产,提高有效渗碳时间,减少空耗等。


管理中将提高每台设备的有效利用率,减少空耗强制纳入每位热处理工作人员的绩效考核中,使每位热处理工作者的出发点成为在提高产品质量的前提下,做到节能、降耗、降低劳动强度。有周期炉和连续炉的单位,为了提高有效渗碳效率,将深层零件尽可能安排在周期炉上生产,浅层零件安排在周期炉生产,有效渗碳时间对比见表2、表3。

表2周期炉上生产有效渗碳时间的对比

零件层深

升温/h

渗碳/h

降温/h

有效时间比

深层深A零件

1.5

8

2.5

8/(1.5+8+2.5)=4/6

浅层深B零件

1.5

4

2.5

4/(1.5+4+2.5)=3/6

表3连续炉上生产有效渗碳时间的对比

零件层深

升温(料盘数5)/min

渗碳(料盘数16)/min

降温(料盘数7)/min

有效时间比

深层深A零件(周期30min)

30*5

30*16

30*7

30*16/(30*5+30*16+30*7)=4/7

浅层深B零件(周期15min)

15*5

15*16

15*7

15*16/(15*5+15*16+15*7)=4/7

从表2可见,渗碳有效时间随层深的加深而增长。从表3可见,有效渗碳时间只与连续炉结构有关,和层深深浅无关。


4.催渗工艺的使用

在不降低产品质量的前提下,提高零件的渗碳速度也是实现节能降耗的有效途径之一。催渗工艺可实现两个目的,一是提高渗碳速度,减少渗碳时间,提高产能10%~15%;二是降低渗碳温度,减少零件变形,提高产品质量,在强渗时间相同下温度降低20℃。附加优点还有节能、降耗、减少废气排放,减少设备、厂房、人员的投资。


5.提高零件强度,提高零件使用寿命

通过合理选择零件材料,合理选择热处理工艺规范,制定最优化的工艺参数提高零件的强度和硬度等一系列力学性能,延长零件的使用寿命,是零件寿命达到一个顶几个的要求,如果能够提高零件寿命一倍,就等于产量翻番。这样,不仅可以减少热处理消耗的能源,而且也节约了材料成本,省去了零件加工过程如机加工、锻造加工、锻热加工、运输、等环节的费用。也充分体现了热处理环节的重要性和热处理工作者的责任。


6.结语

工艺创新与节能降耗、节能减排、洁净生产密不可分,工艺创新途径很多,从提高产品质量、节能、降耗、减排、减少劳动强度等方面着手,积极采纳新工艺、新材料节能降耗,提高资源利用率。

来源:热处理生态圈

作者:闫京芳

单位:陕西法士特汽车传动集团公司

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