近20年国内研制及引(yǐn)进具有先进水(shuǐ)平的少、无氧化加热炉,如真空炉、保护(hù)气氛炉、可控气氛炉、离子渗氮炉等占比例不足(zú)20%,尽管如此,这些先进加(jiā)热设备(bèi)由于管理和操作者的素质不高,并未充分发挥设备应有作用。
因此,对热处理加(jiā)热炉技术改造势在必行。要推广新技术、开发新工(gōng)艺材(cái)料、培训职工提(tí)高行业员工素质。热处理工艺(yì)装(zhuāng)备的更新工作(zuò)亦相当繁重(chóng),在(zài)推广采用(yòng)新型的真空加热设备和保护气氛、可控气氛加热设备的(de)同时(shí),对传统的现役老(lǎo)旧加热设备进行技术(shù)改造同样重要。选择(zé)切实可行有(yǒu)实用方案和技术改造措施,加以推广,可为(wéi)企业和国家创造(zào)可观的财富。
天(tiān)然气是最佳能源合理选(xuǎn)择能源是热处理设备节能要(yào)考虑的首要问题。热处理的能(néng)源一般可分为电能和燃料(liào)两大类。用电或用燃料,以及(jí)用何种燃料取决于生产成本,能源供应条件,操作与控制的难易程度、可靠性,热处(chù)理工艺的特(tè)性和对生态环境影响等综合因素(sù)。
天(tiān)然气是最佳能源合理选(xuǎn)择能源是热处理设备节能要(yào)考虑的首要问题。热处理的能(néng)源一般可分为电能和燃料(liào)两大类。用电或用燃料,以及(jí)用何种燃料取决于生产成本,能源供应条件,操作与控制的难易程度、可靠性,热处(chù)理工艺的特(tè)性和对生态环境影响等综合因素(sù)。
电加热干净,温(wēn)度易控制,辅助设(shè)施少,操作简便是其优点。用(yòng)电阻炉加热理论上可获得70%~~80%的热(rè)利用率,但电是二次能源,考虑到发电的(de)效率,电阻炉的综合(hé)热利用率不超过30%。电能价格高,从而生产成(chéng)本也高。由于科学技术的发(fā)展,水电和核电比重的(de)增加,在国际上(shàng)电能的价格有相对降低的(de)趋向,所以,当前国际上的动向还是(shì)采用电能(néng)的比重逐步增加。
用燃料比(bǐ)用电便宜,但其燃烧过程较为(wéi)复(fù)杂,同时用燃料比用电会造成较多的环境污染。但随着控(kòng)制技术的进步,使气代(dài)电和液体燃料炉温度实现精确控(kòng)制成为可能。
天燃气是一次能源,热处(chù)理炉除直接燃烧可获得至少30%的热效率外,烟道气废热还可用来预热燃烧,用空气、回火炉加(jiā)热、清洗液和淬火油的加热以及其他生(shēng)活用途,使绝对的热利用率可(kě)达(dá)到80%以上。目前,先进工业国家的热处理燃料炉占有相当比重。
据调查,西欧(ōu)国(guó)家热处理用燃料炉(lú)的比重占20%~30%,美国占25.5%,而日本(běn)燃料炉主要用重油(yóu)、煤油、液化气(qì)和(hé)城(chéng)市煤气总共占61.4%。
近10年来,我(wǒ)国天燃资(zī)源勘探有重大突破。将为热处理行业创造非常便利的用气(qì)条件。广大企业应(yīng)看到热处理能源变化的这种(zhǒng)有利前景,在热处理生产技术改造和设备的更新中充分地(dì)考虑和利用。
圆形炉节能效果(guǒ)明(míng)显企业通常(cháng)是从工艺要求、工件(jiàn)形状和尺寸、生产批量(liàng)出发来选择炉型。从热处理能源利用(yòng)角度看,要考虑加热(rè)炉的效率,密封性和炉子外(wài)形。当工件批量大、品种单一时,应采用连续(xù)式炉。在相同炉膛容积(jī)下,圆(柱(zhù))形(xíng)炉比方形炉节能效果明显。
降低热损失的有效方法
减少(shǎo)加热设备的(de)热损失是提高加热效率的主要途径。减少加热炉热损失的方法有:
减少炉壁散热,提高炉衬材料的隔热能力和减少(shǎo)其蓄热量(liàng),增加炉密封(fēng)性、减少传动件和(hé)料筐、料盘带走的热量等。
1.减少(shǎo)加热炉的散热量的有效方法首先是减少炉子的表面积。当其他条件相同时,炉子的散热损失和炉壁表面积成正比。圆柱形(xíng)炉的外表面比箱型炉小近14%,外壁温度低10℃,可使炉(lú)壁散热约减少20%,炉衬蓄热减少,使被处理工件的单位(wèi)能耗降低7%。
因此,目(mù)前最新式(shì)的周期式和连(lián)续式加热炉都改(gǎi)成了圆柱形。
2.减少炉衬蓄热的方法是采(cǎi)用质量热容和密度小的绝热耐火材料。陶瓷纤维俗称硅(guī)酸(suān)铝纤维,是一种理(lǐ)想的新(xīn)型节(jiē)能耐火(huǒ)材料。由于陶瓷纤维(wéi)的导热率小,在同样炉膛和炉衬尺寸,相同(tóng)炉(lú)温的情况下,炉外壁温度要比重质砖和(hé)轻质耐(nài)火砖低得多。陶(táo)瓷纤维炉衬的升(shēng)温时间仅(jǐn)为轻质火砖和粘土(tǔ)炉衬的升温时间五分(fèn)之(zhī)一到六分之一。当加(jiā)热炉经常为断续运转时,采用陶瓷纤维煽动衬显然是特别有利的。一方面炉(lú)子的快速(sù)升温,缩短了辅助时间,另一方面大量降低蓄热、显著减少了能源消耗。采用陶瓷纤维炉(lú)衬使空炉升温时间减少六分之一,节约燃料50%。
3.对各种类(lèi)型的加热炉(lú),用在加热夹(jiá)层、料(liào)盘,料(liào)筐所需的热能比重为18%~29%。所以减轻(qīng)夹具,料盘重量对于提(tí)高(gāo)加(jiā)热效率有重要意义。减少重量(liàng)的途径之一是改善夹具,料盘的结构;之(zhī)二是合理选用材料。实践证明,用优质耐热钢制造夹具和料(liào)盘从延长使用寿命和节能(néng)意(yì)义上是合算的。例如日本日立建筑机械厂改进了密封箱式炉的料盘结构,减(jiǎn)轻了重量,使从原来每盘装200个轴类件(jiàn)增加到每盘装300个,可节电(diàn)20%。节约丙烷500kg。美国TRW公司对在真空热处理的工件和(hé)料盘的重量比,经改进后(hòu)达到300%。
该厂过去用的料盘(pán)和立柱共重630kg,改用钼棒制造后仅生225kg,并使整盘料的加热时(shí)间由8h减为(wéi)6h。
连续式炉的输送带自炉中转出后在大气中绕(rào)多周冷却后,再(zài)进(jìn)入炉中加(jiā)热。减轻输送重量,即可(kě)节(jiē)约加热输送带上的大量热能。从这个意义上看,振(zhèn)底式炉、辊(gǔn)底式炉和(hé)网带式炉比链板式炉在节能方面(miàn)优越。
废热可充分利(lì)用使用各(gè)种燃料的燃料炉的废热利用的潜力很大。从炉中排出的废气温度比炉子指示温度至(zhì)少要高50℃。最后排出的废气温度愈高,炉子的热损失愈大。
燃(rán)料过程需(xū)要大量空气,利用燃料废气热量来预热空(kōng)气是燃烧炉的最大节(jiē)能措施。例如废气(qì)温度为900℃时,空气燃料比为1:4。废气带走的热(rè)损失率为50%。如果用此废气把(bǎ)空气预热到250℃,可节约15%的燃料,使22%的废气热量得(dé)到(dào)回(huí)收。由此可知,空气预热温度愈高(gāo)、燃料节(jiē)约率也愈大。
用燃料比(bǐ)用电便宜,但其燃烧过程较为(wéi)复(fù)杂,同时用燃料比用电会造成较多的环境污染。但随着控(kòng)制技术的进步,使气代(dài)电和液体燃料炉温度实现精确控(kòng)制成为可能。
天燃气是一次能源,热处(chù)理炉除直接燃烧可获得至少30%的热效率外,烟道气废热还可用来预热燃烧,用空气、回火炉加(jiā)热、清洗液和淬火油的加热以及其他生(shēng)活用途,使绝对的热利用率可(kě)达(dá)到80%以上。目前,先进工业国家的热处理燃料炉占有相当比重。
据调查,西欧(ōu)国(guó)家热处理用燃料炉(lú)的比重占20%~30%,美国占25.5%,而日本(běn)燃料炉主要用重油(yóu)、煤油、液化气(qì)和(hé)城(chéng)市煤气总共占61.4%。
近10年来,我(wǒ)国天燃资(zī)源勘探有重大突破。将为热处理行业创造非常便利的用气(qì)条件。广大企业应(yīng)看到热处理能源变化的这种(zhǒng)有利前景,在热处理生产技术改造和设备的更新中充分地(dì)考虑和利用。
圆形炉节能效果(guǒ)明(míng)显企业通常(cháng)是从工艺要求、工件(jiàn)形状和尺寸、生产批量(liàng)出发来选择炉型。从热处理能源利用(yòng)角度看,要考虑加热(rè)炉的效率,密封性和炉子外(wài)形。当工件批量大、品种单一时,应采用连续(xù)式炉。在相同炉膛容积(jī)下,圆(柱(zhù))形(xíng)炉比方形炉节能效果明显。
降低热损失的有效方法
减少(shǎo)加热设备的(de)热损失是提高加热效率的主要途径。减少加热炉热损失的方法有:
减少炉壁散热,提高炉衬材料的隔热能力和减少(shǎo)其蓄热量(liàng),增加炉密封(fēng)性、减少传动件和(hé)料筐、料盘带走的热量等。
1.减少(shǎo)加热炉的散热量的有效方法首先是减少炉子的表面积。当其他条件相同时,炉子的散热损失和炉壁表面积成正比。圆柱形(xíng)炉的外表面比箱型炉小近14%,外壁温度低10℃,可使炉(lú)壁散热约减少20%,炉衬蓄热减少,使被处理工件的单位(wèi)能耗降低7%。
因此,目(mù)前最新式(shì)的周期式和连(lián)续式加热炉都改(gǎi)成了圆柱形。
2.减少炉衬蓄热的方法是采(cǎi)用质量热容和密度小的绝热耐火材料。陶瓷纤维俗称硅(guī)酸(suān)铝纤维,是一种理(lǐ)想的新(xīn)型节(jiē)能耐火(huǒ)材料。由于陶瓷纤维(wéi)的导热率小,在同样炉膛和炉衬尺寸,相同(tóng)炉(lú)温的情况下,炉外壁温度要比重质砖和(hé)轻质耐(nài)火砖低得多。陶(táo)瓷纤维炉衬的升(shēng)温时间仅(jǐn)为轻质火砖和粘土(tǔ)炉衬的升温时间五分(fèn)之(zhī)一到六分之一。当加(jiā)热炉经常为断续运转时,采用陶瓷纤维煽动衬显然是特别有利的。一方面炉(lú)子的快速(sù)升温,缩短了辅助时间,另一方面大量降低蓄热、显著减少了能源消耗。采用陶瓷纤维炉(lú)衬使空炉升温时间减少六分之一,节约燃料50%。
3.对各种类(lèi)型的加热炉(lú),用在加热夹(jiá)层、料(liào)盘,料(liào)筐所需的热能比重为18%~29%。所以减轻(qīng)夹具,料盘重量对于提(tí)高(gāo)加(jiā)热效率有重要意义。减少重量(liàng)的途径之一是改善夹具,料盘的结构;之(zhī)二是合理选用材料。实践证明,用优质耐热钢制造夹具和料(liào)盘从延长使用寿命和节能(néng)意(yì)义上是合算的。例如日本日立建筑机械厂改进了密封箱式炉的料盘结构,减(jiǎn)轻了重量,使从原来每盘装200个轴类件(jiàn)增加到每盘装300个,可节电(diàn)20%。节约丙烷500kg。美国TRW公司对在真空热处理的工件和(hé)料盘的重量比,经改进后(hòu)达到300%。
该厂过去用的料盘(pán)和立柱共重630kg,改用钼棒制造后仅生225kg,并使整盘料的加热时(shí)间由8h减为(wéi)6h。
连续式炉的输送带自炉中转出后在大气中绕(rào)多周冷却后,再(zài)进(jìn)入炉中加(jiā)热。减轻输送重量,即可(kě)节(jiē)约加热输送带上的大量热能。从这个意义上看,振(zhèn)底式炉、辊(gǔn)底式炉和(hé)网带式炉比链板式炉在节能方面(miàn)优越。
废热可充分利(lì)用使用各(gè)种燃料的燃料炉的废热利用的潜力很大。从炉中排出的废气温度比炉子指示温度至(zhì)少要高50℃。最后排出的废气温度愈高,炉子的热损失愈大。
燃(rán)料过程需(xū)要大量空气,利用燃料废气热量来预热空(kōng)气是燃烧炉的最大节(jiē)能措施。例如废气(qì)温度为900℃时,空气燃料比为1:4。废气带走的热(rè)损失率为50%。如果用此废气把(bǎ)空气预热到250℃,可节约15%的燃料,使22%的废气热量得(dé)到(dào)回(huí)收。由此可知,空气预热温度愈高(gāo)、燃料节(jiē)约率也愈大。