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摘要：热处理车间是我公司事业部的主要耗能单位，有15台电阻加热炉，近年来，热处理车间在能源管理、质量控制、工装改进、设备改造及新技术的应用方面，多项措施并用，有效地提升了能源管理，做到了节能创效。
关键词：热处理车间；节能；工装改进；设备改造
1热处理车间加强节能管理的背景
热处理车间作为我公司事业部的用能大户，占事业部总耗能的22.36%，年耗电量可达55万kW•h。热处理车间现有电阻加热炉15台，其中大型炉窑4台，均在550kW左右，感应淬火设备5台，是车间主要生产设备，承担着公司中小件的毛坯零件调质，以及半成品及成品零件的淬火、渗碳、渗氮、中高频表面淬火等工艺，是公司唯一一条中小件热处理种类齐全的生产线，车间在用炉窑多为III级炉窑，使用年限均在10年以上，都存在不同程度的能耗增加、热衰减增大的问题，车间协同设备部经过多次的维修改造，但在能耗的有效提高方面还存在着一定的差距。
2热处理车间加强节能管理的主要做法
2.1采用多项管理措施，提高能源管理水平
1）推行使用集中热处理生产方式，将精益生产理念贯穿在整个生产组织中。车间对渗碳件、渗氮件、座圈等特殊热处理的零件，与上道工序建立有效沟通渠道，达到及时有效的沟通，做到每月定时开炉，进行集中热处理；同时在毛坯零件投产过程中，积极与投料车间及机加工车间沟通，结合生产计划安排，在有限的条件下进行集中热处理，对于装炉量低于65%的零件不得安排热处理，年节约用电量约5万kW•h，节约能源费用近3万余元。2）建立有效的能源管理办法及考核制度。车间按照公司、事业部能源管理制度要求，结合车间实际情况制定了“能源管理办法”，同时将事业部下达的相关指标分解到各个班组，并严格考核，对班组实行打分制度，与班组绩效工资挂钩，推动各班组节能工作的有效开展。3）按照公司能源管理要求，建立单台考核设备办法。车间对低压配电柜进行改造升级后，通过改造实现电能表配备率90%以上，根据设备的生产情况，推行单台设备的用电考核，这不仅提升了车间单台设备的能源管理，而且为车间今后在设备选型、能耗定额管理等各方面都提供了可靠的依据。4）加强日常“跑冒滴漏”整治工作。在车间的日常管理中，要求车间节能员不定时对办公区域和生产现场的“跑冒滴漏”现象进行检查，并组织班组围绕检查出的问题开展整治工作，提高了车间的能源现场管理水平。5）组织开展节能专项合理化建议活动。车间积极鼓励员工围绕节能工作提合理化建议，自2017—2019年，车间在节能管理上共提出合理化建议330余条，全部组织实施。
2.2通过提高产品一次交验合格率，提高能源利用率
由于热处理生产的特殊性，提高一次交验合格率对于节能工作是非常重要的。车间不断加强质量管理，多项措施并举，例如某些碳素钢材料的一次交验合格率一直不太高，平均在93%左右，通过开展工艺攻关项目，加强过程控制，对淬火温度、淬火液温度控制，回火温度及时间控制，将一次合格率提升到95%以上，能源利用率得到了有效提升。
2.3改进工装料盘，提高热处理效果，提高能源利用率
车间原使用的热处理料筐比较笨重，平均重达1.5t左右，且长期使用后易出现开裂、变形，不仅不能保证零件的产品质量，同时还存在着较大的安全隐患和能源浪费。车间积极组织技术人员，通过不断摸索，重新制作了料筐，料筐采用低碳钢铸造，刚度和强度较以前的焊接料筐高很多，壁厚较原来少了10mm，整体重量较原来的料筐轻了10%，同时将原来的大料筐改为中小形料筐，在满足生产需要的同时，能源有效利用率得到了较大提高，生产相同重量的工件，电能可节约10%。
2.4通过实施设备改造，加强设备管理，提高能源有效利用率
（1）两台台车电阻炉的改造
车间在用的两台台车电阻炉原来均为保温砖质结构，功率为600kW，是车间较大的用能设备。车间于2014年对两台电阻炉进行改造，将原来的砖质结构改为纤维棉结构，对加热元件进行重新布置；2019年，对两台台车电阻炉的炉门加装密封夹紧装置，使炉体密封性进一步提高。通过两次改造，两台台车炉炉温均匀性较以前提高了2～3℃，尤其是炉门处，较原来提高了5℃，满足了工艺需要，同时降低了炉门处能源的无效损失，提高了能源的有效利用率。
（2）两台井式电阻炉的改造
车间在用的两台井式电阻炉是2001年投入使用的设备，一台承担毛坯零件淬火工序，另一台承担淬火后的回火工序。淬火炉一般使用温度为800～930℃，长期高温使用，使加热元件损坏频次增多，炉盖密封性也受到损坏，加之原来的炉盖升降机构存在缺陷，在使用过程中噪声大、传动不平稳，车间针对这些情况，对两台设备进行了改造，重新更换了保温元件、加热元件，对炉盖的起升机构进行了改造。通过改造不仅降低了安全隐患，还增加了炉子的密封性，降低了能源消耗。
（3）箱式多用炉的改造
箱式多用炉是2003年投入使用的设备，承担着各种零件的淬火及渗碳淬火工序，是车间重要的生产设备。该设备曾于2010年进行重砌，经过长期使用后，仍然存在保温效果不良的情况，车间联系专业厂家，对该设备进行改造升级，保温结构进行重砌，使用优质的高铝砖，内部的各类损耗元件进行加固、重做。经过改造后，设备保温效果明显提升，能源有效利用率有了明显改善。
（4）底装料多用炉的改造
底装料多用炉为2010年投入使用的设备，是制造厂家第一台国内自制的设备，在使用过程中存在着一定的缺陷，例如该设备为底部尾气燃烧，导致主炉内的马弗罐极易变形，该设备的主炉随工件进行转移，在转移过程中极易造成加热元件损坏，主炉设备已出现松散的现象，保温结构也出现了损坏，导致炉顶及表面温升超出标准的要求，严重影响着车间的生产及节能。通过调研，2016年经专业厂家对该设备进行改造，将易变形的马弗罐更换为由一块钢板卷焊而成，将炉顶的保温结构进行加固，主炉整体结构进行加固，对尾气燃烧部位进行调整，既满足工艺需要，又可很好地节能。通过改造，该设备的均匀性较改造前有了明显提高，升温效率较原来提高了10%，不仅为车间增加了产量，做到连续生产，而且也降低了设备的能源消耗。
（5）小回火炉控制方式的改造
车间在用的小回火炉，功率为36kW，原来的控温方式为电子电位差计控制，使用时操作者调整参数易造成误操作，且故障率高，控温效果不佳，给生产和设备的使用带来了很大影响。车间经过论证，将该设备改造为PID仪表控制，操作者除调整温度外，其余参数均不能进行设置，采用无纸记录仪进行过程数据记录，减少了人为因素的影响。改造后，仪表故障率降低，操作简单，提高了生产进度，减少了返工零件，提升了能源有效利用率。
2.5应用新技术、新工艺，提高能源利用率
（1）基于线性降价自抗扰控制技术的热处理电阻炉控制方法的应用
基于线性降价自抗扰控制技术是针对整体系统的，减少系统中不确定性和各种外部干扰统一估计并补偿，使被控对象简化为积分串联型，辅以简单的PD控制可实现误码差控制的控制方式，不但在精度方面而且在节能方面较传统的PID控制方式，都有很大的改善[1]。该项目由中国兵器工业新技术推广研究所和南开大学共同研究，于2012—2013年期间，结合车间台车电阻炉进行试验，通过系统改造及试验数据分析，在长达三个月的试验期间，平均节能在12%左右。通过新技术的应用，不仅使电阻炉在节能和精度方面取得较好的控制效果，而且使其工业智能化水平有了进一步的提高。
（2）稀土渗氮催渗剂的应用
稀土催渗剂是一种提高渗氮工艺效果的固态物，随零件一同放入氮化炉中，通过某些反应，提高渗氮效果及渗氮时间[2]。原来渗氮时长为60h左右，通过稀土渗氮催渗剂的使用，渗氮时间减少至30h，耗电量降低了50%，其他原料用量降低30%左右，有效地提高了能源利用率。
3热处理车间加强节能管理取得的成效
近年来，车间通过加强节能管理、提高一次交验合格率、改进热处理料筐料盘、组织实施设备升级改造以及应用新技术等措施，使车间的年能耗下降了25.1%，节约电费10.8万元，有效降低了车间的生产成本，车间的能源管理水平得到了很大的提升，营造了浓厚的节能氛围。
参考文献：
[1]胡彬，应小昆.第33届中国控制学术讨论会文集[C].北京：中国兵器工业新技术推广研究所，2014.
[2]王伯新，张国良，刘成友.稀土渗氮机理浅析[J].热处理技术与装备，2013，34（6）：64-69.
作者:吴昊 刘丽敏 马战勋 单位:海军装备部驻西安地区军事代表局 内蒙古北方重工业集团有限公司