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华信讲堂:精密铸造节能措施讲解

2014年06月30日


       华信讲堂: 伴随着我国经济和社会的发展,目前,节能减排已经成为全社会的共识和政府工作的约束性指标。在我国<<十一五规划>>中明确提出了到2010年,每万元国内生产总值能耗要由2005年的1.22吨标准煤下降到一吨标准煤以下,将能耗降低20%左右的奋斗目标。并制定了控制高能耗高污染行业过快增长等各种具体措施。随着这些政策的相继实施,我国精密铸造企业也面临新的政策环境。比如,从2006年开始,精铸企业纷纷被纳入各地方政府的“重点用能单位”调查名单中,在近年来频繁发生的大面积限电事件中,“重点用能单位”总是首当其冲,与此同时,越来越高的燃油,煤炭价格也给精铸企业带来沉重的压力,在这样的客观条件下,精密铸造企业如何调整自身,以积极的姿态应对变化?本文仅从节能的角度作一些探讨。
        2精密铸造企业能耗现状
        我们以一个月产量70—100吨精密铸造件的精铸企业为例,其设备及能耗的大致总体情况如下:
        该厂设备总装机功率为1360.7千瓦,另外在浇铸车间配备煤气发生炉一台。每月连续供气30天,月耗煤炭57吨,全厂由一台1000千伏安的变压器供电。每月用电总度数400000度左右。其中射蜡,涂料两个车间(含空调)每月用电120000度,浇铸车间200000度,后处理车间75000度,全厂办公照明及员工食堂等5000度。按照目前的国家的规定,每千克标准煤与其他能源的折算系数大体为:
        每公斤原煤折标准煤0.7143公斤,
        每万度电折标准煤3.27吨
        该厂每月综合能耗折合标准煤为57*0.714+40*3.27=171.5吨该厂每月铸件产量以90吨计算,每吨铸件耗标煤1.9吨按照精密铸件一般售价计算,如果按照最底价三万元一吨,那么每万元产出耗标煤0.63吨,如果按照每吨五万元计算,那么每万元产出耗标煤0.38吨,
        3精密铸造企业节能措施分析
        精密铸造生产在不同的生产阶段有不同的特点,节能工作应根据不同的生产特点来考虑。
        3-1射蜡涂料车间:
        这两个车间设备总装机功率为563.7千瓦,占全厂装机总量的41.4%每月用电量120000度,占全厂用电量的30%,按综合能耗计算,占全厂的22%,从这两个车间的生产工艺来看,主要的能耗特点就是两个字“保温”,由于这两个车间的在制品为液态蜡和蜡件,因此保温有两方面的含义,首先是对蜡液温度的保持会消耗大量的能源,由于目前我们大多数精铸厂都在使用回收蜡,因此脱蜡和蜡回收是这两个车间的耗能最大的工序,其中一台电脱蜡釜经单独计量月总用电约40000度,占全厂用电总量的10%,占全厂综合能耗的7.6%,脱蜡后的蜡液需要24小时以上的高温搅拌除水和静置除尘,此过程的温度都需要保持在90—110℃左右,对传统的蜡缸式射蜡机还需要额外的50—60%:均温处理后才可以射蜡,时间也需18小时以上,无论从节能的角度还是蜡的回收质量上来看,这种方式都是不利的,因此从短期来看,利用脱蜡后的余热进行快速除水和过滤除尘,大幅度缩短蜡液的高温保持时间,是既节能又利于保持蜡的质量的好的办法,而发展闪烧脱蜡,充分利用型壳焙烧将脱蜡的这7.6%能耗节约下来,同时可免去蜡除水工艺,从节能的角度来看,是值得尝试的。
        其次,射蜡涂料车间的另一大能耗为保持工作环境的温湿度,因此在目前来看,在这两个车间首先应该树立“节约空间就是节约能源”的概念,在工人操作面积必须保证的情况下,能够节约的空间主要是指室内高度,一建议在室内采用隔温材料吊顶,一将高度控制在3米左右。对于涂料车间而言,车间高度的设定还牵涉到另一个问题一,就是悬挂输送链如何选择,从节能的角度来看,悬挂输送链应该尽量悬挂更多的壳组,而目前的悬挂链结构形式都有较大的空间浪费,有比较大的改进空间。另外加大壳组,减少壳缉蓼量也是提高空间利用率的有效手段。
        除此以外在我国大部分地区冬季都需要采暖,利用浇铸车间和脱蜡釜的余热作为这两个车间冬季采暖的热源,在冬季是节能的好办法。
        3-2浇注车间
        浇注车间设备装机功率占全厂的30.7%,用电量占全厂的50%,此外壳组焙烧一耗煤57吨,如果按综合能耗测算,该车间占全厂能耗的62%,是真正的能耗大户,那么在这个工序如何节能呢?
        首先在浇注车间应该树立“节约时间就是节约能源”的概念,发挥出现有设备的最大熔化效率,目前100—150公斤的中频炉大多具备在30—45分钟内溶化一炉钢水的能力,但在实际生产中,如果不能做好配套工作,将难以发挥出设备效率,熔化和浇铸时间延长就意味着能源的浪费,影响主要表现在三个方面,一是炉料的好坏,密实清洁的炉料会大大缩短熔化以及脱氧时间,节约电耗,而未经清洗打包的散片状炉料会大大影响熔化时间。二是每炉壳组的数量,由于精铸多采用炉口直接浇铸,如果壳组过小,每炉浇注壳组过多,会加长浇铸时间,增大电耗。据测算,当一炉浇注25—30组壳组时浇注时间最长可达15分钟,因此做大壳组,减少每炉浇注组数,是国外同行的先进做法,同时对浇铸质量也有很多的好处。第三,焙烧炉的改进是目前节能改造的重点,目前国内壳组焙烧多采用上世纪九十年代从台湾引进的单体式焙烧炉,过去多用柴油做燃料,现在已逐渐改为以自制煤气或重油为燃料,这种炉子具有造价低,占地小,方便灵活的特点,但也有两大个缺点,一是焙烧时间过短,如果钢水熔化时间缩短到30分钟的话,壳组焙烧时间从进炉升温到出炉也仅有30分钟,焙烧时间无论如何也是不够的,导致残蜡没能充分烧净,出现壳内黑灰,大大降低成品率,因此多数工厂采用强制升高焙烧温度和减慢熔化速度的办法来解决问题,这些都是用能耗换质量。第二个缺点就是因为其单室构造导致热能利用率低高温烟气没有充分利用就排人大气。针对这两个缺点,该厂在广泛学习的基础上采用自制环形焙烧炉方案,较好地解决了问题,基本做到节能和高质量模组焙烧的统一,使用环型焙烧炉后,能同时供应两台中频炉的壳型,每炉熔钢时间控制在45分钟左右,按每20-25分钟出壳一次的节奏生产,那么壳型的焙烧时间可达到80分钟,其中700-800℃预热段20分钟,900-1000℃准高温段20分钟,1100℃以上高温段40分钟,与过去壳型由常温到1100℃仅焙烧45分钟相比,质量大有提高,同时由于预热段和准高温段都是利用烟气余热,又采用节能喷嘴,每日连续工作的煤耗总量下降30%,过去每日完成40炉次,耗煤2吨,现在每日可完成50炉次,耗煤1.5吨,单炉煤耗由50公斤下降到30公斤,下降40%。中频炉电耗也下降12%。
        除此之外,在焙烧炉的烟气排放口,采用热水套衬的方法取得热水,作为员工洗澡热水源和车间冬季采暖热水源。经实践证明是可行的,该厂已经全面取消了生活及采暖锅炉。冬季每月节煤10吨,夏季节煤3吨。还可以保证四百人每天都能洗上热水澡,而过去使用生活锅炉每周仅四天浴室开放。
        3-3后处理车间
        车间装机总功率占全厂27.8%,用电量占全厂用电量的18.75%,综合能耗占全厂的14.3%,和前几个车间相比,后处理车间是比较被动的,后处理车间能耗的大小主要取决于清砂的难易程度,切割和磨浇口量的大小,氧化皮去除的难易以及铸件的返修率,目前对于减少清砂能耗的主要思路还是应该在涂料车间进行改进,降低型壳残留强度,切割和磨浇口设备的装机功率不算大,但是工作时电机持续运转,因此能耗也不小,如何减小切割后的浇口残根,同时多采用磨浇口辅助工装,(见图6)大幅度提高磨浇口的效率,是我们可以做很多改进的地方,在后处理车间能耗中,氧化皮的去除占用能耗是很多的,因为它要去除铸造氧化皮,但又会在热处理过程中产生氧化皮,而大部分铸造企业的热处理设备比较简陋,因此要加强热处理过程中的表面保护,减轻氧化皮去除的难度。最后提高质量降低铸件返修率,让大多数铸件经历一次处理过程就顺利入库,是节能的最好办法。在这个意义上来说,提高质量就是提高效率,也就是节约能源,这三者的关系,在后处理车间是集中的反应。
        3-4技术保证
        精密铸造工厂的一大特点是多品种小批量生产,在得到相同重量的合格铸件时,究竟耗用多少能源,是无法直接通过计算得到的,但是通过改善工艺参数和工艺方案,我们可以在现有硬件条件未得到改善的情况下大幅度节约能耗,比如提高铸件的工艺出品率,提高成品率,降低返修率,优化生产流程,这些有利于铸件生产的措施同时有利于降低能耗,在此我们强调两个问题:一是控制尺寸宜早不宜晚,虽然在后处理车间校正尺寸的手段越来越丰富,但尺寸问题主要是影响因素依然在射蜡,最好还是在模具制造环节解决,越早解决效率越高,能耗越小。
        二是关注壳组的大小,目前很多工厂比较忽视这个问题,由于涂料和浇注车间大部分工作为手工劳动,在可以做到同样工艺出品率的情况下,很多工厂的壳组都偏小,但就如前面分析过的那样,过小的壳组会大大增加能耗。
        4.节能管理
        由于过去重视不够,大部分工厂的节能工作是滞后于形势发展的要求,主要体现在节能没有专门的人员管理,没有系统的考核指标,也没有明确的节能目标,但节能工作的一大特点恰恰是需要算小帐,靠积累,如果没有精打细算,仅仅希望通过几个大的技术改造就达到节能的目标是不现实的,所以做好节能工作的当务之急是立即行动起来。先摸清家底,建立体系,明确目标,只有这样才能真正做好节能工作。
        5.总结
        l,目前的精铸生产有很大的节能空间;
        2,加强节能管理是当务之急。

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