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节能减排先进装备推广介绍

2011/04/29 02:05
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热处理节能减排清洁生产先进技术及装备推广介绍

天龙科技炉业(无锡)有限公司

  内容提要:

  一、大规模技改带动了热处理装备的技术进步

  二、天龙公司致力于“利器”的制造

  三、天龙公司主要精密、节能、环保产品介绍

  ⑴ 大型节能可控气氛井式渗碳炉

  ⑵ 大型节能可控气氛罩式渗氮炉

  ⑶ 可控气氛密封箱式多用炉

  四、做好热处理清洁生产的坚强后盾

  一、大规模技改带动了热处理装备的技术进步

  我国有一句古话“工欲善其事,必先利其器”。机械工业的发展表明,先进装备和制造技术是机械工业现代化发展的关键所在,热处理装备和工艺技术是用于提高机械产品的内在性能的“利器” ,是先进机械装备必不可少的重要组成部分。

  十年前,我国热处理行业的技术装备还十分落后,那时全国热处理设备虽不下十几万台,但可控气氛等先进设备所占比例还不到10%,大部分热处理企业的热处理现场,充斥着炉龄三、四十年的老三炉(箱式、井式、盐浴炉),车间内气味刺鼻,污水流淌,热处理加工多为手工操作,热处理质量难以保证。三高一低(高能耗、高污染、高成本、低质量)现象让人心痛。

  为了改变我国热处理的落后面貌,在国家节能技改政策的促进下,在热处理行业和装备制造行业齐心协力的共同努力下,特别是在汽车、航空、兵器、重载机械和风电产业的大规模技改带动下,我国热处理行业近几年正在发生可喜的变化,这些变化主要表现在以下几方面:

  1.这些企业大规模的技术改造和装备更新,使先进装备的比例发生了根本的改变,可控气氛、保护气氛等装备的比重已达到90%以上。基本实现了少无氧化、少无污染、少无畸变、少无废品、少无人工、少无质量分散的先进热处理生产。

  2.这些新型的热处理装备中,普遍采用节能材料和进口配套件,大量国际品牌的先进控制仪表、元器件、管阀开关配套的应用,提高了装备的可靠性,提高了热处理的智能化、无人化控制和管理水平。

  3.近几年来,采用国际先进指标的国家标准、行标和企标的发布实施,促进了热处理装备和工艺的不断更新及技术进步。提高了热处理生产的效率,同时也促进了能耗的降低,减少和遏制了三废的排放。

  这些技改企业选用的装备中,有一些是高价进口的先进装备,有一些是外资的,还有一些是国内部分企业生产的,值得注意的是,这些国产装备与进口、独资产品同台竞技,竟然取得了不菲的成绩。在性能指标、使用可靠性、能耗指标、自动化程度等方面与进口装备不相上下,甚至有不少指标优于外资产品。而国产设备的价格远低于进口和外资产品。使技改企业在资金投入和使用成本上获得了明显的节约,至少节约了25%以上的设备投资。

  国内众多大型企业大规模技改措施,正悄然改写中国热处理现状的历史。目前,这些先进的热处理装备虽然还没有在全国得到很好的普及,但我们有信心:只要我们致力于推广,致力于精益求精不断提高热处理装备的使用性能,致力于始终为用户提供优质的服务,相信在不久的将来,先进的国产装备一定会替代那些陈旧的老三炉,让能耗大户变成节能标兵,让污染企业变成清洁工厂。使我国热处理行业最终走到世界的前列。

 

  二、天龙公司致力于“利器”的制造

  天龙(TLON)公司作为一家民营高新技术企业,从成立的那一天起,就把制造“精密、节能、环保”的热处理设备作为自己的崇高使命。在产品开发的过程中,公司对自主开发的产品提出了“三个百分百” 的研发方向:⑴产品百分之百采用可控气氛、保护气氛;⑵炉衬百分之百采用节能材料;⑶关键配套件百分之百采用国际名牌器件。竭诚致力于研发高自动化、高精度、高可靠性、符合环保、清洁节能的热处理设备。在与客户的洽谈中,始终用国内外先进标准严格要求自己,坚持为用户提供最优秀的热处理设备。

  公司始终走坚持以自主开发,打造TLON的核心技术的道路,拥有多项专利技术,解决了可控气氛热处理设备及工艺在节能、高效、环保、安全等方面的技术难题。形成了产品与技术专利结合的核心竞争力。

  为不断提升产品的技术水平,天龙(TLON)公司通过与德国STANGE公司、德国PE公司、加拿大NITREX公司合作,不断引进和应用国际上最新、最先进的技术,开发研制适应中国国情的节能新产品。

  公司成立八年来,先后为用户提供了数百台套技术先进的节能产品,赢得了用户的高度赞誉。天龙的主导产品“大型可控气氛井式渗碳炉生产线”目前已在国内占有70%以上的市场份额。已服务于“南高齿、二重、宝钢苏冶、杭齿、瓦轴、中信重机、振华港机、中钢重机、北方重工、秦川发展、华锐集团”等国家重点大企业。这些企业也因此明显地降低了热处理能耗、减少了对环境的污染。

  天龙的主要节能产品还包括可控气氛多用炉生产线(密封箱式、贯通式、底装料立式)、可控气氛渗氮炉生产线(密封箱式、井式、罩式)、可控气氛推盘炉生产线、保护气氛盐淬贝氏体生产线、可控气氛辊棒炉、辊底炉、网带炉生产线等热处理设备及辅助设施。

  天龙已有多项产品通过国家专业鉴定,技术性能均达到目前国际先进水平。

  由天龙公司负责起草的“大型可控气氛大型井式渗碳炉生产线热处理技术要求”国家行业标准,已通过国家标准局和行业审查,将于2010年正式颁布。

 

  三、天龙公司主要精密、节能、环保产品介绍

  (一)大型节能可控气氛井式渗碳炉

  1、用途:主要用于大型载重机械传动件的精密热处理,亦可用于中小零件最大装炉量的渗碳热处理。技术规格齐全,工作区尺寸:直径φ1000~φ5000 ,高度1000~6000mm, 最大装载量:2~60t 。

  2、主要特点:

  ⑴多种特殊耐热钢结构技术在大型井式渗碳炉中的成功运用,包括球形封头状导风罩、全波纹马弗和导流筒、自由悬挂式导风罩,敞开式炉盖绝热包,解决了炉内耐热钢结构件高温下的热应力变形、开裂等问题,使用寿命比常规结构提高到3倍以上。该炉中的多项技术属于创新设计,具有自主知识产权,目前已申报技术专利。

  ⑵采用全纤维炉衬,优化设计,合理配置加热功率,改进加热元件部件结构,改善密封和热短路现象,提高设备的整体能效。比相同装炉量的常规渗碳炉可节省电能25%左右,较小型RQ3常规渗碳炉电耗减少50%以上,与国外某品牌公司无马弗炉相比,在尺寸规格相同的情况下,仍具有电耗低,工艺介质用量小,废气排放明显减少等特点。(3)采用先进的智能控制系统。主控+联控+监控的温度控制、多系统多方式多参数碳势控制、一体化集成智能控制系统、完善的联锁报警系统,计算机渗碳专家系统和管理系统、集群式上下位机网络信息化管理系统,使大型工件在高温、高碳势下得到精确的控制。既滿足了工件渗碳层深和金相组织等质量要求,又可提高渗碳速度、缩短工艺时间,节省了电能和工艺材料的消耗,明显降低了运行成本。

  3、技术鉴定的主要结论

  经中国热处理行业协会组织鉴定,各位专家对该系列产品鉴定后,一致认为RQD系列大型可控气氛井式渗碳炉处理产品内在质量稳定可靠,蓄热量小,升、降温速度快、高效节能。可实现对产品渗碳硬化层和金相组织的精确控制,已达到国际同类设备先进技术水平。

  4、 推广前景和节能效益

  ⑴大型井式渗碳炉,按炉壁表面温升由50℃降至40℃、热损失以0.129kw/㎡计算,φ2.0×2.0井式渗碳炉炉壁表面积约68㎡,设备年运行时间以7200小时计,只此一项一年可减少炉壁热损失电耗6.3万度。

  对井式渗碳炉除炉底因承重需采用耐火保温砖砌筑外,将炉墙由传统的耐火保温砖砌筑结构改为全纤维砌筑结构。φ2.0×2.0井式渗碳炉炉墙采用耐火保温砖砌筑,炉墙积蓄热达1885kw,改为全纤维砌筑,炉墙积蓄热只有518kw。按设备年运行时间300天、每4天一炉次计,只此一项一年可减少积蓄热热损失电耗约10.25万度。

  上述两项加上炉盖全纤维结构、马弗等强度设计结构、加热元件安装结构、以及各热短路的合理处理,对φ2.0×2.0井式渗碳炉,每年可减少电耗约17万度。

  ⑵常规渗碳工艺渗碳温度多为920℃,碳势多小于1.1%CP。RQD大型井式渗碳炉由于大大地提高了温度控制和碳势控制的精度以及控制的方式,使渗碳工艺过程中实现以较高的温度和较高的碳势进行渗碳,不仅保证了产品的质量,而且显著缩短渗碳工艺时间。

  实际上渗碳温度可提高至950~970℃,渗碳碳势可提高至1.25%CP进行强渗,总工艺周期至少可缩短30%以上,使设备使用率大大提高, 总体能耗大大降低。

  ⑶该类设备不仅满足大型工件的渗碳热处理,而且只要满足同类材质、相近渗层深度的要求,对中小件亦可实现最大装炉量的渗碳热处理。

  随着大型重载机械传动件硬表面工艺技术的推行和新一轮节能减排技改的不断推进,市场对此类设备的需求将迅速扩大,预计年需求将超过100台套,产值可达2亿元人民币。

  按国内到2015年大型井式渗碳炉拥有量800台套计,年总节电量可达到1.4亿度以上。

  (二)大型节能可控气氛罩式渗氮炉

  1、用途:主要适用于齿轮、轴、模具等产品的表面渗氮、氮碳共渗、氧碳共渗、前氧化、后氧化等可控气氛热处理。技术规格齐全,工作区尺寸:直径φ1000~φ4000 ,高度1000~6000mm.,最大装载量:2~60t。

  2、基本情况:

  (1)目前国内所使用的绝大多数气体渗氮炉一般采用氨分解仪来控制氮势,或纯粹用人工方法控制氮势,这类渗氮炉的简单结构,能耗较高,控制精度低,产品的内在质量难以控制,尤其是针对渗层较深的产品,更难做到渗层和内在组织的精确控制,造成渗氮层深和金相组织的超差,也造成电能和工艺材料的大量浪费,满足不了高品质渗氮件的产品要求。

  (2)传统的气体渗碳炉由于气氛建立和冷却工艺时间长,在相同生产纲领下,井式炉的配置台数往往比罩式炉要多,才能满足产能的需要,从而造成设备的投入成本和运行能耗成本大幅度增高。

  (3)天龙公司技术人员结合多年设计工作的经验和我国国情,创新设计出具有国际先进水平的RFN系列可控气氛罩式渗氮炉。该设备采用全纤维炉衬,采用最新集成化、信息化控制技术,将温度、氮势、PLC、记录、报警、专家系统、动态控制、管理系统等功能集于一体,采用氢探头直接测量氮势、质量流量计控制工艺介质的供给和测量反馈数据及智能化PID调节控制,实现渗氮过程的精密控制。大大减少工艺介质的消耗量,只有通常渗氮工艺介质的消耗量的1/3。炉温均匀度可控制在±3℃范围以内。实际综合能耗节约30 %以上。

  该装备废气全部通过自动燃烧排放,与常规渗氮炉比较,废气排放更安全,工作场所基本闻不到氨味,完全符合环保排放要求。

  3、技术鉴定的主要结论

  经中国热处理行业协会组织鉴定,各位专家对该系列产品鉴定后,一致认为可控气氛罩式渗氮炉处理产品内在质量稳定可靠,蓄热量小,升、降温速度快、高效节能。可实现对产品渗氮硬化层和金相组织的精确控制,已达到国际同类设备先进技术水平。

  4、 推广前景和节能效益

  ⑴ 可控气氛罩式渗氮炉自2007年运行至今,处理的产品质量稳定可靠,已累计处理各种产品30000多吨,各项技术性能指标均达到了设计的要求,特别是温度和氮势控制精度高,设备运行稳定、可靠,完全可以满足产品的设计要求,该设备的整体技术性能和制造技术与国际同类设备水平相当,居国内领先水平,并取得很好的经济效益和社会效益。

  ⑵ 随着近年来机械行业的快速发展,对某些产品的渗氮处理要求也是越来越高,对相关的设备也提出了更高的要求。近年来,我国的机械加工行业发展形势良好,已经成为世界机械重要的制造装配基地,随着世界上各大公司进入中国市场,对各种零部件的技术要求也是越来越高,特别是精密传动部件的要求就更高。渗氮处理的优势就在于处理工件的温度较低,工件可以获得较高的表面硬度和耐磨性,而且工件的变形量较小,如风力发电、船舶、航天、钢铁、军工、汽车、石化、矿山等行业均有产品需要渗氮处理。传统的设备和工艺无法做到对渗氮工艺的精确控制。大多数要求很高的渗氮产品由于以前国内无法制造高端的渗氮设备,而选择国外的渗氮热处理设备,相关设备的价格很高,长期维修、服务很难保证,相应的加工成本、维护成本就高。因此高精度控制的渗氮设备在国内有很大的市场。可控气氛罩式渗氮炉特点是占地面积小,温度气氛控制精确,装炉量较大,节能高效,综合成本低,预计该类设备的年需求量在80台套左右,产值可达2.5亿多元,有着良好的发展前景。

  ⑶ 罩式渗氮炉与井式渗氮炉相比,设备投入成本罩式炉比井式炉大约高17%,由于新型罩式炉的使用效率比井式炉高40%,所以,投入成本很快就可以得到回收。更主要的是,罩式炉采用多项节能措施,采用渗氮专家等先进的控制方法,自动控制的配置与国外先进产品相当,设备的单台电耗大幅度降低,工艺介质的消耗仅为通常工艺的1/3,总体效益明显提高。以一台φ1.3×2.0M罩式渗氮炉为例,单位电耗可降低至0.452kwh/kg,这个指标已达到工信部即将发布的热处理行业清洁生产工艺电耗考核要求,并接近国外同类先进产品电耗指标。

  一台φ1.3×2.0M罩式渗氮炉年处理工件1500吨左右,年节约电能可达24.9万度,按国内到2015年罩式式渗氮炉拥有量500台套计,年总节电量可达到1.2亿度以上。

  (三) 可控气氛密封箱式多用炉

  1、用途:主要适用于汽车、摩托车、工程机械、机床、粉末冶金、石油化工等行业的如齿轮、轴承、链条、液压元件等各种机械零件的渗碳、碳氮共渗、光亮淬火、正火等热处理。有多个规格,最大一次装炉量450~3500kg,加热能力270~1000kg/h , 可满足不同客户、不同产品、产量的需求。

  2、基本情况:

  可控气氛密封箱式多用炉是世界上最先进的炉型之一。天龙公司通过于与STANGE、PE、NITREX公司合作,不断的引进和吸收国际上最新、最先进的技术,开发出符合中国国情的具有较高性价比的第二代可控气氛热处理多用炉。该产品的主要特点是:

  ⑴ 采用新型抗渗纤维材料作炉衬,取消炉内马弗装置,大大减少了积蓄热。既减少了设备升温、降温的时间,又使设备的能源消耗比目前国内外同类产品降低了20%以上,设备安装功率小15%以上。

  ⑵ 采用无马弗圆形炉膛以及改进的气流循环系统,避免了气流空间死角,使炉内温度和气氛均匀度改善,使外壳表面积减少从而减少了热量的散失。

  ⑶ 淬火槽内的油冷却采用热管式风冷热交换器、全密封设备,完全避免了水漏进油池的可能,使设备的安全性比目前国内外同类产品均高,最大限度的提高了设备的安全性。

  ⑷ 采用包括安全温度联锁、复杂工步联锁、炉压、断电、超温、安全氮气、安全弯管等八项安全措施,使设备的使用安全万无一失。

  ⑸产品的关键及主要元器件全部采用进口元器件。

  ⑹采用计算机渗碳专家系统和管理系统软件,可实现离线模拟、在线动态控制。在使用碳势自动设定功能时,无需设定碳势,在线模块会根据炉内碳黑及所渗工件碳化物自动计算出最合适的碳势。使用工艺仿真设计时,可按给定材料、层深、温度等条件,模拟工艺时间和碳浓度分布曲线及数值。较高的自动化、智能化程度可确保工件处理的质量,同时也缩短工艺时间,节省电能和工艺材料的消耗。

  ⑺碳势、温度及动作程序可计算机联网控制,可实现生产线所有设备的全自动化联控和群控。可实现远程控制和网络化管理。

  3、节能效益

  ⑴ RM9 -TLON系列可控气氛多用炉是天龙公司的主导产品之一。自2003年开发以来,已有上百台产品服务于全国各地,经过实际应用充分说明,该炉种具有高效、节能、先进、安全可靠、操作简单、运行成本低等优点,符合当今热处理精密、清洁、节能技术的发展方向。⑵从新老产品的对比可以看出,天龙第二代多用炉不仅性能、效率比常规多用炉有较大提升,特别是节能效果突出。每炉典型工艺耗电量降低39%~42%,空炉电耗减少33%以上,料盘及工装减轻50kg,工艺介质消耗节约40%以上。由于箱式多用炉的用途广泛,自动化水平高,处理质量好,市场需求量逐年增加,目前国内年需求量预计超过500台。每台炉年节电约18万度,按国内2015年箱式多用炉市场拥有量3000台计,年总节电量达5.4亿度以上。

  ⑶ 渗碳工艺是热处理五大主要工艺中能耗最高的工艺,渗碳工艺能耗的节约对于整个热处理能耗的下降具有重要意义。箱式多用炉渗碳的耗电量是所有渗碳炉中最节省的一种。据统计,热处理行业2008年渗碳淬火工艺单位电耗约为1170kwh/t,新的目标拟订为960kwh/t.天龙公司2009年的产品中,箱式多用炉的渗碳淬火电耗平均为558kwh/t.完全符合行业清洁生产的定额指标,并达到了欧美日等工业强国同类产品的先进指标。

 

  四、做好热处理清洁生产的坚强后盾

  随着热处理行业市场化、国际化、专业化发展,热处理的重要性更为突显,高水平、高质量的热处理加工对热处理装备也同时提出了更高的要求。作为热处理装备制造的专业厂,制造更多更好的、效率高、能耗低、智能化、无污染的清洁热处理设备,是我们责无旁贷的责任。

  除上述主导产品外,天龙公司研发的节能型清洁生产设备还有:可控气氛贯通式多用炉、可控气氛底装料多用炉、可控气氛箱式、井式渗氮炉、可控气氛推盘炉生产线、保护气氛盐淬贝氏体生产线、可控气氛辊棒炉、辊底炉、网带炉生产线等。这些设备依然秉承天龙公司“三个百分百”(产品百分之百采用可控气氛、保护气氛;炉衬百分之百采用节能材料;关键配套件百分之百采用国际名牌器件)的传统,确保产品的高效节能和高可靠性。此外,还有一个突出的特点,就是具有高的自动化、智能化、数字化、网络信息化管理功能。这些功能包括:

  ●全中文版操作系统和友好的人机界面。

  ●热处理工艺程序编制,工艺仿真设计。

  ●温度、气氛、所有动作可计算机联网控制,各炉子的可变程序控制器同时又可作为终端机,接入计算机局域网,网内经授权的各计算机均可实时观察各炉子的运行状况。实现网络化、智能化远程控制。

  ●设备运行状态和工艺过程状态真彩显示、图像清淅逼真,准确直观。

  ●设备运行故障自诊断功能。各开关、阀门、仪表及各动作点均与计算机连线,具有设备运行分析、故障部位及原因判断,故障处理提示。还可对不便观察的位置设置自动摄像,实现全方位监控。

  ●以太网(100MBit)与多台程序控制器组成局域网,对多台程序控制器进行操作和管理指令、控制。

  ●工艺过程和设备运行状态显示,包括工艺程序、工况图、设定值曲线和实际值曲线、曲线的放大和缩小、动态控制量、过程数据等。

  ●温度、气氛、各渗入介质流量、炉压的控制和显示记录,当前和历史故障的显示、记录(包括故障的发生、故障的应答、故障的消除)功能完备,使设备完全处于高水平的智能化、数字化、网络化的控制和管理下工作,使质量、能耗及三废排放得到有效的控制。

  一台好的清洁热处理设备,可为使用者带来优异的热处理品质和很好的经济效益,这就要求该产品具有优异的控制性能和极高的可靠性、以及节能环保、更人性化的操作功能等。这正是我们想为用户提供的设备。此外,我们还努力为用户提供售前、售中、售后的优质服务。为清洁生产做好一名坚强的后盾。

  我们下一步的目标,一方面致力于成果的推广应用,让更多的客户用上先进的热处理装备,获得更好的经济效益。另一方面,我们还在找差距。我们看了樊东黎先生介绍的“美国热处理技术发展路线图”,美国人提出的2020年的八大目标,给我们很大启示。对照美国的同行,我们应该思考如何去不断缩小与工业强国的差距。我国改革开放30年的发展,走过了工业强国上百年的道路。我国的高铁、汽车、钢铁已跃居世界第一,走的是一条中国特色之路。我国的热处理加工和热处理装备也可以根据国情,在工信部的领导下,在行业协会的组织下,在众多企业和科研院校的参与下,走出一条中国之路。我们才有可能由热处理大国转变成为热处理强国,才有可能取得节能减排的最好成绩。

  当前,国家《装备制造业调整和振兴计划》、《热处理行业清洁生产推行方案》、《热处理行业清洁生产水平评价技术要求》等文件一个个逐步发布实施,有如一股强劲的东风,推动着我国热处理行业的装备更新和技术进步,这对我们装备制造企业也是一次极佳的发展机会。我们天龙人一定要紧紧抓住这千载难逢的机遇,努力拼搏,奋勇当先,做中国最好的热处理炉,为热处理用户提供最好的服务。

  我们的售后服务人员常常把用户的难题传递给研发部门,研发部门常常把这些难题作为研发项目进行研究、试验、开发,既为客户解决了问题,又使产品得到了改进。只有不断改进的产品,才能成为最好的产品。三废排放方面,是热处理用户反映比较多的方面,我们在这方面加强了研发,目前,氨气环保排放装置、盐水自动分离装置已进入实用阶段,废热的循环综合利用技术已非常成熟,废液的分解回收也在试验中…。保护环境,减少三废排放,是我们天龙人为低碳生活,为保护地球生态环境应尽的努力。

  我们愿与热处理界同仁一起,同甘共苦,携手前行,共同应对风险挑战,共同分享发展机遇,为振兴我国热处理事业作出应有的贡献!