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锻造生产过程中的节能问题研究

2018/2/20    来源:互联网    作者:柳晶  江明明      
关键字:锻造  能耗  节能  工艺流程  生产调度  
面向锻造行业开展节能问题研究,通过分析锻造流程中能量消耗的各个环节,找出了节能设备、工艺方案、生产调度等3个能够节能的环节。在节能设备方面,给出了冷挤压及冷锻工艺、等温锻造、电液锤的改造、循环水系统的改造等方案;在工艺流程的节能优化方面,给出了高温废气的多级循环利用、连铸连锻工艺的应用、热处理工艺中余热的利用,以及节能型锻打CAPP方案等;在生产调度方面,则分别从锻件装炉中的节能优化、锻件出炉过程的节能优化、锻件锻打中的节能优化、热处理过程的节能优化等方面进行了研究。研究结果为锻造节能技术的研究及发展提供了必要的理论基础。

    3)热处理工艺中余热的利用。

    锻造余热热处理是将锻造和热处理相结合的一种综合加工工艺。余热热处理包括余热淬火、余热等温、余热正火等,是可以大量节约能源的有效途径 J。余热热处理充分利用了锻造后锻件仍保存的热量,可以明显减少能源的消耗。同时,使用余热淬火处理不仅可以缩短生产周期、提高生产效率,还可以使锻件具有更好的综合机械陛能。

    因此,在锻造车间布局时,可充分考虑余热热处理方案,把用来热处理的加热炉安排在锻打工序的后一环节,使得锻打后的锻件能够在最短时间内被安放在热处理炉内加热,减少热量散失。

    5.2 节能型锻打工序方案及CAPP

    除加热过程外,锻打过程也是锻造生产耗能较大的环节之一。一般来说,锻打工艺的设计较多地是从形状或变形的均匀性出发来考虑,并没有考虑锻打过程的能耗问题。实际上,通过对锻打顺序和锻打力度的有效控制,制定节能型锻打工序方案,也能够在一定程度上减少锻打过程的能量消耗。为实现节能工艺方案的制定,可在传统的计算机辅助工艺过程设计(CAPP)系统中加人节能型工艺数据库,使CAPP系统在编制工艺文件时自动检索节能型的工艺;同时加入系统评估环节,专司评估所形成的工艺流程的能耗与成本,以期寻找能耗与成本都较低的工艺路线,实现节能生产。节能型cAPP系统流程图如图3所示。

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    图3 节能型CAPP系统流程图

    6 生产调度中的节能优化

    生产调度是对一批需要被加工的工件以及确定的机器,按照一定的要求,安排工件被机器加工的先后顺序的过程。通过合理地使用生产系统的资源,在符合所有约束的同时,达到优化各项生产加工指标的目的。在锻造流程中,可以采用调度的方法将实现节能目标的环节贯穿于整个锻造流程,如图4所示。下面分别从这几个方面出发,分析其可行的节能调度优化方案。

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    图4 可调度环节

    1)锻件装炉中的节能优化。

    对于同一批锻件来说,采用相同功率的加热炉,加热炉的总工作时问越短,意味着加热炉所消耗的能量越少。一般来说,为减少加热炉的总工作时间,可从如下几个方面考虑:①提高加热炉的利用率。对于额定功率的加热炉来说,锻件加热到始锻温度的时间基本稳定,因此加热炉每批次加入锻件的质量应尽量达到加热炉的额定容量,提高其利用率,避免因加热炉没有充满而造成的能耗浪费。②锻件材料的合理配置。对于不同材料的锻件来说,由于其始锻温度不同,其在加热炉中所需的加热时间也不同。如果始锻温度相差过大的锻件材料存放于同一加热炉,当低始锻温度的锻件达到锻打要求时,却仍在加热炉中进行不必要的等待,不仅造成能源的浪费,还会对锻打性能造成一定的影响。因此,需要合理配置锻件的材料,使得始锻温度相近的材料置于同一加热炉中,达到节能的目的。

    2)锻件出炉过程的节能优化。

    锻件的出炉过程需要充分考虑加热炉和锻打设备的衔接问题,避免或降低锻件在加热炉中或空气中等待时间,实现节能优化。可从如下几个方面考虑节能调度方案:①降低保温时间。锻件在达到始锻温度后。由于加热炉和锻打设备的生产能力不一定匹配,可能会存在无锻机予以利用的情况,锻件必须在加热炉中进行加热保温,造成了能量浪费。因此在锻坯开始加热时,就必须考虑锻打设备的加工能力及现存加工任务,尽量避免提早加热。②开炉次数的优化。对于连续式加热炉来说,已完成加热的锻坯可以根据需要随时取出,开炉次数越多,其耗散在空气中的热量也越多。但是开炉次数太少,虽然可以减少开炉时能量的损失,却会影响到加热炉工作时间、锻件装炉利用率和锻件保温等待时间等指标,因此需要找到能量损失最小化的平衡点。③设置保温缓冲区。对于某些特殊锻打工艺来说,由于特殊锻打设备生产能力的限制,为保证锻打设备始终处于工作状态,锻件需要存在一定的提前加热期,这样就会造成锻件在加热炉中不必要的等待,也会对别的锻件的加热带来一定的影响,因此可设置相应的自然环境或具有一定保温功能的缓冲区。在将该锻件加热到始锻温度以上后放置于缓冲区中等待加工,这样既能在一定程度上减少能量的消耗,也能够充分利用加热炉和锻打设备的生产能力。

    3)锻件锻打中的节能优化。

    由于锻件存在一次锻打、多次锻打等不同情况,在锻打设备不是饱和的状态下,应充分考虑锻件在不同设备上的锻打步骤及所需消耗的能量,以锻打设备的等待时间最小化、锻打工时最小化或锻打能耗最小化等为目标,并在锻打环节处设立相应的缓存区,设计相应的生产调度方案,从而实现节能目标。

    4)热处理过程的节能优化。

    在锻件锻打完成后,可将具有余热的锻件直接进行回火、淬火、正火等热处理。因此,可在充分考虑热处理工艺及锻件余温的基础上,以余温最大化利用率为目标,对一批已完成锻打工序的锻件进行排序,从而减少为满足热处理过程所需的能量摄人,达到节能的目的。

    7 结束语

    本文对锻造生产过程中能耗的特点进行了一个全面的梳理,重点介绍了锻造节能工艺流程及节能型调度方案。通过这些手段,企业可以在投入少量资源的情况下,就能提高设备利用率,减少不必要的无效环节,从而有效控制能源的无效损失。本论文的研究方法可以为相关问题的研究提供全新的思路和基础。此外,相关的理论研究成果还能够推广到其他领域的生产制造过程中,有助于促进各类产品制造过程节能优化技术的发展。

责任编辑:张纯子
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