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文/周永南，成功，于成發•南京汽車鍛造有限公司（周永南：南京汽車鍛造有限公司總經理、高級工程師） 鍛造行業傳統上屬于高耗能行業，能源成本通常占變動成本的20％左右。隨著國際市場能源價格的不斷上漲，企業能源成本比重會繼續上升，另一方面，由于我國的單位產值能耗與先進國家相比差距很大，國家對節能工作的政策導向將不斷強化。節能工作將直接影響鍛造企業的競爭能力。國內的鍛造企業能源利用水平高低不一，因此改進的余地很大。 鍛造行業加熱設備、鍛造設備大多是耗能高的設備，因此也是節能的主要對象。近年來，南汽鍛造面對激烈的市場競爭，在節能減排上加大投入，研究開發新技術新工藝，加強節能管理，為企業降低制造成本起到了良好的作用，南汽鍛造在設備節能改造和挖潛上取得了良好的回報。 中頻加熱爐的優化 中頻加熱由于加熱速度快、加熱質量好、環保節能等優勢成為鍛造行業的首選加熱裝置。但是中頻也存在匹配和使用問題，調整不好會大大影響中頻爐的效率。在這方面。我們的做法有： ⑴感應器設計。根據工件坯料的直徑和長度選擇合適的頻率和感應器通徑，不應奢求一個感應器通用大部分工件，一般通用直徑不超工件直徑的1.1倍。根據中頻電效率公式，感應器線圈內徑與工件外徑越接近，越能提升電效率。另外，由于感應器內壁與工件的縫隙越小，其間空氣對流效應就越小，熱損耗也相應趨小。因此，最好是一種規格的工件使用一種感應器，只要是鍛件批量足夠（10000件/年），就應考慮專用感應器。這樣可以使中頻效率得到最優的發揮，也可減少心表溫差，穩定加熱質量。但是，坯料端面不平或者下料時的剪切導致的坯料失圓，都會引起坯料在推行時失穩起拱，感應器內徑與工件內徑過于接近就會產生坯料與內壁干涉的情況，嚴重的會頂壞感應器內壁。對此，我們采取了把感應器傾斜安裝的方法，利用坯料的自重抵消一部分摩擦阻力，以消除坯料失穩現象。
在中頻加熱裝置的平面設計時，應考慮中頻爐電源與低壓配電間的出線距離，距離應盡可能縮短，以減少線損，線損不僅浪費了能源，還會產生熱量，加速絕緣層的老化； 在中頻的供電電壓選擇上，盡可能選擇更高的電壓，南汽鍛造對較大功率的中頻電源所配變壓器供電電壓有520v、540v、650v等多種電壓等級。較高的電壓也有利于減少損耗。 ⑵功率因數補償和諧波治理。中頻爐是感應用電器，其功率因數通常只有85%左右（串聯諧振的電源要高一些），并且存在各種諧波影響電網的質量。當公司存在大量的中頻加熱爐時，由此帶來的無功功率占用、電效率下降和用電設備的故障增多都會影響生產成本。南汽鍛造2007年以前每年因功率因數低，罰款逾20萬。近年來，公司先后投入力量自主研發了無源濾波型功率因數補償裝置，除了具備功率因數補償功能外，還可以濾掉5次、7次、11次、13次高次諧波，目前已經成為中頻爐的標準配置。這些裝置不僅使公司總的功率因數提高到94%，每年電網獎勵10萬元，同時可以減少線路及變壓器的損耗，降低高次諧波對電網的影響，減少用電設備無端損壞的風險。
⑶冷卻裝置的改進。中頻工作時產生大量的熱量，感應器線圈、大功率電路等需要大量的冷卻水冷卻發熱器件。工廠設計時采用集中冷卻的方式，建立一個大的泵站和蓄水池供全公司冷卻用水。由于產品結構的不同，所有中頻同時開的情況很少，常常只有少數幾臺中頻同時工作。大泵站發揮60%能力的時間與開動時間之比僅為50%。造成能源浪費。我們從08年開始著手進行冷卻系統改造，新增的中頻爐全部采用獨立閉式冷卻系統，可以做到每臺設備的冷卻系統與該設備與生產線同步開動，現在，獨立循環冷卻系統基本取代了集中冷卻。有效地改善了大泵房能力空放的問題。由于閉式冷卻系統采用軟水作為介質，封閉在管路內，相比較大泵站的開式冷卻，既降低了水泵電機的功率消耗，又使得管路結垢大大減少，提高了中頻設備的可靠性。同時由于閉式冷卻系統有時為風冷運行狀態，使冷卻水的消耗大大減少。
⑷不通水導軌的推廣。中頻感應器爐管內通常采用不銹鋼管作為導軌，中間通過冷卻水。這種結構不可避免地增加熱損耗，影響坯料的加熱時間。一般估算，通過導軌的冷卻水損耗掉的熱能占中頻總能耗的3%左右。我們在主要的生產線上都采用了高合金材料制成的不通水導軌。經過對一條生產線中頻耗電的前后對比測算：使用通水導軌，噸鍛件耗電464.7kWh，采用不通水導軌后的噸鍛件耗電390.4 kWh。效果顯著。不通水導軌徹底消除了導軌磨損導致的漏水而損壞感應器的事故，中頻感應器的壽命也有一定提高。
圖5 無通水中頻導軌的應用 |
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