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文/周永南，成功，于成發(fā)•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(jīng)理、高級(jí)工程師）

鍛造行業(yè)傳統(tǒng)上屬于高耗能行業(yè)，能源成本通常占變動(dòng)成本的20％左右。隨著國(guó)際市場(chǎng)能源價(jià)格的不斷上漲，企業(yè)能源成本比重會(huì)繼續(xù)上升，另一方面，由于我國(guó)的單位產(chǎn)值能耗與先進(jìn)國(guó)家相比差距很大，國(guó)家對(duì)節(jié)能工作的政策導(dǎo)向?qū)⒉粩鄰?qiáng)化。節(jié)能工作將直接影響鍛造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。國(guó)內(nèi)的鍛造企業(yè)能源利用水平高低不一，因此改進(jìn)的余地很大。

鍛造行業(yè)加熱設(shè)備、鍛造設(shè)備大多是耗能高的設(shè)備，因此也是節(jié)能的主要對(duì)象。近年來(lái)，南汽鍛造面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，在節(jié)能減排上加大投入，研究開(kāi)發(fā)新技術(shù)新工藝，加強(qiáng)節(jié)能管理，為企業(yè)降低制造成本起到了良好的作用，南汽鍛造在設(shè)備節(jié)能改造和挖潛上取得了良好的回報(bào)。

中頻加熱爐的優(yōu)化

中頻加熱由于加熱速度快、加熱質(zhì)量好、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)勢(shì)成為鍛造行業(yè)的首選加熱裝置。但是中頻也存在匹配和使用問(wèn)題，調(diào)整不好會(huì)大大影響中頻爐的效率。在這方面。我們的做法有：

⑴感應(yīng)器設(shè)計(jì)。根據(jù)工件坯料的直徑和長(zhǎng)度選擇合適的頻率和感應(yīng)器通徑，不應(yīng)奢求一個(gè)感應(yīng)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(jù)中頻電效率公式，感應(yīng)器線圈內(nèi)徑與工件外徑越接近，越能提升電效率。另外，由于感應(yīng)器內(nèi)壁與工件的縫隙越小，其間空氣對(duì)流效應(yīng)就越小，熱損耗也相應(yīng)趨小。因此，最好是一種規(guī)格的工件使用一種感應(yīng)器，只要是鍛件批量足夠（10000件/年），就應(yīng)考慮專用感應(yīng)器。這樣可以使中頻效率得到最優(yōu)的發(fā)揮，也可減少心表溫差，穩(wěn)定加熱質(zhì)量。但是，坯料端面不平或者下料時(shí)的剪切導(dǎo)致的坯料失圓，都會(huì)引起坯料在推行時(shí)失穩(wěn)起拱，感應(yīng)器內(nèi)徑與工件內(nèi)徑過(guò)于接近就會(huì)產(chǎn)生坯料與內(nèi)壁干涉的情況，嚴(yán)重的會(huì)頂壞感應(yīng)器內(nèi)壁。對(duì)此，我們采取了把感應(yīng)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(wěn)現(xiàn)象。

圖1 中頻爐感應(yīng)器傾斜設(shè)置 

在中頻加熱裝置的平面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮中頻爐電源與低壓配電間的出線距離，距離應(yīng)盡可能縮短，以減少線損，線損不僅浪費(fèi)了能源，還會(huì)產(chǎn)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(duì)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(jí)。較高的電壓也有利于減少損耗。

⑵功率因數(shù)補(bǔ)償和諧波治理。中頻爐是感應(yīng)用電器，其功率因數(shù)通常只有85%左右（串聯(lián)諧振的電源要高一些），并且存在各種諧波影響電網(wǎng)的質(zhì)量。當(dāng)公司存在大量的中頻加熱爐時(shí)，由此帶來(lái)的無(wú)功功率占用、電效率下降和用電設(shè)備的故障增多都會(huì)影響生產(chǎn)成本。南汽鍛造2007年以前每年因功率因數(shù)低，罰款逾20萬(wàn)。近年來(lái)，公司先后投入力量自主研發(fā)了無(wú)源濾波型功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，除了具備功率因數(shù)補(bǔ)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(jīng)成為中頻爐的標(biāo)準(zhǔn)配置。這些裝置不僅使公司總的功率因數(shù)提高到94%，每年電網(wǎng)獎(jiǎng)勵(lì)10萬(wàn)元，同時(shí)可以減少線路及變壓器的損耗，降低高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，減少用電設(shè)備無(wú)端損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 自主研發(fā)的功率因數(shù)補(bǔ)償裝置

圖3  BTH500kW中頻的濾波裝置投入前后諧波比較，電流畸變率由27.3%降為12.7%。電流由446.2A降低為340A

⑶冷卻裝置的改進(jìn)。中頻工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，感應(yīng)器線圈、大功率電路等需要大量的冷卻水冷卻發(fā)熱器件。工廠設(shè)計(jì)時(shí)采用集中冷卻的方式，建立一個(gè)大的泵站和蓄水池供全公司冷卻用水。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同，所有中頻同時(shí)開(kāi)的情況很少，常常只有少數(shù)幾臺(tái)中頻同時(shí)工作。大泵站發(fā)揮60%能力的時(shí)間與開(kāi)動(dòng)時(shí)間之比僅為50%。造成能源浪費(fèi)。我們從08年開(kāi)始著手進(jìn)行冷卻系統(tǒng)改造，新增的中頻爐全部采用獨(dú)立閉式冷卻系統(tǒng)，可以做到每臺(tái)設(shè)備的冷卻系統(tǒng)與該設(shè)備與生產(chǎn)線同步開(kāi)動(dòng)，現(xiàn)在，獨(dú)立循環(huán)冷卻系統(tǒng)基本取代了集中冷卻。有效地改善了大泵房能力空放的問(wèn)題。由于閉式冷卻系統(tǒng)采用軟水作為介質(zhì)，封閉在管路內(nèi)，相比較大泵站的開(kāi)式冷卻，既降低了水泵電機(jī)的功率消耗，又使得管路結(jié)垢大大減少，提高了中頻設(shè)備的可靠性。同時(shí)由于閉式冷卻系統(tǒng)有時(shí)為風(fēng)冷運(yùn)行狀態(tài)，使冷卻水的消耗大大減少。

圖4 獨(dú)立閉式冷卻裝置

⑷不通水導(dǎo)軌的推廣。中頻感應(yīng)器爐管內(nèi)通常采用不銹鋼管作為導(dǎo)軌，中間通過(guò)冷卻水。這種結(jié)構(gòu)不可避免地增加熱損耗，影響坯料的加熱時(shí)間。一般估算，通過(guò)導(dǎo)軌的冷卻水損耗掉的熱能占中頻總能耗的3%左右。我們?cè)谥饕�的生產(chǎn)線上都采用了高合金材料制成的不通水導(dǎo)軌。經(jīng)過(guò)對(duì)一條生產(chǎn)線中頻耗電的前后對(duì)比測(cè)算：使用通水導(dǎo)軌，噸鍛件耗電464.7kWh，采用不通水導(dǎo)軌后的噸鍛件耗電390.4 kWh。效果顯著。不通水導(dǎo)軌徹底消除了導(dǎo)軌磨損導(dǎo)致的漏水而損壞感應(yīng)器的事故，中頻感應(yīng)器的壽命也有一定提高。

圖5 無(wú)通水中頻導(dǎo)軌的應(yīng)用