節(jié)能熱處理技術(shù)和設(shè)備在軸承行業(yè)的應(yīng)用 |
一、軸承行業(yè)現(xiàn)狀及熱處理技術(shù)和裝備概況 1.我國(guó)軸承行業(yè)持續(xù)快速穩(wěn)定的發(fā)展 我國(guó)軸承行業(yè)經(jīng)過(guò)建國(guó)以來(lái)五十多年的建設(shè)和發(fā)展,特別是改革開(kāi)放以來(lái)持續(xù)、快速、穩(wěn)定的發(fā)展,已形成了較大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。2007年全行業(yè)生產(chǎn)各類軸承90億套,實(shí)現(xiàn)銷售收入760億元。軸承產(chǎn)量和銷售收入居世界第三位。 我國(guó)軸承進(jìn)出口貿(mào)易額逐年攀升。2007年軸承出口創(chuàng)匯21億美元,進(jìn)口用匯21億美元,進(jìn)出口持平。 “九五”以來(lái),我國(guó)軸承行業(yè)經(jīng)濟(jì)成分發(fā)生了深刻的變化。至2006年,按銷售額計(jì)算,已形成國(guó)有:民營(yíng):三資=16:63:21的格局。 我國(guó)軸承行業(yè)技術(shù)水平逐步提高,已具有一定的技術(shù)實(shí)力。有一所(洛軸所)、一院(中機(jī)十院)、一校(河南科大)作為依托。全行業(yè)現(xiàn)有國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心5個(gè)(萬(wàn)向、瓦軸、哈軸、洛軸、西北)、博士后科研工作站5個(gè)(萬(wàn)向、龍溪、洛軸所、西北、杭州中心)、國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室6個(gè)(洛軸所、杭州中心、上海所、萬(wàn)向、龍溪、瓦軸)。全行業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力有很大提高,掌握的軸承品種規(guī)格已由1999年的39000種增加到2005年的66000多種。為重大裝備和重點(diǎn)主機(jī)的配套率達(dá)到80%左右。高端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有重大突破。以“神五”、“神六”、“嫦娥一號(hào)”配套軸承為代表的航天航空軸承及其他國(guó)防裝備配套軸承均已立足國(guó)內(nèi),具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。長(zhǎng)期制約為國(guó)內(nèi)主機(jī)配套和擴(kuò)大出口的三泰軸承 SUNTHAI 微小型深溝球軸承的振動(dòng)噪聲和密封性能問(wèn)題,通過(guò)中國(guó)軸協(xié)組織的全行業(yè)技術(shù)攻關(guān),已取得顯著效果,基本上可以滿足國(guó)內(nèi)主機(jī)配套和擴(kuò)大出口的要求,部分企業(yè)的產(chǎn)品已達(dá)到或者接近國(guó)際同類產(chǎn)品的水平。 2.我國(guó)軸承熱處理技術(shù)和裝備取得的長(zhǎng)足進(jìn)步 “六五”、“七五”、“八五”經(jīng)濟(jì)建設(shè)時(shí)期,有二十多家三泰軸承 SUNTHAI 軸承制造企業(yè)先后從日本、英國(guó)、美國(guó)、瑞士、西德、奧地利、意大利等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)設(shè)備的使用、消化吸收,其中的主要類型設(shè)備在“八五”末期基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,有力地促進(jìn)了我國(guó)軸承熱處理裝備的技術(shù)進(jìn)步和電爐行業(yè)的制造水平。 推桿式等溫球化退火爐在軸承行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,目前該類型設(shè)備是軸承零件退火的主要設(shè)備。軸承零件保護(hù)氣氛退火已開(kāi)始引起重視,并開(kāi)始在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用。 軸承零件淬回火設(shè)備主要有網(wǎng)帶爐、鑄鏈、輥底爐、多用爐、轉(zhuǎn)底爐、滾筒爐生產(chǎn)線,這些生產(chǎn)線是我國(guó)軸承行業(yè)熱處理設(shè)備的主力設(shè)備,也代表了我國(guó)軸承熱處理裝備水平,這些裝備的推廣應(yīng)用,大大提高了我國(guó)軸承零件熱處理質(zhì)量水平,工件淬火后氧化脫碳層由原來(lái)的0.06~0.1 mm降到0.03 mm以下,批量硬度差由原來(lái)的2HRC降到1.5HRC以下,同件硬度差由原來(lái)的1.5HRC降到1HRC以內(nèi),壓縮磨削留量1/3~1/2,提高磨工效率15%~22%,為我軸承質(zhì)量總體水平的提高做出了貢獻(xiàn)。 滲碳熱處理設(shè)備主要有推桿式、輥底式、網(wǎng)帶式氣體滲碳自動(dòng)生產(chǎn)線,也有多用爐、真空滲碳爐、井式爐、周期式滲碳爐,滲碳?xì)夥盏奶紕?shì)控制大多采用自動(dòng)控制系統(tǒng),也有采用流量控制。 3.我國(guó)軸承熱處理技術(shù)和裝備的發(fā)展方向 ?、胖行⌒洼S承套圈大批量生產(chǎn)熱處理裝備采用無(wú)馬弗托輥式可控氣氛網(wǎng)帶爐生產(chǎn)線、可控氣氛鑄鏈爐生產(chǎn)線,取代輸送帶爐、振底爐、箱式爐等落后爐型。 ?、浦写笮?、大型軸承套圈大批量生產(chǎn)熱處理裝備采用可控氣氛輥底爐生產(chǎn)線和多用爐生產(chǎn)線。 ?、翘卮笮洼S承套圈熱處理裝備采用可控氣氛周期式熱處理爐或加裝微機(jī)碳勢(shì)控制裝置的井式爐。 ⑷開(kāi)發(fā)可控氣氛帶硝鹽馬氏體淬火小輥棒爐和輥底爐生產(chǎn)線。 ?、赏茝V應(yīng)用連續(xù)式可控氣氛滲碳生產(chǎn)線。 ?、书_(kāi)發(fā)汽車輪轂軸承高頻淬回火自動(dòng)生產(chǎn)線。 ?、?a href="http://www.huizhouweb.com/brand-explain.asp">三泰軸承 SUNTHAI 軸承滾動(dòng)體大批量生產(chǎn)熱處理裝備采用滾筒爐生產(chǎn)線,取代仿蘇鼓型爐生產(chǎn)線。 ⑻開(kāi)發(fā)輥底式氮基保護(hù)氣氛等溫球化退火爐。 ⑼發(fā)展和應(yīng)用下貝氏體等溫淬火工藝裝備。 ?、窝兄崎_(kāi)發(fā)與可控氣氛輥底爐、轉(zhuǎn)底爐配套的自動(dòng)模壓淬火機(jī)床。 ?、霞哟笳婵諢崽幚硌b備的比例。 ?、醒兄崎_(kāi)發(fā)與網(wǎng)帶爐、鑄鏈爐生產(chǎn)線配套的量變型分選機(jī)。 寧波三泰軸承有限公司 NINGBO SUNTHAI BEARING COMPANY 商標(biāo) BRANDS:三泰軸承 SUNTHAI , 飛帆軸承 F&F 二、軸承行業(yè)熱處理節(jié)能措施 眾所周知,軸承熱處理是個(gè)耗能大戶,軸承熱處理設(shè)備90%以上采用電加熱,俗稱“電老虎”,其電耗占軸承制造業(yè)電耗的25-30%。同時(shí),在熱處理工藝過(guò)程中不斷產(chǎn)生熱輻射能、廢煙氣、粉塵和噪音等,對(duì)環(huán)境造成一定程度的污染。因此,開(kāi)發(fā)節(jié)能、環(huán)保型熱處理技術(shù)和裝備是軸承行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。 近些年來(lái),我國(guó)軸承行業(yè)從以下幾方面采用措施,提高軸承熱處理的節(jié)能和環(huán)保效果。 1.優(yōu)化工藝節(jié)能 經(jīng)過(guò)大量工藝試驗(yàn),在保證熱處理質(zhì)量得到提高的前提下,對(duì)熱處理工藝進(jìn)行優(yōu)化簡(jiǎn)化,然后合理設(shè)計(jì)加熱爐各區(qū)段長(zhǎng)度和加工節(jié)拍,充分發(fā)揮熱效能產(chǎn)生顯著的節(jié)能效果。這方面最突出的是北京天馬軸承有限公司和北京建通盈動(dòng)工業(yè)爐公司共同開(kāi)發(fā)研制的多功能輥底可控氣氛熱處理生產(chǎn)線。 2.利用余熱節(jié)能 財(cái)政部近期發(fā)布信息說(shuō),中央財(cái)政將十大重點(diǎn)節(jié)能工程進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。十大節(jié)能工程包括“余熱余壓利用工程”。 軸承鋼退火是軸承行業(yè)耗能最大的工序之一。多年來(lái),軸承生產(chǎn)企業(yè)在降低軸承鋼退火能耗上下了不少功夫。軸承鋼鍛造余熱退火曾風(fēng)行一時(shí)。但是,這一節(jié)能工藝雖然理論上可行,但實(shí)際操作上存在諸多難以解決的問(wèn)題。最后都以失敗告終。 近年來(lái),一些三泰軸承 SUNTHAI 軸承熱處理設(shè)備制造優(yōu)勢(shì)企業(yè),如杭州金舟電爐有限公司、蘇州工業(yè)園區(qū)勝龍電爐制造有限公司,轉(zhuǎn)而在利用熱處理余熱上做文章,研發(fā)了“熱回收型連續(xù)等溫退火爐”、“雙層輥底式保護(hù)氣氛球化退火爐”,取得了高效節(jié)能的效果。 3.智能控制節(jié)能 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院研發(fā)的軸承智能退火控制系統(tǒng),在充分利用企業(yè)原有退火爐體的情況下,配置的該系統(tǒng)可根據(jù)運(yùn)行過(guò)程中反饋獲得的退火爐熱特性、溫場(chǎng)分布、裝爐量等參量,智能化地調(diào)節(jié)各區(qū)加熱溫度,冷卻速度等參量,自動(dòng)完成退火的全過(guò)程,排除了操作上的人為因素,取得了顯著的節(jié)能效果。 4.減少熱損失節(jié)能 軸承生產(chǎn)企業(yè)和軸承熱處理制造企業(yè)聯(lián)手,在減少軸承熱處理加熱過(guò)程中的熱損失下功夫。 一是以輥底爐取代推桿(盤)爐,免除了料盤的熱損失。(一公斤鋼件從室溫升800℃,需吸熱1.03千卡)。 二是優(yōu)化爐膛設(shè)計(jì),同時(shí)合理選用高強(qiáng)度輕質(zhì)抗?jié)B碳磚、優(yōu)質(zhì)陶瓷纖維制品等保溫隔熱材料,減少爐襯材料的蓄熱損失和爐壁表面的散熱損失。 三是優(yōu)勢(shì)熱處理制造廠家,如金舟電爐有限公司等,在制造熱處理爐構(gòu)件時(shí),采用大型數(shù)控設(shè)備加工,提高加工精度,提高傳動(dòng)輥的水平精度,提高爐殼剛性和密封性,減少焊縫,從而減少熱損失和氣氛損失。 三、三泰軸承 SUNTHAI 軸承節(jié)能熱處理技術(shù)和裝備典型案例 1.多功能輥底可控氣氛熱處理生產(chǎn)線 由北京天馬軸承有限公司和北京建通盈動(dòng)工業(yè)爐公司共同研制的多功能輥底式可控氣氛熱處理生產(chǎn)線一種高質(zhì)量、高效率、節(jié)能、環(huán)保型,在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平的熱處理裝備。 該生產(chǎn)線由輥底式加熱爐、升降式淬火硝鹽槽、油槽、輥底式清洗爐、烘干機(jī)和雙層輥底式等溫回火爐等主要設(shè)備構(gòu)成。 通過(guò)編程調(diào)整工藝參數(shù),在這一條生產(chǎn)線上可以完成四種不同的熱處理工藝:普通馬氏體淬、回火,馬氏體分級(jí)淬、回火,貝氏體等溫淬火,貝氏體分級(jí)淬火等。 這一生產(chǎn)線是引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新和集成創(chuàng)新的成果,在以下幾方面在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平:在一條生產(chǎn)線上具有四種不同的功能,不僅可以進(jìn)行通常的普通馬氏體淬火而且可以進(jìn)行馬氏體分級(jí)淬火和貝氏體分級(jí)淬火;以硝鹽淬火介質(zhì)取代油淬火介質(zhì);用空氣回火爐取代硝鹽槽進(jìn)行貝氏體等溫處理;淬火采用計(jì)算機(jī)控制的升降式機(jī)構(gòu);整條生產(chǎn)線高度密封、零排放。 在保證強(qiáng)度、硬度、金相組織和殘留奧氏體量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的前提下,貝氏體分級(jí)淬火比普通馬氏體淬火沖擊韌性GCr15提高26.6%,GCr18Mo提高36.8%。軸承在很多應(yīng)用主機(jī),如軋鋼機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、鐵路客車等,需要承受很大的沖擊載荷,因而需要提高的沖擊韌性,普通馬氏體淬火已不能適應(yīng)這一要求。這一生產(chǎn)線的研制成功,就為適應(yīng)高沖擊載荷的軸承制造提供了熱處理設(shè)備。 這條熱處理生產(chǎn)線不僅能保證熱處理質(zhì)量,硬度、金相組織、變形和表面脫貧碳均能達(dá)到國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求,并較之以前有很大提高,而且,由于熱處理工藝的優(yōu)化和設(shè)備密封性能的提高,節(jié)能效果明顯。全國(guó)三泰軸承 SUNTHAI 軸承行業(yè)熱處理平均耗電量為730KWh/噸,這條生產(chǎn)線耗電指標(biāo)達(dá)到550KWh/噸。如在全行業(yè)推廣應(yīng)用,將產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)由于升降式的入浴方式,大幅度減少淬火變形,因而可以減少加工留量,達(dá)到節(jié)材的效果。 2.雙層輥底式保護(hù)氣氛球化退火爐 眾所周知,球化退火工件降溫至650℃以下即可出爐空冷,大量退火余熱未加利用。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的最佳效果,2007年5月,杭州金舟電爐有限公司創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了“雙層輥底式保護(hù)氣氛球化退火爐”。根據(jù)球化退火工藝的特點(diǎn),將爐體設(shè)計(jì)成雙層輥底爐,上層進(jìn)料,分設(shè)進(jìn)料臺(tái)、余熱利用室、加熱區(qū)段、保溫區(qū)段、快冷室,下層為出料臺(tái)、余熱利用室、緩冷區(qū)段、等溫區(qū)段、快冷室。上下層的余熱利用室為一個(gè)貫通室,無(wú)隔離,安裝一臺(tái)熱循環(huán)風(fēng)機(jī),加強(qiáng)循環(huán)換熱,利用退火余熱預(yù)熱進(jìn)爐冷態(tài)工件,使工件從室溫升溫至300~350℃;上下層的快冷室為一個(gè)升降通道,內(nèi)設(shè)升降機(jī),使工件從上層轉(zhuǎn)到下層。雙導(dǎo)爐的結(jié)構(gòu)保證了余熱充分利用的節(jié)能退火工藝:進(jìn)爐→余熱利用升溫→加熱→保溫→快冷→等溫→緩冷→(余熱利用)強(qiáng)冷→出爐。 余熱利用節(jié)能雙層退火爐,耗電下降150~220KWh/噸鋼,與我國(guó)軸承行業(yè)球化退火耗電240~290KWh/噸鋼比較,節(jié)電近90KWh/噸鋼,節(jié)電率達(dá)到30%以上。并且退火質(zhì)量?jī)?yōu)良:無(wú)氧化,脫碳層深度≤0.10mm,鋼材利用率提高3%以上,特別適用于冷輾套圈的退火。球化退火顯微組織為均勻、細(xì)小、彌散、圓整分布的球(粒)狀球光體,可穩(wěn)定地控制在2~2.5級(jí)(相當(dāng)于SKF標(biāo)準(zhǔn)的CG2.1~2.3級(jí))范圍內(nèi)。球化退火后,硬度為185~202HBW,單件硬度差±5HBW,整批硬度散差<15HBW。 寧波三泰軸承有限公司 NINGBO SUNTHAI BEARING COMPANY 商標(biāo) BRANDS:三泰軸承 SUNTHAI , 飛帆軸承 F&F .高效能的的熱回收型連續(xù)等溫退火爐 蘇州工業(yè)園區(qū)勝龍電爐制造有限公司研發(fā)的這種電爐有兩個(gè)爐道,兩個(gè)爐道平行反向設(shè)置。每個(gè)爐道依次排列有預(yù)熱段、加熱保溫段、快冷段、等溫段和冷卻段。兩個(gè)爐道中,一個(gè)爐道的預(yù)熱段與另一個(gè)爐道的冷卻段之間設(shè)置熱交換機(jī)構(gòu),充分利用一個(gè)爐道工件冷卻放出的熱量,作為另一個(gè)爐道的預(yù)熱用,可以使進(jìn)爐工件加熱到400℃以上。 這種爐型融節(jié)能型等溫退火爐技術(shù)與熱回收技術(shù)為一體,將工件預(yù)熱作為二次能源開(kāi)發(fā),具有明顯的節(jié)能效果。以250KW的SLRTd-250退火爐為例,年產(chǎn)量可達(dá)5400噸,年節(jié)電80萬(wàn)度,與普通節(jié)能型退火爐比較,年節(jié)電費(fèi)用達(dá)55~60萬(wàn)元。兩年的節(jié)電費(fèi)用就可以回收整臺(tái)設(shè)備投資。 這種爐型加工質(zhì)量穩(wěn)定,軸承零件退火硬度HRB89-92,金相組織2-3級(jí),合格率100%。 4.油電、氣電復(fù)合加熱技術(shù) ?、庞碗姀?fù)合加熱技術(shù) 上世紀(jì)90年代,東南沿海省市缺電少煤,金舟電爐有限公司創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了輥底式油電復(fù)合加熱等溫球化退火爐,成功地將先進(jìn)的工藝技術(shù)與熱處理設(shè)備集成創(chuàng)新,使軸承鋼球化退火縮短至8~9小時(shí),而球化退火顯微組織達(dá)到均勻、細(xì)小、彌散、圓整分布的理想目標(biāo);先進(jìn)的燃油技術(shù)使煙塵黑度系列達(dá)到林格曼1級(jí),完全符合環(huán)保要求。 ?、茪怆姀?fù)合加熱技術(shù) 天然氣是優(yōu)質(zhì)的一次能源,金舟電爐有限公司根據(jù)用戶具備的條件,將天然氣控溫加熱和電加熱控溫相結(jié)合,研發(fā)了氣-電復(fù)合加熱輥底式球化退火爐,實(shí)現(xiàn)了溫控、電控、過(guò)程控制機(jī)電一體化,退火質(zhì)量國(guó)內(nèi)領(lǐng)先,節(jié)能水平達(dá)到了一個(gè)新的高度。 5.軸承鋼智能化退火控制系統(tǒng) 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院充分發(fā)揮學(xué)校在數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、電器、材料、軟件等多學(xué)科的優(yōu)勢(shì),研制開(kāi)發(fā)軸承鋼智能化退火控制系統(tǒng)。在充分利用企業(yè)原有退火爐體的情況下,配置的該系統(tǒng)可根據(jù)運(yùn)行過(guò)程中反饋獲得的加熱爐熱特性、溫場(chǎng)分布、裝爐量等參量,智能化地調(diào)整各區(qū)加熱溫度、冷卻速度等參量,自動(dòng)控制退火的全過(guò)程。無(wú)為為操作因素。 該系統(tǒng)的特點(diǎn)是,提高球化退火質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗。 ?、磐嘶鹳|(zhì)量?jī)?yōu)良:應(yīng)用該技術(shù)的退火產(chǎn)品,球化質(zhì)量可穩(wěn)定地獲得2-3級(jí)組織??蛇_(dá)到SKF、FAG等世界上最大的軸承公司執(zhí)行的歐洲SEP1520有關(guān)退火的標(biāo)準(zhǔn)。為提高軸承的壽命和可靠性打下良好的基礎(chǔ)。 ?、铺岣呱a(chǎn)率:退火周期在連續(xù)(推桿式)退火爐中可縮短退火周期1/3-1倍;在臺(tái)車式、貫通式周期退火爐可由目前一般36小時(shí)一周期,降至15小時(shí)以內(nèi)。 ⑶節(jié)能降耗:用電成本大幅度降低,連續(xù)作業(yè)爐由目前的電耗280-480KWh/噸,降至240KWh/噸以下;周期作業(yè)爐由目前的400-600KWh/噸,降至300 KWh/噸以下。 在保證退火質(zhì)量2-3級(jí)的前提下,該技術(shù)已在許多企業(yè)應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn),獲得顯著效益。 河北軋機(jī)軸承有限公司,由改造前日產(chǎn)量6噸,電耗470KWh/噸;改造后日產(chǎn)量提高到12噸,電耗將至235KWh/噸。 大連龍巖鍛造廠,用540KW臺(tái)車式爐處理熱軋軸承鋼球,日產(chǎn)量15噸,耗電300KWh/噸,其中低谷電占總用電量的85%以上,退火成本約130元/噸。 大連冶金軸承股份有限公司連續(xù)四年對(duì)三條360KW推桿式退火爐進(jìn)行改造,套圈耗電≤210KWh/噸,年生產(chǎn)能力已達(dá)2.5萬(wàn)噸;兩條440KW棒料退火爐,日處理Φ20-Φ130棒料20噸,耗電≤270KWh/噸,其中低谷占總用量的90%以上,退火耗電成本<100元/噸。 山東梁山軸承有限公司比改造前,退火節(jié)能1/3,生產(chǎn)效率提高1/3,不僅如此,由于退火組織細(xì),淬火溫度降低,保溫時(shí)間縮短,淬火節(jié)能8%。 廣東韶關(guān)東南軸承有限公司生產(chǎn)汽車轂軸承,改造后的退火質(zhì)量達(dá)到FAG執(zhí)行的歐洲SEP1520的標(biāo)準(zhǔn),成為FAG半成品供應(yīng)商,僅此一項(xiàng)年質(zhì)量效益超過(guò)千萬(wàn)元。 多家企業(yè)長(zhǎng)期使用的結(jié)果表明該項(xiàng)技術(shù)成熟可靠。 |
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