全國統一服務熱線： 4000-8444-68在冶金行業中,RH爐真空處理領域多采用蒸汽噴射泵抽真空技術,運行成本、能源和蒸汽消耗較高;干式真空泵抽真空技術多用于小噸位VD爐真空處理系統。干式真空泵系統技術與傳統蒸汽泵真空系統相比,啟動和運行更靈活、可靠,節能環保效果十分明顯。應用干式真空泵系統,可以取消傳統的蒸汽供應系統、蓄熱系統和相關的水處理系統,但設備本身一次性投資較大。包鋼曾在新建的240tRH爐上采用了干式真空泵抽真空技術,建成了當時世界上處理能力最大的RH干式真空泵系統。RH干式真空泵系統最大的特點是運行成本、能源消耗極低。目前干式真空泵系統能夠滿足RH爐工藝要求,運行穩定,取得了突出的節能效果。干式真空泵系統是指泵從大氣壓下開始抽氣,泵系統能將被抽的氣體通過真空管道排放到大氣中,實現RH真空處理冶金功能。RH爐的主要功能是通過在高真空度下對鋼水進行脫氧、脫氫、脫碳處理,真空泵系統根據RH工藝處理各階段的真空度要求進行設計,不同的真空度通過真空泵系統的自動控制實現。近年來通過不斷摸索和研究,在RH爐干式真空系統取得了一定的經驗。
1、RH爐主要設備參數
RH爐本體系統是由中冶京城和西門子奧鋼聯聯合設計完成,干式真空泵系統是由ADREM公司設計安裝完成。干式真空泵系統能夠滿足工藝的要求。RH爐主要工藝參數如表1所示。
2、干式真空泵系統
2.1真空泵參數
RH干式真空泵系統由4級并聯的螺桿泵和羅茨泵組成,包括10臺超高流量的羅茨泵,10臺高流量的羅茨泵,7臺高流量高壓差的羅茨泵,7臺干式真空螺桿泵,并帶有自動氮氣吹掃功能和自動排除粉塵功能的過濾器。根據工藝要求和系統氣體流量來確定干式真空泵系統的抽氣能力。干式真空泵系統能在20~105Pa的壓力范圍運行工作,排氣口與大氣相連,能連續的向大氣中排氣。根據要達到的冶金效果,計算得出每級泵的抽氣量以及能夠承受的壓差,然后對泵進行選型組合。每級泵的抽氣能力和裝機容量不同,具體如表2。通過對不同級別的泵進行組合,達到設計要求的抽氣能力。
2.2抽氣能力
干式真空泵系統是RH精煉裝置的主要組成部分,其抽氣能力、抽氣速率等工藝參數直接影響RH爐的冶金效果,設計抽氣能力在真空度67Pa時達到1100kg/h,真空度3min能夠達到67Pa以下,完全滿足工藝要求。實際生產過程中真空處理不同時間的真空度如圖1所示,真空度3min達到了67Pa,滿足工藝要求。
2.3過濾器系統
RH干式真空泵過濾器系統可以減少鋼水處理時的煙塵,減少了煙塵對環境的污染。在生產過程中廢氣含塵濃度在真空環境下難以檢查發現,由粉塵顆粒引發的干式泵機械卡阻,結合干式泵的運行機理,設計中加裝在線檢測系統,優化干式真空泵系統停泵吹掃程序,解決了粉塵顆粒在密閉的環境下的檢測和真空泵卡阻問題。RH干式真空泵系統采用袋式過濾器,干式真空泵加工制造非常精確、而且內部公差非常小。進入到真空泵內的廢氣必須經過冷卻,完全清除掉灰塵。否則灰塵進入泵系統嚴重損害泵體。因此過濾除塵系統對于干式真空泵系統是必不可少的關鍵環節。該廠在RH爐本體管道上安裝了氣體冷卻器降低從真空槽抽出的廢氣溫度。同時氣冷器也是一個慣性除塵器,它把排氣流中的粉塵顆粒沉降在下面的卸灰溜管內,然后廢氣進入真空條件下工作的袋式過濾器,降低了廢氣溫度,去除了部分粉塵顆粒。袋式過濾器在真空條件下工作需要一定的防范措施。過濾器的設計需要能夠滿足壓力由真空壓到大氣壓的快速改變,完全密封,以防止空氣泄漏進入真空系統。鋼水在真空精煉過程中,鋼水中的氣體在低真空度下從鋼水熔池中逃逸,同時逃逸的還有少量的氣化金屬,主要為在煉鋼溫度下具有高蒸汽壓的金屬鋅、鎂和錳。在進入真空泵的途中,這些金屬在真空系統內的冷卻部件上升華,形成一層附著層,在真空脫氣處理后打開真空脫氣裝置,它們暴露在空氣下就立即著火燃燒。隨后,在每一脫氣周期過程中,過濾器袋就覆蓋一層自燃氧化物層。在脫氣作業完成后,過濾器袋必須清除氧化物層,氮氣吹掃系統在真空狀態下會對布袋進行吹掃,以避免在下一脫氣周期開始時,空氣進入而發生著火。過濾器在每次真空處理結束自動清洗。當真空泵維持在低壓或者真空主閥關閉下,向脈沖式射流清洗閥供應氮氣,開啟脈沖式射流作業程序,從而避免從一組過濾袋沖洗下來的灰塵又附著在鄰近一組袋內。過濾袋不按順序清洗,而是從第一組開始,按交替方式清洗,這樣可使灰塵沉淀下來,而不會被相鄰組內的氣流吹得到處都是。通常,實施3次清洗周期。在清洗完成后,切斷氮氣供應,干式真空泵系統可繼續進行真空處理作業。在過濾器的錘形底部安裝震動器,可根本上避免過濾袋清洗后灰塵沉積。如果發生灰塵沉積,則在隨后的抽真空中,自燃性灰塵在可能清潔的過濾袋間旋流,容易引起過濾器著火燃燒。在開始一個新的脫氣周期時,必須調整抽真空管路旁路閥開啟,以使真空槽和預抽真空過濾器之間有足夠長的壓力平衡時間,使過濾器支持籠不會變形,過濾袋不會被突然涌入的氣流損壞。
3、干式真空泵系統工藝性能
干式真空泵系統主要用于鋼水真空脫氣、脫碳、脫氧、調節鋼水成分溫度。泵組的級數以及泵的種類和每一級泵的大小和數量都是根據具體工藝和系統氣體流量所需的抽氣能力決定的。
3.1鋼水循環速率RH爐環流氣體的設計最大240m3/h,但由于處理量及真空槽設計不同,在滿足各自工藝處理要求的條件下,不同真度下實際鋼水的循環速率不同,206tRH真空槽浸漬管直徑0.72m,真空處理過程中環流氣體控制在150m3/h,循環量計算如表3。
3.2脫氫效果
在一定溫度下,鋼液中[H]含量隨著爐內壓力的降低而降低;在一定的壓力下,[H]含量隨溫度的升高而增大,但在二次精煉中,壓力對[H]含量影響遠超過溫度[3]。當氣相壓力達300Pa時鋼中w[H]≤1.5×10-6,即低于氫在α-Fe中的溶解極限,從而可完全消除“白點”缺陷。故實際生產中,脫氫的真空度控制一般為200Pa以下。干式真空泵系統脫氫速率較快,對干式真空泵系統進行不同時間氫含量的試驗,圖2是對真空處理不同時間的氫含量的影響,10min氫質量分數達到2×10-6左右,15min氫質量分數達到1.5×10-6以下,20min氫質量分數達到1×10-6以下。
3.3脫碳效果
由于真空處理時高溫和攪拌強烈,所有利于提高脫碳速率的各項因素都可以加快脫碳反應。在真空室內壓力迅速降低的過程中,隨著提升氣體流量增加,循環流量、容積系數增加,提高了脫碳速率,加快了脫碳反應的進行。對干式真空泵系統進行了7爐不同時間碳含量的試驗,圖3是260tRH爐的脫碳情況研究,初始w(C)=(250~400)×10-6,脫碳5minw(C)=(50~100)×10-6;脫碳10minw(C)=(10~50)×10-6;脫碳15min碳質量分數穩定在10×10-6以下。
3.4能源消耗
機械泵系統同RH爐本體一樣,運行時需要消耗氮氣和冷卻水。干式真空泵系統不需要蒸汽和冷卻水,能耗為蒸汽泵系統的10%,運行成本和總消耗減少,節能效果十分顯著,成本回收和獲利速度快。按照240tRH精煉年處理能力230萬t鋼水計算,干式真空泵系統與蒸汽噴射泵系統相比,雖然一次性投資成本較大,但系統運行穩定,生產成本極低(如表4),噸鋼可節約成本6.4元,每年節約成本1472萬元。
干式真空泵系統采用袋式過濾器,每次真空處理結束用氮氣自動清洗過濾器系統,保證了干式真空泵系統的穩定運行。干式真空泵系統能夠滿足RH爐冶金工藝性能,使用干式真空泵系統脫氫和脫碳速率較高,20min氫質量分數達到1×10-6以下,脫碳15min碳質量分數穩定在10×10-6以下,取得了良好的工藝效果。應用干式真空泵系統,可降低RH爐噸鋼生產成本約5.7元,極大的降低RH真空精煉的工藝成本。
1)260tRH干式真空泵系設計抽氣能力在真空度67Pa時達到1100kg/h,真空度3min達到能夠達到67Pa以下,完全滿足工藝要求。干式真空泵系統應用于RH爐,運行穩定,能夠滿足RH爐工藝性能要求,鋼水處理后鋼中的[C]、[H]等氣體元素滿足了工藝要求。
2)采用干式真空泵系統,鋼水中的[C]質量分數真空處理15min后達到了10×10-6以下,鋼水中的[H]質量分數真空處理20min后達到了1×10-6以下。干式真空泵系統運行穩定、節能環保,極大的降低RH工藝成產成本,為的品種鋼生產提供了保障。
