RH真空精炼炉（精选六篇）
RH真空精炼炉 篇1
一、钢液RH真空脱气的装置及工作过程
随着人类社会技术进步和经济建设的发展, 现代工业对钢的质量、品种和产量的要求越来越高, 由一步炼钢法逐渐改进为分步炼钢法。炉外精炼技术的应运而生实现了优质、高效、低耗和多品种的钢铁生产。钢液真空循环脱气法是上世纪50年代由西德鲁尔钢铁公司 (Ruhrstahl A.G) 和黑罗伊斯公司 (C.Heraeus) 联合研究开发出来的, 所以称为RH法。
钢液的RH真空脱气主要装置是一个砌有耐火砖衬的真空室。真空室底部有两个用耐火材料制成的插入管, 一个称为上升管, 一个称为下降管。将两管插入钢液, 对真空室抽真空形成负压, 这时钢液受大气压力作用将由插入管进入真空室。当向上升管中通入隋性气体氩时, 利用气泡泵原理使钢包中的钢液上升, 经真空室然后在重力的作用下从下降管回流入钢包, 形成钢水的反复循环;钢水在上升管内的沸腾大幅增加了与氩气泡的接触面积, 溶解于钢液中的氢和氮进入气相从钢液中逸出。RH真空循环脱气法的主要任务是通过钢水循环, 促使非金属夹杂物上浮、均匀钢水成分和温度, 同时通过物料添加系统使其具有脱氧、脱碳、脱硫、脱磷、成分微调等多项冶金功能。RH真空循环脱气法可为连铸提供优质钢水, 提高连铸生产的安全稳定性, 同时在转炉炼钢与板坯连铸之间发挥了重要的缓冲作用。
二、钢液RH真空脱气的原理
钢液真空脱气原理的理论基础是热力学方面的气体溶解定律和质量作用定律。除此之外, 在脱气过程中还受到很多动力学因素影响, 如脱气表面积、钢液搅拌强度、气泡核形成速度和内衬耐火材料粗糙度等等。用数学方法还很难精确地确定这些因素对脱气过程所起的作用。所以, 钢液真空精炼技术创新和发展一直是围绕营造更加有利的动力学条件进行的。
钢水真空循环原理类似于“气泡泵”。当真空室被抽成真空后, 与大气之间就形成了压力差。但要实现钢水循环, 还必须向上升管喷入氩气作为驱动气体, 驱动气体由于受热膨胀, 上升管内钢水与气体混合物的密度就会降低, 在上升管中产生湍流, 瞬间产生大量气泡, 促使一氧化碳、氢以及氮向其中扩散和上浮;钢水同时受上升管中氢气的驱动, 像喷泉一样涌入真空室。为了保证真空室内的状态平衡, 部分钢水从下降管回到钢包中。周而复始, 实现了钢水循环。而以高速喷入脱气室内的钢液则喷溅成钢滴使其本身脱气表面积大大提高, 扩散层厚度减小, 改变了气体的活度系数, 使钢液内气体溶解度降低。在钢液精炼过程中, 单位时间内产生的气泡越多, 气泡在钢液中停留的时间就越长。脱氧表面积和钢液体积之比越大, 物质迁移系数越大, 实际平衡浓度之差越大, 则脱气速率越大。
由于脱气和碳脱氧的产物是气体, 溶解在钢液中的气体向气相的迁移相对比较容易。其迁移的第一步是气体原子通过扩散和对流迁移到钢液—气相界面;第二步是气体原子由溶解状态转变为表面吸附状态;第三步是表面吸附的气体原子生成气体分子;第四步是气体分子从钢液表面脱附;第五步是气体分子扩散进入气相, 并被真空泵抽出。对迁移过程起控制作用的是气泡在钢液内的缓慢扩散。如果加强钢液搅拌, 则可使脱气过程加快。
三、钢液RH真空脱气的功能
1. 真空脱氧和非金属夹杂物的排除。
氧是钢中的有害元素。固溶在钢中的氧数量极少, 主要是以氧化物夹杂形式存在。非金属夹杂物是钢水在熔炼和冷凝过程中物理化学反应过程中生成的, 除了氧化物, 还有硫化物、氮化物以及由它们构成的各种硅酸盐类复合物, 这些非金属夹杂物数量体积虽然不大, 但与钢本身性质完全不同, 对钢的基体组织和连续性和均匀性造成破坏, 会使钢的冲击韧性、耐磨性、耐腐蚀性、塑性、疲劳强度和冷热加工性能等物理性能降低。因此, 炼钢过程必须进行最后脱除。
碳在脱氧元素中扮演了很重要的角色, 因为碳-氧作用生成的气体产物可从溶池逸出。但在常压状态碳的脱氧能力很弱, 而采用脱氧能力更强的铝或硅来脱氧后又会形成氧化物夹杂残留于钢中, 使钢的纯洁度降低。在真空状态下碳的脱氧能力显著增强。为了在真空处理过程中更有效地去除钢的氧, 还要通过吹氩对钢液进行激烈搅拌, 促使非金属夹杂物微粒聚集成较大颗粒, 易于上浮入渣, 实现脱氧的目的。
2. 真空脱氢、脱氮。
氢以原子或离子形式固溶于钢中, 钢中含氢有害无利, 如产生白点、疏松、点状偏析、氢脆以及焊缝热影响区的裂缝等, 对钢的机械性能影响极大。为了降低钢液中的含氢量, 真空处理时必须杜绝泄气和钢液之间的反应而产生的回氢现象。氮以自由状态在钢中微乎其微, 主要呈弥散的固态化合物状态存在于钢中。随着低碳钢中氮化物 (Fe4N) 缓慢地从钢中析出, 逐渐使钢的强度和硬度增加, 塑性和冲击韧性显著降低, 产生时效和蓝脆效应。所谓时效又称为老化, 所谓蓝脆是指在250℃~450℃这个温度范围内钢的强度升高, 冲击韧性降低。钢液中氮含量超过一定限度时易形成气泡和疏松, 塑性降低后在热轧时容易引起开裂使钢锭报废。依靠一氧化碳或吹入惰性气体会使氢和氮的气泡上浮而脱除。实践证明, 选择0.1 mm~1 mm毫米汞柱的真空度, 就足以脱除钢中的氢和氮。
3. 真空脱碳。
真空条件下, 既可利用碳脱氧又可利用氧脱碳。真空脱碳是利用钢水中氧或真空下吹氧得以实现。在未合金化的钢水中, 溶解氧足以把碳降低到一定水平。在驱动气体的作用下, 加速碳、氧反应, 便实现真空脱碳的目的。
4. 合金化。
为了实现品种钢的精炼, HR脱气同时可以向真空室内添加所需要的合金元素, 而决定混合均匀程度好坏则取决于添加速度、添加角度、均匀化时间和合金本身的理化性质等。
四、结语
RH真空精炼炉 篇2
邯钢公司为了充分回收利用转炉汽化冷却系统蒸汽, 实现余热能源的梯级利用、就近利用, 节能降耗, 提高经济效益, 利用炼钢厂转炉汽化冷却系统余热蒸汽, 运用低压蒸汽燃气式过热装置, 通过调压并过热后供应RH精炼炉, 满足其生产用汽需要。转炉余热蒸汽生产系统通过蓄热器把间歇产生的不连续蒸汽变为连续蒸汽外供, 满足炼钢厂RH真空精炼炉生产用汽需要, 富裕蒸汽供应低压饱和蒸汽发电系统, 拓展了低品质蒸汽的利用途径, 大幅提高了工业企业大量富余低压饱和蒸汽利用效率。
二转炉余热蒸汽回收在RH真空精炼的应用
1. 系统概况及工艺流程。
钢轧系统改造项目公辅工程有3座120 t转炉, 每座转炉冶炼周期平均产汽量17.1 t/h, 汽包工作压力2.45 MPa, 工作温度225℃。炼钢转炉冶炼周期38 min, 吹氧时间15 min, 均利用转炉汽化冷却烟道生产饱和蒸汽。转炉汽化冷却系统配备6台192 m3的蓄热器罐及1套过热装置。
RH真空精炼装置蒸汽供应系统由蓄热器中压蒸汽系统接出, 经蒸汽压力调节阀 (V4.1) 将蒸汽压力调节到合适压力后进入蒸汽滤洁器, 经蒸汽滤洁器脱水后进入低压蒸汽燃气式过热装置进行热交换, 饱和蒸汽变为微过热蒸汽并送至RH真空精炼装置分汽缸。
2. 过热蒸汽的供应系统。
(1) 过热装置蒸汽系统来源:回收3台120 t转炉汽化冷却系统蒸汽进入蓄热站, 从蓄热器送至低压蒸汽燃气式过热装置;电厂2.1 MPa蒸汽作为备用汽源, 当RH精炼炉冶炼周期较长、转炉生产不正常及设备检修时, 电厂2.1 MPa蒸汽自动补充, 进入蓄热站, 从蓄热器送至低压蒸汽燃气式过热装置, 电厂蒸汽最大流量约30 t/h, 压力2.17 MPa (G) , 最高温度370℃;两者均满足RH生产蒸汽需要。
(2) 蒸汽流程:蓄热器供出的饱和蒸汽经调节阀组后, 以稳定的压力进入具有专利技术的滤洁器除水除垢, 再进入低阻损气-汽换热器中换热升温升压, 达到额定过热度后供给真空精炼装置。转炉汽化冷却系统生产的蒸汽优先供应RH真空精炼用汽, 富裕部分蒸汽经调节阀控制蒸汽流量和压力后送至厂区蒸汽管网, 供应其他蒸汽用户。
3. 系统设备参数。
(1) RH真空精炼炉蒸汽参数:
蒸汽流量:最大32 t/h;
蒸汽温度:过热度10℃~15℃;
蒸汽压力:1.3 MPa (G) ;
冶炼周期:38 min;
用汽时间:15 min~38 min;
数量:1座。
(2) 蓄热器性能参数:
蓄热器额定工作压力:2.45 MPa (G) ;
蓄热器实际最高工作压力:2.0 MPa~2.2 MPa (G) ;
单台蓄热器容积:192 m3;
蓄热器台数:6台;
蓄热器形式:湿式变压式圆筒蓄热器。
(3) 低压蒸汽燃气式过热装置:
蒸汽额定流量:35 t/h;
蒸汽正常流量:26 t/h~32 t/h;
蒸汽侧设计压力:1.8 MPa (G) ;
蒸汽工作压力:不低于1.35 MPa (G) ;
入口蒸汽温度:饱和;
出口蒸汽设计温度:240℃;
出口蒸汽工作温度:200℃~240℃ (任意可调) ;
烟气侧设计压力:0.1 MPa (G) ;
烟气工作压力:0.5 k Pa~2.0 k Pa (G) ;
出口烟气工作温度:200℃~250℃。
三饱和蒸汽发电的工作原理及工艺流程
3×120 t转炉产生的饱和余热蒸汽, 经过热调压处理后优先满足炼钢厂1套RH炉生产用汽需要, 富裕部分蒸汽可供应低压饱和蒸汽发电系统, 也可并入厂区低压蒸汽管网, 实现了热电联产和保证管网压力的稳定。
利用炼钢转炉生产过程中产生的蒸汽及1.0 Mpa蒸汽管网中的蒸汽来驱动汽轮发电机组并网发电。蒸汽的膨胀做功推动汽轮机带动发电机发电, 将蒸汽蕴含的热能转化为发电机出口的电能, 再经升压后输送至开关站并入电网。做功以后的蒸汽通过蒸发空冷系统凝结成凝结水, 由凝结水泵加压后经过轴封加热器输送到附近脱盐水站。循环水站的冷却水经蒸发空冷系统、汽轮机凝汽器、发电机空冷器、油系统冷油器冷却后回到蒸发空冷系统的凉水风机进行降温, 循环使用, 并定期补充河水、软水保持水质。
四技术经济效益分析
项目实施后, 根据一年运行实践表明, 完全满足生产、使用的要求, 节能效果明显, 项目效益潜力巨大。
1. 转炉汽化冷却系统年回收利用蒸汽5万吨, 多发电量为652万k W·h, 1k W·h电按0.6元计, 年创效652×0.6=391万元。
2. 间接让电厂少外送抽汽5万吨, 使60 MW汽轮机高负荷发电, 多发电量300万k W·h, 1k W·h电按0.6元计, 年创效300×0.6=180万元。
3. 饱和蒸汽发电机组正常运行后, 如果高炉煤气充足,
则小时发电量可达4000 k W·h (纯凝工况) , 全年发电运行时间按7000小时计, 则机组发电量4000×7000=2800万k W·h, 按照每度电价格为0.6元计, 则年发电收入为2800万k W·h×0.6元/k W·h=1680万元。
五结语
真空精炼蒸汽供应方式较高温高压蒸汽经减温减压后供汽和快速锅炉供汽方式, 节约了大量的能源, 蒸汽过热技术除供RH真空精炼外, 还将与饱和蒸汽发电结合在一起, 尽量将冶炼过程各种余热余能引入蓄热, 是循环经济的典型项目。该项目的运用, 降低了钢铁工序成本, 提高了企业产品的竞争力, 综合社会效益和环境效益明显。
参考文献
[1]何世文, 徐玉林.裴永红.转炉汽化冷却回收蒸汽用于发电技术的实践[J].冶金能源, 2009 (5)
RH精炼炉工艺装备进展 篇3
1959年西德鲁尔钢公司 (Ruhrstahl) 和海罗尔斯公司 (Heraeus) 共同开发了RH (钢水真空循环脱气) 工艺, 距今已有50年的发展历史。当初, 开发RH的主要目的是对钢水进行脱氢处理, 以防止钢中白点的产生, 因而RH仅用于处理对气体有严格要求的钢种, 如大型锻件用钢、厚板钢、硅钢及轴承钢等, 其应用范围很有限。随着RH各项技术的不断研究、完善和发展, 在脱氢的基础上又开发了脱碳、脱氧、吹氧升温、喷粉脱硫和成分控制等功能, 使改进后的RH能进行多种冶金操作, 大大提高了RH 的处理能力和处理效果, 更好地满足了增加处理钢种和提高钢材质量的要求。目前, RH装置已经从一个单纯的脱氢设备变成了一个多功能的炉外精炼设备。
1 RH精炼炉工艺分析
随着新钢种的不断地开发, 如IF钢及DI材等超低碳钢、冷轧取向和无取向硅钢、管线钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、SPCC类一般深冲用、焊接高强度钢、耐候钢、锅炉及压力容器用钢等, 对RH处理钢水的能力要求也不断提高, OB、KTB、MFB和MESID喷枪应运而生, 尽管各喷枪结构有所不同, 但都具备如下功能:吹氧脱碳、加铝升温、喷粉脱硫磷及吹燃气加热等。表1分析了不同RH处理方法的冶金效果, 表2分析了国内外不同RH处理方法的冶金效果, 由表1, 2可以看出, 目前国内外RH精炼炉的功能基本上是一致的。
1.1 采用顶枪工艺
目前, 国内外采用了不同结构的顶枪来实现吹氧脱碳、加铝升温、吹燃气加热耐材、清除冷钢等目的 (见表3) , 且均可以按要求增加喷粉来完成脱硫要求, 脱碳保证值一般小于15×10-6, 而实际生产中可达到10×10-6以下;脱氢保证值一般小于1.5×10-6, 而实际生产中可达到1.0×10-6以下;脱硫保证值一般小于20×10-6, 而实际生产中可达到15×10-6以下;吹燃气保证值一般升温至1 450 °C, 加热温度50 °C/h。单从冶金保证值上国内顶枪技术已经达到国际一流水平。
1.2 采用大抽气量真空系统
真空泵系统是RH精炼设备中的核心设备, 通常选择水蒸汽喷射泵作为抽真空的设备, 这是由于大型企业水蒸汽资源丰富, 且水蒸汽喷射泵抽气量大 (最高可达1 000 kg/h以上) , 对被抽介质的粉尘含量、温度、有无腐蚀性气体等无很高的要求, 工作安全可靠、运转费用低廉、操作维修方便。在蒸汽量不足无法平衡时, 为减少水蒸汽的消耗, 可用水环泵代替最末一级水蒸汽喷射泵。设备能力方面, 极限真空 (25 Pa) 和工作真空 (67 Pa) 也基本上是一致的, 只是抽气曲线略有不同, 但抽气时间的要求是一样的。
由于连铸技术的快速发展, 铸机拉速提高、连浇炉数增加, 对RH设备的处理周期提出了更高的要求, 为减少处理周期, 必须提高处理速度。而通过提高真空泵的抽气能力、减少系统的体积均可达到提高处理速度的目的, 但二者本身又是相互矛盾的, 这就要求设计时必需进行适当的优化, 寻找平衡点。
1.3 加大环流速度和脱气面积
在真空室设计时, 在钢包口径允许的情况下 (不影响测温取样) , 尽量加大浸渍管、真空室内径, 适当加大环流气体量, 250～300 t的RH设备浸渍管内径达到750 mm (有的可达780～800 mm) ;真空室内径可达2 550～2 600 mm;环流气体量可达4 000 L/min。浸渍管直径对脱碳量和时间的影响见图1。
1.4 增加喂丝吹氩功能
针对某些钢种的要求, 为改变钢水中夹杂物形态, 在RH真空处理结束后进行喂Si-Ca丝并吹氩搅拌。吹氩量对钢液脱碳量和时间的影响见图2。
1.5 喷粉脱硫
在冶炼低硫钢种时, 为进一步降低钢液中硫含量, 要求RH具备喷粉脱硫功能。但由于受喷入粉剂量的限制, RH脱硫的效果并不理想, 仅作为一种补偿手段。
1.6 双工位方式
由于铸机的拉坯速度发展很快, 单台RH对一台高效连铸机不能满足连浇要求, 为达到炉机匹配的要求, 设计时普遍采用了不同形式的双工位方式, 即设2个处理工位, 共用1套真空系统、2套顶升装置和液压系统, 如图3所示。
2 RH精炼炉主要设备使用现状
2.1 真空泵系列
真空泵系统除个别元件 (如真空主阀) 从国外采购外, 其他设备全部由国内设计制造。目前, 梅钢、宝钢、莱钢、唐钢RH的真空泵系统运行情况良好。国内设计、制造蒸汽喷射泵最好的是西重所。西重所有一套蒸汽喷射泵实验室, 每一组泵设计完成后, 首先在实验室中做模拟试验, 然后对某些参数、尺寸再作出优化修改, 因而制造的蒸汽喷射泵性能稳定、运行良好。
2.2 真空槽、热弯管、真空料斗
自1998年宝钢275 t RH投产后一段时间内, 该系统一直采取合作制造方式进行, 由国外作基本设计, 国内再转化设计并进行制造。从1999年宝钢投产的300 t RH精炼炉设备起, 已全部由国内设计、制造, 且使用情况良好。
2.3 顶枪、烘烤枪预热装置
顶枪有KTB (川崎制铁专利技术) 、MFB (新日铁专利技术) 等形式, 且已在中国专利局登记注册。中国企业在购买时, 一般采取向国外购买单体设备的方式, 只购买枪体, 其它如提升机构, 升降导轨等通过合作制造方式由国内制造完成。烘烤枪与顶枪情况相类似, 预热装置如离线砌筑区的烘烤器则已经国产化了。
但在顶枪系统中, 顶枪密封通道使用寿命一般较短, 但中国已经研究解决了这一问题, 并成功运用于宝钢2#RH、再建的1#RH改造工程以及唐钢和莱钢RH精炼炉工程中。此项技术已申请国家专利, 在单项技术上超越了国外技术。
2.4 钢包台车、真空槽台车
已完成了从合作制造到国内独立设计独立制造的过程。
2.5 耐火材料
与其他炉外精炼设备相比, RH真空槽各部分耐火材料在处理过程中所处的环境十分恶劣, 包括高温钢水、炉渣的侵蚀、钢水的高速冲刷、温度急剧变化带来的冲击。尤其是浸渍管内壁钢水通过速度达1～1.5 m/s, 而外壁又承受着炉渣的侵蚀。RH耐火材料一直以来是由日本黑崎、欧洲奥镁两大公司占领中国市场。近几年来, 国内几家耐材厂不断研究开发, 已经可以生产出高质量的镁铬砖 (用于真空槽壁、底的工作层浸渍管内衬及热弯管工作层等处) 、刚玉质浇注料, 其寿命不低于国外同类型产品。
3 结束语
目前, 国内通过对引进设备的消化与生产实践, 积累了大量的理论和实践经验, 已具备RH系统的设计和制造能力, RH精炼炉在中国有着十分广阔的发展前景。
参考文献
[1]张鉴.RH循环真空除气法的新技术[J].炼钢, 1996, (2) :31—35.
安钢RH精炼炉过程控制系统 篇4
R H真空处理既是转炉充分发挥效率的可靠保证,又为连铸提供了优质钢水,是稳定连铸生产的重要手段,并在转炉与连铸之间起着重要的缓冲作用。
本着满足高质量钢需求的增长和降低生产成本、提高生产效率的目标,安钢集团公司建成了R H真空精炼炉,并顺利投产达产。
1 安钢RH真空工艺
RH真空精炼的钢水是通过大气压差和引入的驱动气体膨胀做功的作用,经上升管进入真空室底部,再经过下降管返回钢包中,形成钢水循环,从而在真空条件下达到对钢水进行脱碳、脱氢、合金化、净化和减少钢中夹杂等的精炼效果。钢水处理前,先将浸渍管插入待处理钢水中预定的深度,随着抽真空,钢水表面在大气压力的作用下,从浸渍管进入真空槽内,由于上升管不断向钢水吹入氩气,相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差,使钢水经上升管进入真空槽内并通过下降管流入钢包溶池,如此循环往复。真空槽的下部是2个带耐火衬的浸渍管,上部装有热弯管,钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。工艺原理图如图1所示。
2 RH工艺控制模型
RH的工艺控制模型包括:操作模式的选择和指导模型;脱碳及氧浓度预报模型;脱氧合金化模型;温度控制和在线预报模型;钢水成分预报模型。
操作模式选择模型的任务是根据初始工艺条件和处理要求,确定RH采用何种操作,如处理模式、环流气模式、真空模式等;脱碳模型的任务主要是针对需要脱碳的钢种,预测RH处理前期真空脱碳过程中碳含量和氧浓度的变化;合金化模型的任务是在钢水处理后期,根据钢种的目标成分、当前成分及各种合金收得率和合金价格等条件,计算为命中目标成分且使合金化成本最低所需加入的各合金的重量;温度控制和预报模型的任务是预测RH处理过程中某时刻的温度及处理终点温度;钢水成分预报模型的任务主要是预报R H处理过程及处理终点的钢水成分。R H工艺控制模型流程如图2所示。
3 RH控制系统
RH控制系统由MFB顶枪控制系统、合金加料控制系统、真空控制系统3个部分组成。
按最优性价比的标准,选择西门子S7系列PLC系统为基础自动化系统,根据R H精炼炉工艺的特点和实施自动控制的需要,自动化系统架构采用两级控制系统和三级网络系统。两级控制系统由过程控制计算机(L2)系统和基础自动化(L1)系统组成;三级网络由过程控制级以太网、基础自动化(L1)级以太网及设备级现场总线组成,各分布式I/O站与控制器间以Profibus总线连接。自动化系统配置图如图3所示。
4 RH控制系统采取的抗干扰措施
(1)敷设通信电缆。为消除辐射干扰和耦合干扰,敷设Profibus-DP网线,全部采用钢管敷设,主控室内以太网及光缆采用槽式电缆桥架敷设,进入P L C的信号电缆全部采用屏蔽电缆,全部信号电缆走单独的电缆桥架敷设。
(2)转换模拟量输入信号。对系统进入PLC的所有模拟量,在输入信号进入PLC模拟量通道前,先经过单路输入、多路输出的配电器进行信号隔离,防止强信号干扰烧坏通道。
(3)采用多功能中间继电器隔离数字量I/O。为确保I/O点工作可靠和事故状态下手动人工干预,对于阀门控制柜采用多功能带手动、远程切换的中间继电器进行隔离,保证了信号正常传输。
5 调试中出现的问题及改良方法
尽管系统设计采取了各种措施,但在设备调试过程中仍出现了计算机网络通信中断、变频器故障跳电、料位开关模拟信号因阻抗匹配问题导致P L C不正常工作等故障。
通过分析研究,采取以下优化改进措施:
(1)PLC系统用现场总线Profibus-DP所控制的变频器、I/O点模块及其他机电一体化控制设备,采用C P U上D P网线接口分别控制的方式,保证了通信故障时R H精炼炉声场的连续性。若D P网线排列不合理,有可能引起通信中断和总线背板故障,因此网线选择时,选用了带有光纤的D P和设备专用网线,提高了工作的可靠性。
(2)为了减少因P L C故障带来的停机时间,对于通信距离比较长的远程站,采用单独C P U从站控制,这样,在通信故障时,系统可以继续工作。另外,备件选取了同一规格型号的产品,便于互换。
(3)在PLC设备联网或者现场设备不同逻辑电平信号转换时,采用中间继电器,使PLC正常工作。
对于位移显示的场合,若CPU性能许可,可减少程序的处理量,采用PLC高速计数模块接受编码器脉冲信号完成控制功能,不满足时,可采取开关量代替高速计数模块,安装时注意编码器接头情况,否则会烧坏编码器,线路及编码器故障查找比较麻烦。
6 结语
RH精炼炉控制系统抗干扰能力强,保证了PLC设备和通信网络的安全运行,采用的西门子PLC Step7在线监控,方便了系统维护,Profibus-DP网与以太网接口技术组成的二级计算机控制系统,增加了系统的扩展能力,操作方便,使用效果良好。
合金直接加入钢水中,不与炉渣反应,合金收得率高、合金成分控制准、钢水含气低、杂质少,有效提高了钢水的质量,为优质钢种的冶炼提供了保证,使生产超低碳钢、合金结构钢、管线钢、优质碳素钢成为可能,为生产高附加值产品提供了必要的工艺技术支撑。
参考文献
[1]陈春雨,李景学.可编程序控制器应用软件设计方法与技巧[M].北京:电子工业出版社
[2]齐容.可编程控制器教程[M].西安:西北工业大学出版社,2000
[3]孙顺利.RH真空精炼原理及工艺简介[A].河北省冶金学会2008年炼钢连铸技术与学术交流[C].2008
RH真空精炼炉 篇5
首钢京唐一期工程建有两座300吨RH炉,分为1#RH炉和2#RH炉,每座RH炉有两个处理位,两个处理位公用一套真空处理系统和一套合金投料系统。两座RH炉可以同时工作处理钢水,同一时段最多只能有两包钢水在被处理中。
首钢京唐炼钢两座RH精炼炉原仅设计开发了手动和半自动控制模式,RH精炼真空脱氢、真空脱碳、吹氧脱碳、调整温度与成分等功能的实现只能依靠人工手动或半自动操作,操作难度大,设备利用率低,生产效率不高;温度和成分的调整均通过人工手动计算合金添加量和吹氧量,造成温度和成分的控制精度低;二级系统仅用于采集生产数据,无法起到管控的作用。
1 RH一级系统功能
首钢京唐炼钢的1#RH炉和2#RH炉精炼设备基本一样,网络设计一致,工艺控制相同。真空系统负责真空泵级启停控制、环流启停和切换控制、真空槽台车走行控制等;氧枪系统负责顶枪吹氧控制、预热枪控制;合金投料系统负责RH精炼过程中的合金备料投料控制、废钢备料投料控制、铝粒备料投料控制。
一级自动控制系统开发主要包括:真空系统泵级自动控制和环流自动控制,氧枪系统顶枪自动吹氧控制和自动去冷钢控制,投料系统自动合金投料、自动废钢投料和自动铝粒投料控制。
2 真空系统自动控制开发
2.1真空泵级自动控制
RH炉精炼炉真空泵级系统由五级真空泵串联构成,其中,五、四两级真空泵采取两两并联布置方式,共有七个真空泵,通过各自蒸汽阀门不同组合的开闭实现相应模式的控制。
真空泵级自动控制流程:RH炉钢水处理所需所有条件均具备时,手动点击HMI画面真空处理开始按钮,则真空主阀自动打开,使真空槽内与真空泵级系统贯通。真空泵级控制系统接受二级系统下发来的真空泵级设定级数,以真空泵级与真空度关系表中的真空度为泵级连锁条件,依次启动真空泵以达到设定的真空泵级数。在自动控制模式下,真空泵级控制只接收二级计算下发的设定泵级,操作员HMI界面无法对泵级进行修改和切换,人工干预仅在紧急情况时在系统切换到一级手动模式时可用。当真空处理结束时,二级下发真空结束信号,一级控制系统自动关闭真空主阀,各级真空泵按照真空度要求由低到高依次关闭。(表1)
真空泵级自动控制实现目标:
(1)真空泵级按照二级设定实现自动、快速、准确地启停控制。
(2)复压系统的安全、精确的控制。
(3)冷凝器自动启动、关闭的控制。
(4)真空泵级之间的喷射泵阀互为联锁的控制。
(5)手动控制与自动控制间无扰动切换与无扰动操作。
2.2真空环流自动控制
环流气体是在真空脱气过程中,从浸渍管吹入氮气或氩气,驱动钢水在真空槽内环流。在非脱气处理的时候,采用氮气作为保护气体用。
本系统中,在非真空脱气处理时环流系统吹入氮气以保护环流设备,在真空脱气处理时环流系统吹入氩气以驱动钢水在真空槽内的环流。在自动环流控制时,当真空处理开始,系统自动将环流气体切换到氩气,初始氩气流量等于切换时氮气的流量,切换后的真空处理过程中氩气流量控制由接收到的二级氩气实际设定流量决定。当自动真空处理结束,钢水包下降到低位时,环流系统自动切换到吹入氮气,流量等于切换时氩气当前流量。
环流控制模型实现目标:
(1)氮气与氩气切断阀的联锁控制。
(2)气体吹入量的精确控制。
(3)两种气体类型及时切换。
(4)实现环流气体一键式。
(5)一、二级控制之间的无扰动切换。
3 投料系统自动控制开发
3.1投料系统基本流程
RH炉合金投料基本流程见图1。
3.2投料系统自动化控制开发目标
(1)根据二级投料信息自动选择高位料仓,要求准确无误;
(2)根据选中料仓,准确分配料重;
(3)称量斗称量准确,误差不超过2%;
(4)组内物料称量连锁控制,组内不同时称量,按序号由低到高顺序启动电振给料机;
(5)称量斗到真空仓的运料及时,称量斗间放料连锁控制,皮带不堆料,闸门不卡料;
(6)真空仓投料及时准确,不卡料,不漏气;
(7)铝粒、合金、废钢连锁控制,铝粒优先投放;
(8)批次准确,不交叉,不混料;
(9)废钢分批准确,备料及时,运料投料连续进行;
(10)合金、废钢投料与吹氧连锁控制,吹氧不投合金和废钢;
(11)一键式操作,故障和报警信息准确及时。
3.3投料系统自动控制开发
(1)高位料仓选择模型开发
1)读二级投料数据信息;
2)判断二级有新下发投料数据;
3)读高位料仓优先选择料仓信息;
4)读废钢物料代码,读铝粒物料代码;
5)以废钢物料代码与二级下发数据中所有物料代码比较,判断本批次物料是否有废钢;以铝粒物料代码与二级下发数据中所有物料代码比较,判断本批次物料是否有铝粒;其余则为合金;
6)以二级下发数据信息中第一种物料代码与高位料仓优先选择物料代码比较;
7)若有相同则计数加1,记录选中料仓地址号,直到选中的高位料仓物料代码
比较完成;
8)二级下发单种物料投料重量除以该物料高位料仓选中计数,将该数据作为该物料该料仓需要投料的物料重量;
9)根据高位料仓选中的仓号,选择要启动的称量斗和电振给料机。
(2)铝粒投料控制
铝粒采用动态减法下料,即二级下发铝粒投料信息后,将在RH炉口直接打开铝粒投料仓下电振给料机,按设定铝粒投入重量直接将铝粒投入RH炉内。铝粒投料仓有专用料称核实铝粒投入量。在同一批次的三类投料物料中铝粒的投放优先级最高。
(3)合金的备料、运料和投料
在一个批次的物料中,除了铝粒、废钢的其它物料都是合金物料,合金物料在废钢之前备料、运料和投料。
合金备料:24个高位料仓中的合金物料按称量斗分为6组,组内被选中的高位料仓称量物料时,按编号由小到大的顺序依次启动,组间同时启动,直到本批次合金物料称量完毕。
合金运料:当真空料仓为空时,依次启动真空仓进料闸门、大倾角皮带机、投料皮带机、称量斗下电振给料机进行运料。往1# 工位运料,从1# 称量斗到6# 称量斗顺序启动电振给料机,往2# 工位运料,从6# 称量斗到1# 称量斗顺序启动电振给料机。当称量斗被全部放空后,按启动顺序反向依次延时停止设备。
合金投料:合金被运送到真空投料仓后,打开抽真空氮气阀,将真空投料仓抽到设定真空度以下,等待投料信号到达后,开启真空仓排料闸门,将真空仓内合金物料投入RH炉内。投料延时到后,关闭排料闸门,打开复压阀门,将真空仓内真空度恢复到设定气压或者大气压。
至此,合金的投料流程完毕。
(4)废钢的投料控制
废钢的投料流程与合金的投料流程一致,合金运料结束后开始废钢的备料,当合金投料完成后,废钢开始运料。与合金投料流程不同的是,废钢的投料流程由于受设备影响,在废钢重量较大时,将废钢按1000Kg的设定量分批次进行。
4 顶枪系统自动控制开发
顶枪吹氧全自动实现:接收二级发送的吹氧模式,根据脱碳和铝加热两种不同模式选择不同的枪高和吹氧量设定值,并自动进行下枪,达到目标枪高则通过自动调节氧气阀按设定值通过PID调节进行吹氧,当达到二级发送总吹氧量,自动提枪并关掉氧气阀,同时打开保护气体阀门,以确保系统安全。整个系统在运行过程中均可进行一 / 二级无扰动切换,且可随时人为停止,以确保系统运行安全。
顶枪去冷钢全自动实现:接收二级发送的去冷钢开始信号,以及去冷钢的各时刻的煤气量和枪高,程序自动开始计时,并在相应时刻安照设定煤气量同时调节煤气阀和助燃氧气阀并运行到设定的枪高,进行去冷钢作业。在接收到去冷钢结束或接收到设定信号为零时,则自动恢复到初始位置。
5 结束语
两种VD精炼炉真空系统特性分析 篇6
随着炼钢工业的重心从追求产量的增长转向追求增加品种和提高质量, 钢水炉外真空精炼将进一步得到普及和发展。真空精炼的核心在于整个真空系统, 其性能不仅决定了精炼的效果, 也极大的影响着产品的质量及运行和维护成本。因此, 对VD精炼炉采用的全蒸汽喷射泵真空系统和水环式真空泵加蒸汽喷射泵真空系统进行分析比较, 并结合自身实际情况选择适合的真空系统, 对钢铁企业, 尤其是对中小型钢铁企业非常重要。
1全蒸汽喷射泵真空系统特性分析
1.1蒸汽喷射泵设备
蒸汽喷射泵是以蒸汽作为工作介质, 从拉瓦尔喷嘴中喷射出高速蒸汽射流来携带气体, 从而达到抽气的目的。其工作压力范围较宽, 多级蒸汽喷射泵的工作压力范围可以从大气压到0.1 Pa, 而且可以直排大气。其抽气量因喷嘴大小及蒸汽压力的不同而相差很大。
因为蒸汽喷射泵运行时本身并无机械运动部件, 工作不受润滑、振动等条件限制, 因此其可以做成抽气量很大的泵, 并且可以抽除含有大量水蒸气、粉尘、易燃、易爆及有腐蚀性的气体。
1.2蒸汽喷射泵工作原理
蒸汽喷射泵结构见图1。其工作过程可分为3个阶段:
(1) 工作蒸汽经过拉瓦尔喷嘴变成超音速气流而喷射到混合室内, 由于蒸汽流处于高速而压力降低, 同时降温, 使混合室内形成负压区。此时, 被抽气体被吸入混合室。
(2) 工作蒸汽和被抽气体两股气流在混合室内相互混合并进行动量和能量交换, 把工作蒸汽的动能传给被抽气体, 逐渐使得两种气体在扩压器喉部速度相同, 并产生正激波, 使得混合气流速度下降, 压力升高。
1.工作蒸汽入口; 2.过滤器; 3.拉瓦尔喷嘴; 4.吸入口; 5.扩压口
(3) 亚音速混合气流从扩压器喉部流出, 在扩压器渐扩段速度下降, 压力增高, 直到扩压器的出口处, 混合气体压力增加到出口压力。
单级蒸汽喷射泵的压缩比不大于10, 因此为了达到67 Pa工作压力且能够直排大气的要求, VD精炼炉用真空系统需要多级喷射器和冷凝器串联组成多级蒸汽喷射泵。
1.3全蒸汽喷射泵真空系统特性
目前, 国内比较成熟的全蒸汽真空系统一般采用五级, 以20 t VD精炼炉为例, 其中各级真空泵工作压力及抽气量等, 见表1。
注:※ 表示泵在运行
随着目前能源的紧缺, 以及国家对钢铁企业节能减排的要求, 衡量一套真空系统的好坏, 不仅要看其抽气速度, 同时还要考虑抽气过程中蒸汽的耗量。图2为江苏大■集团有限公司为浙江冯家桥机械有限公司承建的一台20 t VD精炼炉生产过程中的真空罐内压力及瞬时蒸汽耗量图。
由图2可以看出, 平均蒸汽耗量在5 t/h, 最大蒸汽耗量约8 t/h, 对应表1可知, 当罐内压力达到8 kPa附近, 既打开3级增压泵同时, 4、5级主泵还在运行, 而4、5级辅泵蒸汽还没有完全断开, 此时蒸汽耗量达到最大。根据最大耗量可以确定蒸汽锅炉需要选择10 t/h, 才能比较好的满足生产要求。在实际生产中, 平均预抽时间大概为5～6 min既可达到工作压力67 Pa以下, 这也证明了该种配置完全可以满足生产工艺要求的。
同时在生产过程中还发现, 冷却水温对真空系统的抽气效果影响很大, 尤其在夏天气温偏高时, 当冷却水进水温度高于35 ℃时, 真空系统抽气效果会受到明显影响, 当进水温度高于40 ℃时, 抽气系统基本无法达到工作压力。因此, 全蒸汽喷射泵真空系统对冷却水要求比较高, 这对整个系统的运行成本控制是不利的。整个系统冷却水耗量约350 t/h。
2水环泵加蒸汽喷射泵真空系统分析
2.1水环式真空泵设备
水环式真空泵 (简称水环泵) 是一种粗真空泵, 其所获得的极限压力, 对于单级泵为2.66～9.31 kPa, 对于双级泵则为0.133～0.665 kPa。水环泵一般抽速范围为10～25 000 m3/h。
水环泵主要由叶轮、泵体、水环、吸气口、排气口等几部分组成。
水环泵因为泵腔内无金属间直接摩擦, 结构简单, 可以抽易燃易爆气体及水蒸汽。同时因为水环泵没有排气阀及摩擦表面, 故可以抽含有灰尘的气体。
2.2水环泵工作原理
图3是一台单作用式水环泵示意图。
在泵体中装入适量的水, 当偏心安装的叶轮按图示的方向旋转时, 水被叶轮抛向四周, 由于离心力的作用, 水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭水环, 随着位置的不同, 叶片插入水中的深度也不同。
因此, 在一个旋转周期内, 当叶片处在0°时, 插入水环中的深度比较深, 此时两个叶片之间形和水环形成了一个很小的封闭腔, 随着叶片的旋转, 这个封闭腔逐渐扩大, 直到其旋转到与吸气口相连时其体积仍在继续扩大, 此时因体积扩大产生的负压就会通过吸气口将外界的气体吸入到腔内, 直到叶片旋转过吸气口, 此时叶片插入水环的深度最小, 叶片与水环形成的腔达到最大, 同时也完成了一次吸气过程, 随着叶片的继续旋转, 叶片插入到水环里的深度逐渐增加, 腔的体积逐渐缩小, 腔内气体压力逐渐升高, 直到叶片旋转到排气口位置时腔与排气口相连, 腔内高压力的气体就会通过排气口排出腔外, 随着叶片的旋转, 叶片转过排气口而进入下一次循环, 如此往复, 从而实现不断将气体由吸气口吸入, 至排气口排出的功能。
2.3水环泵加蒸汽喷射泵真空系统特性
采用双级水环泵加三级蒸汽喷射泵组合, 就可以实行从0.067 kPa到直排大气的要求。此处为了便于比较, 仍以20 t VD为例, 各级真空泵工作压力及抽气量, 见表2。
注:※表示泵在运行
由于水环泵取代了全蒸汽喷射泵真空系统中的4、5级主、辅泵, 因此这套真空系统的蒸汽耗量及冷却水耗量降低很多。图4为浙江大隆公司一台20 t VD精炼炉生产过程中, 罐内压力及蒸汽耗量。
由图4及表2可以看出, 该真空系统蒸汽平均耗量约为2 t/h, 最大蒸汽耗量约为2.5 t/h, 因此其选配了一台4 t/h的锅炉。实践表明, 其抽气时间为:大气压至8 kPa约2.5 min, 8 kPa至0.067 kPa约4.5 min, 可以满足生产工艺要求。因为在抽气前期是靠水环泵实现, 因此蒸汽消耗的时间比全蒸汽喷射泵要短约2 min。同时, 其冷却水耗量大约为250 t/h, 且抽气性能对水温的依赖要低, 在生产过程中进水温度曾经达到了36 ℃, 而仍然能够抽到工作压力范围内, 这对在南方地区夏季的生产是很有利的。
3两种真空系统特性比较
在参考的两家钢铁厂中, 全蒸汽真空系统的整体抽气能力要比水环泵加喷射泵真空系统略大, 因此其预抽时间也相应的缩短约1～2 min, 这在生产中, 可以更好地控制钢水的出钢温度, 并且能够满足一些特殊钢种的冶炼。而水环泵加喷射泵真空系统却在能源消耗及冷却水系统的建设上比全蒸汽真空系统节省很多。按照每炉钢20 min处理时间来计算, 平均每炉钢可以节约蒸汽约1 t。
因此, 在真空精炼炉的选型上, 应该主要考虑以下几个方面:冶炼工艺、厂房情况、气候情况、能耗、维护能力及生产强度。
如果生产的钢种对VD真空精炼炉性能要求很高, 且工厂环境温度不会太高或者有足够的空间预留做冷却水池, 可以选择全蒸汽真空系统以更好的满足生产要求;如果工厂环境温度较高, 或者厂房面积受限, 且能耗是单位考虑的重点, 出于节约运行成本的考虑, 则建议选择水环泵加喷射泵真空系统。两种真空系统对设备维护能力要求上, 因为水环泵加喷射泵真空系统比全蒸汽真空系统多了两台水环泵, 因此其对设备维护的要求更高一些。
4结束语
通过上述分析可以看出, 两种真空系统在配置合理的前提下都能够很好的满足生产工艺的要求。
摘要：从理论与生产实践两个方面, 分析比较了水环式真空泵加蒸汽喷射泵真空系统和全蒸汽喷射泵真空系统的特性、工作原理和生产应用情况。
关键词：VD真空精炼炉,水环泵,蒸汽喷射泵
参考文献
[1]杨乃恒.真空获得设备[M].沈阳:东北大学出版社, 1996.
[2]王继常.真空系统设计[M].沈阳:东北大学出版社, 2002.