RH-KTB爐外精煉設(shè)備真空抽氣系統(tǒng)性能測試

2009-05-06 王　慶東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院

1、前言

超純凈鋼生產(chǎn)的技術(shù)研發(fā)已經(jīng)成為全球鋼鐵業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。而超純凈鋼生產(chǎn)要完成一系列復(fù)雜的工藝過程,其中主要完成脫氫、脫碳、脫硫、脫氧等工藝。RH-KTB 爐外精煉是完成上述主要工藝、實(shí)現(xiàn)超純凈鋼生產(chǎn)的有效手段之一。RH-KTB爐外精煉設(shè)備包括熔池(真空室) 和真空抽氣系統(tǒng)(蒸汽噴射泵成套真空系統(tǒng))。鑒于市場的需求和RH-KTB爐外精煉的重要性,近年來國內(nèi)外許多學(xué)者對RH-KTB爐外精煉工藝進(jìn)行了研究并取得了一些成果。但絕大多數(shù)是針對熔池進(jìn)行的研究,特別是熔池內(nèi)鋼水的流動(dòng)和脫氣行為的研究,沒有考慮熔池真空度的變化對脫氣的影響,而對真空抽氣系統(tǒng)抽氣性能的研究卻少見報(bào)道。然而鋼水的脫氣行為不僅與鋼水的流動(dòng)、熔池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)有關(guān),還與真空抽氣系統(tǒng)對熔池的抽氣行為有更直接的關(guān)系。

真空抽氣系統(tǒng)工作異常而單方面對熔池的研究意義不大。因此真空抽氣系統(tǒng)性能好壞直接關(guān)系到RH-KTB 精煉的整體效果。然而保證真空抽氣系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠的工作卻面臨一系列問題。原因在于:

(1)理論研究不成熟。真空抽氣系統(tǒng)(蒸汽噴射泵成套真空系統(tǒng)) 是利用高壓水蒸汽抽吸低壓氣體致使封閉熔池內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度的裝置。而目前的抽吸理論基本上是定壓混合理論和定常混合面積理論,它們都是一維設(shè)計(jì)理論,對氣體的流動(dòng)模型進(jìn)行了簡化。同時(shí)能源介質(zhì)的穩(wěn)定性能及系統(tǒng)的內(nèi)漏外漏決定了理論研究與實(shí)際有較大的差距。

(2) 實(shí)驗(yàn)研究不夠充分。我國大部分RH-KTB 設(shè)備都是從國外引進(jìn)的,沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)也缺少足夠的技術(shù)儲(chǔ)備。

因此急需對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行消化吸收。對真空抽氣系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究,特別對其在不同工況下的抽氣能力特性的實(shí)驗(yàn)研究尤為迫切。實(shí)踐表明真空抽氣系統(tǒng)抽氣性能下降會(huì)對RH-KTB 脫氣效果產(chǎn)生不良影響。本文通過對寶鋼RH-KTB(2RH)爐外精煉抽氣系統(tǒng)進(jìn)行的性能測試,確定了不同負(fù)荷下的穩(wěn)定真空度。希望對指導(dǎo)鋼鐵生產(chǎn)和進(jìn)一步的理論研究有一定的參考。

2、實(shí)驗(yàn)條件

本文以上海寶鋼集團(tuán)公司鋼水真空精煉用的RH-KTB爐外精煉真空系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)設(shè)備有:寶鋼RH-KTB 爐外精煉抽氣系統(tǒng)(4 級(jí)立式高架式真空泵組,工作真空度67Pa , 系統(tǒng)漏氣量15kg/h ,塔式雙噴頭冷凝器,冷凝水流量1680m3/h,冷凝水入口溫度34 ℃, 蒸汽耗量34t/h , 蒸汽壓力13 kg/cm2) ;11個(gè)壓力傳感器分別用于各級(jí)泵入口的真空度的測量及水蒸汽、冷凝水壓力的測量;3個(gè)溫度傳感器及2 個(gè)流量計(jì)用于水蒸汽、冷凝水過程量的測量;工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成信號(hào)的采集與處理;其它設(shè)備略。RH-KTB 系統(tǒng)是多級(jí)高架式水蒸汽噴射真空泵與多級(jí)冷凝器串聯(lián)而成,用來對真空室內(nèi)的鋼水脫碳、脫氫、脫氧處理及成分、溫度調(diào)整。如圖1 所示,工作時(shí)(以高真空脫氫脫氧為例) ,首先打開4A、4B 的蒸汽閥,使4A、4B 真空泵對真空室預(yù)抽真空;1 min 左右啟動(dòng)3A、3B ,再過1 min 左右分別啟動(dòng)S2 及S1 并關(guān)閉3A、4B ,大約過2 min 真空室內(nèi)的氣體壓力達(dá)到高真空穩(wěn)定值(2. 5 mbar) ,這時(shí)開始對真空室內(nèi)的鋼水進(jìn)行脫氫、脫氧,直到氣體含量達(dá)到指標(biāo),實(shí)現(xiàn)鋼水的真空精煉。