梅鋼一煉鋼1# RH 裝置的真空泵及加料系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)

吳建龍，陳亞文，潘朝春，任 彤，方杞青，張 明

(1.中國重型機(jī)械研究院股份公司;陜西 西安710032，2.梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210039)

0 前言

梅鋼一煉鋼原有1# RH 裝置的真空泵系統(tǒng)性能劣化、真空加料系統(tǒng)容積偏小、高位料倉下的振動(dòng)給料機(jī)頻繁出現(xiàn)滑料或卡料等問題，無法滿足梅鋼一煉鋼硅鋼生產(chǎn)的工藝要求。

中國重型機(jī)械研究院股份公司在盡量減少對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)影響的原則下，根據(jù)設(shè)備現(xiàn)狀，提出了合理改造方案。在滿足設(shè)備正常、可靠運(yùn)行及生產(chǎn)必須的前提下，優(yōu)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，高效組織工程管理，減少了工程投資。改造后不僅滿足了梅鋼硅鋼的生產(chǎn)需求，也為其它真空精煉設(shè)備改造積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 原裝置存在的問題

1.1 真空泵系統(tǒng)問題

原600 kg/h、67 Pa 四級(jí)蒸汽噴射泵系統(tǒng)［1］自2002 年8 月投產(chǎn)以來運(yùn)行至今。由于噴嘴及泵殼不同程度磨損、冷凝器噴頭腐蝕老化、系統(tǒng)泄露量加大、系統(tǒng)積灰嚴(yán)重等因素導(dǎo)致真空泵系統(tǒng)排氣能力下降明顯。關(guān)閉真空主閥，切斷RH真空槽及加料系統(tǒng)，僅對(duì)真空泵系統(tǒng)進(jìn)行多次測(cè)試。系統(tǒng)抽氣性能偏離如表1 所示。

表1 改造前真空泵系統(tǒng)性能參數(shù)Tab.1 Old vaccum bump system performance

當(dāng)打開真空主閥，將真空泵系統(tǒng)與RH 真空槽及加料系統(tǒng)連接。帶鋼水處理時(shí)，加料后系統(tǒng)純脫氣時(shí)間加長，30 min 處理時(shí)間內(nèi)很難達(dá)到真空度133 Pa 以上。嚴(yán)重制約了加料種類、加料量和加料時(shí)間的控制、吹氧量和吹氬量的選擇以及高真空脫氣時(shí)間的保持等硅鋼工藝要求［2］［3］［4］。

1.2 真空加料系統(tǒng)問題

真空加料系統(tǒng)主要包括鋁料斗、合金料斗和碳料斗。原鋁料斗容積0.75 m3，如圖1 所示。合金料斗容積1.0 m3，如圖2 所示。在真空狀態(tài)下，各料斗投料總量過小。其中，鋁料倉為大氣加料倉，不能在真空狀態(tài)下接受高位料倉的補(bǔ)料，經(jīng)常限制鋁的加入量，影響鋼液脫氧和升溫效果。在真空狀態(tài)下，合金料斗需多次均壓才能滿足合金量的投放要求，增長了鋼液合金化時(shí)間［5］。

長期使用后，各料斗內(nèi)部均有不同程度的磨損，加料路徑上存在積料和卡料的現(xiàn)象，同時(shí)，設(shè)備本體上也出現(xiàn)了穿孔漏氣的趨勢(shì)。

圖1 鋁料斗結(jié)構(gòu)Fig.1 AL storage structures

圖2 合金料斗結(jié)構(gòu)Fig.2 Alloy storage bin structures

1.3 高位料倉加料系統(tǒng)問題

高位料倉投料角度偏小，不能保證合金料順利下料。同時(shí)，高位料倉下的插板閥投料角度過大，結(jié)構(gòu)不合理，如圖4 所示。插板閥開度不易調(diào)節(jié)，開度較大時(shí)，振動(dòng)給料機(jī)停機(jī)后，頻繁出現(xiàn)滑料現(xiàn)象。開度較小時(shí)，振動(dòng)給料機(jī)工作時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)卡料的現(xiàn)象。因此，開度較大或較小均無法順利為真空加料系統(tǒng)補(bǔ)料，嚴(yán)重影響真空加料時(shí)間。

圖3 高位料倉加料機(jī)構(gòu)Fig.3 Feeding vavle structures of high level storage bin

2 技改方案與實(shí)現(xiàn)

2.1 真空泵系統(tǒng)優(yōu)化

依據(jù)真空冶煉時(shí)真空度的實(shí)際情況，加大真空泵的抽氣能力，才能提升1#RH 的整體性能。技改后的真空泵系統(tǒng)，首先應(yīng)保證原有的抽氣性能不降低，其次抽氣能力在濁環(huán)水流量不足的前提下增加到700 kg/h 以上。中重院依據(jù)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)見表2。

表2 新真空泵系統(tǒng)性能Tab.2 New vaccum bump system performance

2.1.1 真空泵優(yōu)化

作為應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)體系的主體，高校起到了至關(guān)重要的作用。首先，高校應(yīng)該重視大學(xué)生應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)教育，將應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)教育作為一門必修課列入學(xué)校教學(xué)系統(tǒng)中，設(shè)立專項(xiàng)培訓(xùn)教育資金，切實(shí)將應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)在全體在校大學(xué)生中進(jìn)行普及。高校可以開展豐富多樣、循序漸進(jìn)的應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)教育，先利用軍訓(xùn)的機(jī)會(huì)向新生進(jìn)行基礎(chǔ)性的應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)教育，再通過專門的應(yīng)急救護(hù)必修課進(jìn)一步加強(qiáng)教育，在選修課中采用理論加實(shí)踐的教育模式，在體育課中也可以增設(shè)有關(guān)應(yīng)急救護(hù)實(shí)踐的課程，全方位讓學(xué)生們掌握應(yīng)急救護(hù)知識(shí)與技能。針對(duì)每個(gè)班級(jí)，挑選出成績優(yōu)異的同學(xué)進(jìn)一步教育、培養(yǎng)，讓他們獲得資質(zhì)，成為急救員，保證每個(gè)宿舍都有一名急救員。

根據(jù)汽水條件，利用中重院真空泵計(jì)算模型，調(diào)整了真空泵B1 和B2 泵的結(jié)構(gòu)，增大了高真空自然脫碳的排氣能力。同時(shí)，為現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)方便［6］，在不改變單泵抽氣性能的基礎(chǔ)上，將B1 和B2 泵分體設(shè)計(jì)，并增加連接法蘭、彈性支撐和吊耳，如圖4 所示。

圖4 B1/B2 真空泵分體結(jié)構(gòu)Fig.4 The sectional structures of B1/B2 vaccum bump

2.1.2 冷凝器優(yōu)化

為了達(dá)到良好的蒸汽冷凝效果，在不改變?cè)欣淠鳉んw結(jié)構(gòu)的前提下，根據(jù)各噴頭用水量，利用冷凝器設(shè)計(jì)模型，調(diào)整了噴頭喉管直徑D1 D2 D3 D4 和噴頭間距H1 H2 H3 H4以及分流弧板直徑D5 D6。

2.1.3 介質(zhì)系統(tǒng)優(yōu)化

(1)保持蒸汽壓力不變，將蒸汽用量由原來的21 t/h，適當(dāng)加大為22 t/h。但仍然小于改造前系統(tǒng)實(shí)際蒸汽耗量。

(2)改善蒸汽總管的壓力調(diào)節(jié)閥性能。由原調(diào)節(jié)閥通徑DN150 mm 改為DN200 mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，將原閥前設(shè)計(jì)壓力4.0 MPa 修正為2.5 MPa。閥后壓力仍保持1.3 MPa。選用的新KOSO 501G 調(diào)節(jié)閥更適于真空泵用汽需要瞬間快速調(diào)節(jié)，穩(wěn)態(tài)精度高的要求［7］。

(3)將原有1160 m3/h 冷卻水量，增加到1250 m3/h。根據(jù)流速近似原則和蒸汽冷卻效率，合理分配各冷凝器冷卻水量。經(jīng)過計(jì)算，需要將原C1 冷凝器下部進(jìn)水口徑DN200 mm，增大到DN300 mm。C2 和C3 冷凝器各進(jìn)水管路不變，但閥門開口度需要適當(dāng)調(diào)節(jié)，由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。冷凝器噴頭結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 冷凝器噴頭結(jié)構(gòu)Fig.5 Condenser shower nozzle structures

2.2 真空加料系統(tǒng)改進(jìn)

本系統(tǒng)改造時(shí)盡量增大真空加料量、保證投料準(zhǔn)確度、在現(xiàn)有空間內(nèi)布置。將1#RH 的C 料斗改為AL 料斗并增加有效容積≥2 m3;增大合金料斗有效容積≥3 m3;保留原有AL 料斗;相應(yīng)調(diào)整合金溜管、伸縮接頭及真空料斗的布局;改造后的料斗應(yīng)能在有限空間內(nèi)成功布置;高位料倉加料系統(tǒng)在確保加料速度的基礎(chǔ)上，避免漏料、卡料。

2.2.1 鋁料斗改進(jìn)

如圖1 所示，為了增加AL 料斗有效容積，將原結(jié)構(gòu)中接料斗與錐閥分離的較高結(jié)構(gòu)，改用錐閥在接料斗內(nèi)布置的緊湊型接料斗結(jié)構(gòu)。使殼體內(nèi)的稱量料斗加大到3 m3，堆料有效容積≥2 m3。考慮稱量的可靠性，適當(dāng)調(diào)整有稱量傳感器位置和安裝結(jié)構(gòu)。應(yīng)業(yè)主要求，在稱量料斗錐管外壁增加電動(dòng)振打器，以確保加料速度。為提高機(jī)體耐磨性，在接料料斗內(nèi)測(cè)和稱量料斗內(nèi)測(cè)設(shè)計(jì)了高鉻鑄鐵襯板。

如圖1 所示，為了能實(shí)現(xiàn)AL 料斗在真空狀態(tài)下可以多次接料和加料功能，同時(shí)能夠控制加料精度，在不改變?cè)姓駝?dòng)給料機(jī)給料功能的條件下，在振動(dòng)給料機(jī)出口，增設(shè)一套氣動(dòng)密封錐閥。當(dāng)接料斗錐閥關(guān)閉后，開啟該密封錐閥，可以在真空狀態(tài)通過振動(dòng)給料機(jī)精確向真空槽內(nèi)加料。當(dāng)該密封錐閥關(guān)閉，接料斗錐閥開啟后，可以在大氣狀態(tài)接受來自外圍旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的合金料，準(zhǔn)備為下個(gè)真空加料周期使用。為提高機(jī)體耐磨性，在加料錐管內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)了高鉻鑄鐵襯板。

2.2.2 合金料斗改進(jìn)

如圖2 所示，為增加合金料斗有效容積，去除了原結(jié)構(gòu)中的過度料倉，將加料口深度下移，接近+12.8 m 平臺(tái)，密封錐閥相應(yīng)加長。同時(shí)，將原有料斗筒體直徑φ1.6 m 增大到φ1.9 m。最終，合金料斗容積5 m3，堆料有效容積≥3 m3。如圖2 所示，為確保投料能力，將原有氣缸缸徑φ160 mm 增大到φ320 mm，并將密封錐閥拉桿直徑由φ60 mm 加大到φ90 mm，錐閥導(dǎo)管相應(yīng)加長;同時(shí)，在料斗錐體上增加了電動(dòng)振打器。為提高機(jī)體耐磨性，在接料料斗內(nèi)側(cè)、料斗錐體內(nèi)側(cè)和錐閥導(dǎo)管為側(cè)設(shè)計(jì)了高鉻鑄鐵襯板。

2.2.3 系統(tǒng)布置調(diào)整

本次加料系統(tǒng)的改造需在4.5 m ×5.0 m 鋼結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)完成。如圖6 所示，當(dāng)原C 料斗被新AL 料斗代替，同時(shí)增大合金料斗直徑后，布置空間便非常狹小。圖中，R4900 mm 是旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的回轉(zhuǎn)半徑。為了能夠滿足旋轉(zhuǎn)給料機(jī)順利給三個(gè)料斗布置投料的要求，首先將新AL 料斗和原AL 料斗本體沿各自加料口中心旋轉(zhuǎn)一定角度，其次將各自的接料斗適當(dāng)旋轉(zhuǎn)一定角度，并調(diào)整合金料斗接料口的定位距離，最后確定三個(gè)料斗本體間的維修空間和安裝間隙。同時(shí)，盡可能小地改動(dòng)各料斗的加料口中心相對(duì)于真空槽接料口的空間位置關(guān)系，以確保加料口間管道投料角度均在45°～50°之間。圖6 中，真空槽中心到接料口的距離為2074 mm。

2.3 高位料倉加料系統(tǒng)改進(jìn)

如圖3 所示，為了防止振動(dòng)給料機(jī)停振后，高位料倉中的合金漏料，將原寬520 mm 的加料通道減小到300 mm，閘板閥在其間控制加料開度;將加料通道由原55°加大到61°，延緩合金滑落趨勢(shì);在通道內(nèi)增加導(dǎo)料襯板，控制合金移動(dòng)路徑;新選長度900 mm、傾角6°的振動(dòng)給料機(jī)，取代原長度900 mm、傾角10°振動(dòng)給料機(jī)，延緩合金滑落趨勢(shì)。如圖1 所示，為了確保合金加料速度，在高位料倉側(cè)壁增設(shè)電動(dòng)振打器;將原插板閥55°傾角減小到35°傾角。為提高機(jī)體耐磨性，在加料通道內(nèi)側(cè)和插板閥面上設(shè)計(jì)了高鉻鑄鐵襯板。

圖6 加料系統(tǒng)布置圖Fig.6 The layout drawing of vaccum feeding systems

3 改造后的運(yùn)行效果

實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)真空泵系統(tǒng)抽氣能力得到:在真空度67 Pa 時(shí)，大于750 kg/h;極限真空度小于20 Pa。由于采用了四級(jí)大抽氣量真空泵，使得進(jìn)入各級(jí)真空度的速度明顯加快，提高了吹氧脫碳、真空合金反應(yīng)和高真空自然脫碳效率，縮短了RH 處理時(shí)間。為硅鋼冶煉時(shí)，需要多種、微量、精確加入合金和大吹氧量快速脫碳創(chuàng)造了有利的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)條件。節(jié)約了高真空處理的時(shí)間3～5 min。

實(shí)測(cè)系統(tǒng)蒸汽流量22 t/h，冷卻水大約1250 m3/h。雖然該系統(tǒng)汽水耗量與原系統(tǒng)變化不大，但滿足了業(yè)主對(duì)提高真空泵抽氣性能而盡可能小的增加能耗的要求。

真空加料系統(tǒng)實(shí)際帶料測(cè)試后，AL 料斗能夠容納2.2 t，合金料斗能夠容納≥3.5 t，而且各密封錐閥開閉自如，無卡阻，而且氣密性良好。大容積、可靠的投料性能，在5～10 min 的真空加料時(shí)間內(nèi)，可自如操作。

4 結(jié)束語

新的梅鋼一煉鋼1# RH 裝置的真空泵及加料系統(tǒng)于2014 年4 月底開始進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，2014 年6 月25 日就完成制造、安裝及冷、熱負(fù)荷試車，僅耗時(shí)60 余天。自6 月底正式投入試生產(chǎn)以來，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。

高位料倉加料系統(tǒng)順利與老系統(tǒng)替換。通過新的插板閥在0～300 mm 行程內(nèi)調(diào)解加料通道有效截面積，在振動(dòng)給料機(jī)啟動(dòng)投料時(shí)，如果高位料倉內(nèi)下料速度緩慢，適當(dāng)開啟電動(dòng)振打器。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，自投產(chǎn)以來12 個(gè)料倉加料系統(tǒng)沒有發(fā)生積料、卡料，金屬合金的最大投料能力≥100 t/hr，生石灰的投料能力≥60 t/hr，符合神鋼振動(dòng)給料投料要求［11］，功能投用率100%，設(shè)備無故障率≥98%。

［1］董偉光.梅鋼150tRH 裝置的600 kg/h、67 Pa 蒸汽噴射真空泵研制［J］.真空，2004(3).

［2］呂銘.RH 精煉爐工藝［J］.萊鋼科技，2007(1).

［3］趙友軍.RH 真空處理過程優(yōu)化及控制［D］，重慶:重慶大學(xué)，2003.

［4］程剛.RH 真空處理設(shè)備冶金功能的應(yīng)用［J］.武漢:武鋼技術(shù)，1996(5).

［5］彭其春.漣鋼RH 鋼水合金化及鋁含量控制技術(shù)研究［A］.第七屆中國鋼鐵年會(huì)集［C］.北京:冶金，2009.

［6］閆振武.真空精煉設(shè)備節(jié)能降耗與技術(shù)改造［J］.冶金動(dòng)力，2012(6).

［7］工裝自控工程(無錫)有限公司.KOSO 501G 調(diào)節(jié)閥說明書［EB/OL］.http://www.koso.com.cn.

［8］楊立強(qiáng).充分發(fā)揮以設(shè)計(jì)為主體的工程總承包優(yōu)勢(shì)［J］.石油化工管理干部學(xué)院報(bào)，2004，12(4).

［9］詹定.設(shè)計(jì)主導(dǎo)的工程公司在項(xiàng)目總承包或項(xiàng)目管理中的優(yōu)勢(shì)［J］.中國井礦鹽，2010，5(3).

［10］章模英.以業(yè)主為主導(dǎo)的工程項(xiàng)目管理模式存在問題及對(duì)策探討［D］.成都:西南財(cái)經(jīng)大學(xué)，2009.

［11］昕芙旋雅株式會(huì)社.振動(dòng)給料機(jī)使用說明書［EB/OL］.http://www.sinfo-t.jp/cn.