RH-KTB爐外精煉設備真空抽氣系統性能測試

2009-05-06 王　慶東北大學機械工程與自動化學院

1、前言

超純凈鋼生產的技術研發已經成為全球鋼鐵業關注的熱點領域之一。而超純凈鋼生產要完成一系列復雜的工藝過程,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、實現超純凈鋼生產的有效手段之一。RH-KTB爐外精煉設備包括熔池(真空室) 和真空抽氣系統(蒸汽噴射泵成套真空系統)。鑒于市場的需求和RH-KTB爐外精煉的重要性,近年來國內外許多學者對RH-KTB爐外精煉工藝進行了研究并取得了一些成果。但絕大多數是針對熔池進行的研究,特別是熔池內鋼水的流動和脫氣行為的研究,沒有考慮熔池真空度的變化對脫氣的影響,而對真空抽氣系統抽氣性能的研究卻少見報道。然而鋼水的脫氣行為不僅與鋼水的流動、熔池內的化學反應有關,還與真空抽氣系統對熔池的抽氣行為有更直接的關系。

真空抽氣系統工作異常而單方面對熔池的研究意義不大。因此真空抽氣系統性能好壞直接關系到RH-KTB 精煉的整體效果。然而保證真空抽氣系統長期穩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(蒸汽噴射泵成套真空系統) 是利用高壓水蒸汽抽吸低壓氣體致使封閉熔池內產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,它們都是一維設計理論,對氣體的流動模型進行了簡化。同時能源介質的穩定性能及系統的內漏外漏決定了理論研究與實際有較大的差距。

(2) 實驗研究不夠充分。我國大部分RH-KTB 設備都是從國外引進的,沒有統一的標準,同時也缺少足夠的技術儲備。

因此急需對現有設備進行消化吸收。對真空抽氣系統進行系統的實驗研究,特別對其在不同工況下的抽氣能力特性的實驗研究尤為迫切。實踐表明真空抽氣系統抽氣性能下降會對RH-KTB 脫氣效果產生不良影響。本文通過對寶鋼RH-KTB(2RH)爐外精煉抽氣系統進行的性能測試,確定了不同負荷下的穩定真空度。希望對指導鋼鐵生產和進一步的理論研究有一定的參考。

2、實驗條件

本文以上海寶鋼集團公司鋼水真空精煉用的RH-KTB爐外精煉真空系統為例進行分析。實驗設備有:寶鋼RH-KTB 爐外精煉抽氣系統(4 級立式高架式真空泵組,工作真空度67Pa , 系統漏氣量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個壓力傳感器分別用于各級泵入口的真空度的測量及水蒸汽、冷凝水壓力的測量;3個溫度傳感器及2 個流量計用于水蒸汽、冷凝水過程量的測量;工業控制計算機完成信號的采集與處理;其它設備略。RH-KTB 系統是多級高架式水蒸汽噴射真空泵與多級冷凝器串聯而成,用來對真空室內的鋼水脫碳、脫氫、脫氧處理及成分、溫度調整。如圖1 所示,工作時(以高真空脫氫脫氧為例) ,首先打開4A、4B 的蒸汽閥,使4A、4B 真空泵對真空室預抽真空;1 min 左右啟動3A、3B ,再過1 min 左右分別啟動S2 及S1 并關閉3A、4B ,大約過2 min 真空室內的氣體壓力達到高真空穩定值(2. 5 mbar) ,這時開始對真空室內的鋼水進行脫氫、脫氧,直到氣體含量達到指標,實現鋼水的真空精煉。