RH-KTB炉外精炼设备真空抽气系统性能测试

2009-05-06 王　庆东北大学机械工程与自动化学院

1、前言

超纯净钢生产的技术研发已经成为全球钢铁业关注的热点领域之一。而超纯净钢生产要完成一系列复杂的工艺过程,其中主要完成脱氢、脱碳、脱硫、脱氧等工艺。RH-KTB 炉外精炼是完成上述主要工艺、实现超纯净钢生产的有效手段之一。RH-KTB炉外精炼设备包括熔池(真空室) 和真空抽气系统(蒸汽喷射泵成套真空系统)。鉴于市场的需求和RH-KTB炉外精炼的重要性,近年来国内外许多学者对RH-KTB炉外精炼工艺进行了研究并取得了一些成果。但绝大多数是针对熔池进行的研究,特别是熔池内钢水的流动和脱气行为的研究,没有考虑熔池真空度的变化对脱气的影响,而对真空抽气系统抽气性能的研究却少见报道。然而钢水的脱气行为不仅与钢水的流动、熔池内的化学反应有关,还与真空抽气系统对熔池的抽气行为有更直接的关系。

真空抽气系统工作异常而单方面对熔池的研究意义不大。因此真空抽气系统性能好坏直接关系到RH-KTB 精炼的整体效果。然而保证真空抽气系统长期稳定可靠的工作却面临一系列问题。原因在于:

(1)理论研究不成熟。真空抽气系统(蒸汽喷射泵成套真空系统) 是利用高压水蒸汽抽吸低压气体致使封闭熔池内产生一定的真空度的装置。而目前的抽吸理论基本上是定压混合理论和定常混合面积理论,它们都是一维设计理论,对气体的流动模型进行了简化。同时能源介质的稳定性能及系统的内漏外漏决定了理论研究与实际有较大的差距。

(2) 实验研究不够充分。我国大部分RH-KTB 设备都是从国外引进的,没有统一的标准,同时也缺少足够的技术储备。

因此急需对现有设备进行消化吸收。对真空抽气系统进行系统的实验研究,特别对其在不同工况下的抽气能力特性的实验研究尤为迫切。实践表明真空抽气系统抽气性能下降会对RH-KTB 脱气效果产生不良影响。本文通过对宝钢RH-KTB(2RH)炉外精炼抽气系统进行的性能测试,确定了不同负荷下的稳定真空度。希望对指导钢铁生产和进一步的理论研究有一定的参考。

2、实验条件

本文以上海宝钢集团公司钢水真空精炼用的RH-KTB炉外精炼真空系统为例进行分析。实验设备有:宝钢RH-KTB 炉外精炼抽气系统(4 级立式高架式真空泵组,工作真空度67Pa , 系统漏气量15kg/h ,塔式双喷头冷凝器,冷凝水流量1680m3/h,冷凝水入口温度34 ℃, 蒸汽耗量34t/h , 蒸汽压力13 kg/cm2) ;11个压力传感器分别用于各级泵入口的真空度的测量及水蒸汽、冷凝水压力的测量;3个温度传感器及2 个流量计用于水蒸汽、冷凝水过程量的测量;工业控制计算机完成信号的采集与处理;其它设备略。RH-KTB 系统是多级高架式水蒸汽喷射真空泵与多级冷凝器串联而成,用来对真空室内的钢水脱碳、脱氢、脱氧处理及成分、温度调整。如图1 所示,工作时(以高真空脱氢脱氧为例) ,首先打开4A、4B 的蒸汽阀,使4A、4B 真空泵对真空室预抽真空;1 min 左右启动3A、3B ,再过1 min 左右分别启动S2 及S1 并关闭3A、4B ,大约过2 min 真空室内的气体压力达到高真空稳定值(2. 5 mbar) ,这时开始对真空室内的钢水进行脱氢、脱氧,直到气体含量达到指标,实现钢水的真空精炼。