CN102943151B - 一种采用全干式机械真空泵机组的钢液真空精炼系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用全干式机械真空泵机组的钢液真空精炼系统，包括密封真空室、真空抽气管道系统、烟气冷却及除尘系统、氮气反吹及破空系统、干式机械真空泵机组系统、钢包底吹氩系统、废气分析检测系统以及计算机自动化控制系统，所述干式机械真空泵机组系统包含多个机械动力组，每个机械动力组由一级罗茨泵、二级罗茨泵以及三级螺杆泵构成，一级罗茨泵、二级罗茨泵以及三级螺杆泵均单独地采用变频调速控制。本发明与现有技术相比具有以下优点：能源消耗低、节能环保、设备简单、工作环境友好，运行安全可靠。

Description

一种采用全干式机械真空泵机组的钢液真空精炼系统

技术领域

本发明涉及一种采用全干式机械真空泵机组的钢液真空精炼系统，属于冶金领域。 

背景技术

自从人类发明冶炼钢水，使用钢制产品以来，一直在为提高钢制品的质量而努力。作为进一步提高钢水质量的必要方式，脱除钢液中的有害气体以及较高蒸汽压的有害元素成分并达到预定目标值，钢液就需要在密闭的真空环境下处理才能达到，而获得真空环境则需通过大抽气量的真空泵来抽吸。目前抽真空系统的真空泵形式多数采用蒸汽射流喷射泵或蒸汽射流喷射泵+水环泵，它均是由锅炉产生的中低压蒸汽通过拉瓦尔喷嘴喷出，由于高速气流的引射作用，使与蒸汽喷射真空泵连接的真空室内形成真空。但是，目前的这种蒸汽射流喷射泵或蒸汽射流喷射泵+水环泵的形式已越来越不适应当前以及将来真空技术发展的需要，主要弊端体现在以下几个方面： 

1） 能源消耗大。蒸汽喷射泵的工作介质是中低压蒸汽，而蒸汽的产生需要蒸汽锅炉，锅炉的燃料不外乎柴油、天然气以及煤炭这些化石原料，从化石原料燃烧到产生蒸汽，锅炉的能源利用效率基本上在60-80%，而蒸汽喷射的效率在30%以下，导致最终的蒸汽喷射泵的能源利用效率低下在12-24%，能源浪费很大。同时，由于蒸汽的冷却需要大量的冷却水，每吨蒸汽的冷却水耗量在80吨左右，用量很大。

 2）环保性差。锅炉使用化石原料的燃烧产生大量的含硫化物、含氮氧化物以及含尘的气体，给周边生态环境造成很大损害，而增加除硫化物、含氮氧化物以及含尘的气体的设备投资昂贵，生产成本将变的不可接受。同时，由于蒸汽的冷却需要大量的冷却水，且冷却水与烟尘混合后，水污染严重，不好处理。 

3） 设备体积庞大，占用空间大。锅炉、水处理等设备需很大的摆放空间，而喷射泵设备的摆放高度更是达20米以上，对厂区空间提出更高要求。 

4） 工作环境差。喷射泵工作过程中产生很大的噪音，一般都达到100分贝以上，严重损伤人员的听力；同时，锅炉以及高温蒸汽的使用，存在着跑、冒、滴、漏、易燃易爆的危险。 

申请号为“200820028447.X”，专利名称为：“一种钢液真空精炼系统除杂和治理装置”的发明专利公开了一种设置在真空罐和抽真空系统之间钢液真空精炼系统除杂和治理装置，包括环形或迷宫型冷却腔、设置在冷却腔出口端的滤布、滤芯以及设置在冷却腔底部的杂质收集通道，冷却腔的进口端通过出气管道与真空罐相连，出口端通过出气管道与抽真空系统相连。本发明解决了现有除杂和治理装置能量消耗大、除杂效果差、污染环境、体积庞大、结构复杂的技术问题，具有设备简单，占用空间小、除杂效果好，没有环境污染、能量消耗小、维修筒单且成本低的优点。但是该专利文件中所述的滤布不耐高温，当高温烟气通过时容易烧损，同时，由于其强度比较差，抗气流冲击力弱，反吹清洗非常容易吹破，严重时大量灰尘容易进入机械泵，影响机械泵的工作效率和使用寿命。并且滤布透气度差，在布袋两侧进出口压差基本上都在50Pa以上，滤袋一旦表面积灰后，很快就完全不能满足钢水正常精炼时67Pa以内的真空要求。 

申请号为“200710017438.0”，专利名称为：“钢液真空精炼系统及方法”的中国专利公开了一种钢液真空精炼系统及方法，包括真空罐、抽真空系统以及设置在真空罐和抽真空系统之间的出气管道，真空罐包括真空罐体、设置在真空罐体顶部的真空罐盖、设置在真空罐体内的钢包、设置在真空罐顶部的氧气系统以及真空罐体底部的氩气系统，还包括至少一个真空机械泵组及设置在出气管道上的除杂和治理系统。本发明解决了背景技术中能量消耗大、除杂效果差，污染环境的技术问题。本发明采用真空机械泵组，真空度控制好，钢液精炼效果好、节约了大量成本。但是该专利中所述机械泵组结构设计不合理，不是全部采用干式泵，其前级泵的工作液与被抽气体混合后，粘接在泵腔体内壳及旋片上，造成泵体磨损及堵塞，影响使用效果。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种能源消耗低、节能环保、设备简单、工作环境友好，运行安全可靠的采用全干式机械真空泵机组的钢液真空精炼系统。 

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该采用全干式机械真空泵机组的钢液真空精炼系统，其特征包含以下：包括密封真空室、真空抽气管道系统、烟气冷却及除尘系统、氮气反吹及破空系统、干式机械真空泵机组系统、钢包底吹氩系统、废气分析检测系统和计算机自动化控制系统，密封真空室、烟气冷却及除尘系统、干式机械真空泵机组系统通过真空抽气管道系统的抽气主管道依次连接，氮气反吹及破空系统和烟气冷却及除尘系统连接，钢包底吹氩系统连接密封真空室内的钢包，废气分析检测系统设置在烟气冷却及除尘系统和干式机械真空泵机组系统之间，所述干式机械真空泵机组系统包含多个机械动力组，每个机械动力组由一级罗茨泵、二级罗茨泵以及三级螺杆泵构成，一级罗茨泵、二级罗茨泵以及三级螺杆泵均单独地采用变频调速控制。一级罗茨泵，二级罗茨泵和螺杆泵为全干式机械泵，被抽气体在干燥的泵腔体高速流动，不会产生粘接等现象，防止了泵体及转子以及螺杆的磨损，延长机组使用寿命。机械动力组的数量则根据钢液量的多少来确定，这种标准化的模块设计极大的提高了设计效率和通用化程度。一级罗茨泵、二级罗茨泵以及三级螺杆泵均单独地采用变频调速控制均采用变频调速控制，这种无级变速的形式使一级罗茨泵、二级罗茨泵以及三级螺杆泵的工作状态与钢液脱气的实际情况更加吻合，更有利于脱气工艺实现程序化，模块化。一般在低真空处理情况下，机组可以工作在低频率20-40HZ下，节约电能，而进入高真空处理情况下，机组又能工作在高频率50-60HZ下，更好的适应和满足不同阶段抽气性能的要求。 

本发明所述氮气反吹及破空系统包括氮气罐、氮气反吹装置及破空装置，破空装置连接氮气罐和烟气冷却及除尘系统，氮气反吹装置包括微差压变送器、淹没式脉冲阀和拉瓦尔喷嘴，拉瓦尔喷嘴均设置布袋除尘器内，破空装置、微差压变送器、淹没式脉冲阀均连接计算机自动化控制系统，氮气罐、淹没式脉冲阀、拉瓦尔喷嘴依次连接。氮气反吹装置用于布袋除尘器压阻大于30Pa时，由微差压变送器测得，计算机自动化控制系统控制淹没式脉冲阀在极短的时间内喷通过带压力的大流量的氮气，并通过拉瓦尔喷嘴减压增速喷出，形成强大的气流，布袋除尘器在强大气流冲击下产生高频震动，使附在表面的灰尘脱离并沉降到布袋除尘器的集灰锥斗底部。破空装置通过快速通入大流量的氮气用于使烟气冷却及除尘系统由工作状态的高真空在2分钟时间内复压到大气压，保证布袋除尘器能可靠的循环使用和保护。 

本发明所述烟气冷却及除尘系统包括烟气冷却除尘器和布袋除尘器，烟气冷却除尘器和布袋除尘器之间通过抽气主管道连接，布袋除尘器的滤袋采用高透气度、高断裂强度的纤维滤袋。烟气冷却除尘器是用来冷却被抽气体，使温度能达到60℃以下，同时使颗粒较大的烟尘能发生旋风分离，使之能沉降到布袋除尘器的集灰锥斗底部。采用高透气度、高断裂强度的纤维滤袋，保证过滤掉烟气中绝大部分的um级烟尘，使烟尘对干式机械真空泵组的损害降至最低；同时可使布袋除尘器过滤前后的压阻控制在25Pa以内，满足密封真空室内工作真空稳定在67pa以下。采用的是高耐热性、高断裂强度、高透气度的纤维滤袋，非常适合于这种钢水精炼用高温烟气过滤的场合。滤袋的耐热性最高能达到200℃；高的断裂强度能保证在高压气体瞬时反吹（即空气炮）清理的时候不破裂，一般使用的炉数在1200炉以上；高透气度能保证布袋两侧进出口压差基本上都在20Pa以内，即使使用很多炉次后，滤袋表面积灰，但经气体反吹清理后，很快就能满足钢水正常精炼时67Pa以内的真空要求。 

本发明所述密封真空室包括真空罐、真空盖、防溅盖和真空盖车，真空罐与真空盖合上后作为一个整体密封容器，真空罐及盖内部均砌有耐火材料，防溅盖采用耐火材料砌筑或水冷钢管盘制而成并设置在密封真空室内的钢包上，真空盖车设置在真空罐上。采用这种结构保证密封真空室不会被钢液的高温所烤坏，待钢包放入真空罐后，真空罐与真空盖合上，作为一个整体密封容器，真空盖车是用来提升真空盖和移动真空盖的，方便钢包进出。。 

本发明所述真空抽气管道系统还包括移动切换装置、真空切断阀门，移动切换装置采用全电动/全液压/电液混合三种驱动模式，真空切断阀门位于密封真空室与烟气冷却及除尘系统之间，移动切换装置位于密封真空室和真空切断阀门之间。真空切断阀门用于切断真空室与干式机械真空泵机组之间的联系，作为预抽真空系统时用，能缩短抽气时间，加快真空处理进度。 

本发明所述钢包底吹氩系统采用自动化吹氩阀站。钢包底吹氩系统使氩气通过钢包底部透气砖，扩散到钢液中去，使钢液产生动能，在钢包内形成循环和翻腾，促进合金熔化，均匀成分。 

本发明所述废气分析检测系统采用电荷法粉尘在线检测仪，该检测仪安装在布带除尘器的出口管道上。用来检测布袋除尘器的滤袋除尘净化是否有效。一旦检测到粉尘浓度超过设定值，该装置发出报警信号，以保护机械真空泵组的正常运行。废气温度及浓度分析检测系统设置在烟气冷却及除尘系统前后的真空管道上，用于检测烟气的温度以及含尘量及浓度，防止由于冷却效果不佳而导致高温烟气烧损滤袋以及因滤袋破裂而导致大颗粒烟尘进入干式机械真空泵机组系统，对机械泵组造成转子或螺杆或泵壳磨损，影响抽气性能。 

本发明所述计算机自动化控制系统采用工控机作为监控操工作站，并通过TCP/IP以太网传送可编程逻辑控制器采集的实时现场所有模拟量和开关量数据。计算机自动化控制系统采用可编程逻辑控制器PLC用于现场所有真空脱气系统下所有分系统的温度、压力、流量、浓度以及开关量数据的采集、处理与执行，并根据脱气工艺要求生成控制程序，通过人机界面来进行操作和控制，实现一键式自动化操作。 

本发明与现有技术相比具有以下优点：能源消耗低、节能环保、设备简单、工作环境友好，运行安全可靠。 

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。 

参见图1，本实施例采用全干式机械真空泵机组的钢液真空精炼系统，包括密封真空室Ⅰ、真空抽气管道系统Ⅱ、烟气冷却及除尘系统Ⅲ、氮气反吹及破空系Ⅳ、干式机械真空泵机组系统Ⅴ、钢包底吹氩系统Ⅵ、废气分析检测系统Ⅶ和计算机自动化控制系统Ⅷ，密封真空室Ⅰ、烟气冷却及除尘系统Ⅲ、干式机械真空泵机组系统Ⅴ通过真空抽气管道系统Ⅱ的抽气主管道依次连接，氮气反吹及破空系统Ⅵ和烟气冷却及除尘系统Ⅲ连接，钢包底吹氩系统Ⅵ连接密封真空室Ⅰ内的钢包，废气分析检测系统Ⅶ设置在烟气冷却及除尘系统Ⅲ和干式机械真空泵机组系统Ⅴ之间。 

密封真空室Ⅰ包括钢包1、真空罐2、真空盖3、防溅盖4和真空盖车5，真空罐2与真空盖3合上后作为一个整体密封容器，真空罐及盖内部均砌有耐火材料，防溅盖4采用耐火材料砌筑或水冷钢管盘制而成并设置在密封真空室Ⅰ内钢包1上，真空盖车5设置在真空罐2上。 

真空抽气管道系统Ⅱ还包括真空管道6、移动切换装置7、真空切断阀门8和旁通阀9。移动切换装置7采用全电动/全液压/电液混合三种驱动模式，真空切断阀门8位于密封真空室Ⅰ与烟气冷却及除尘系统Ⅲ之间，移动切换装置7位于密封真空室Ⅰ和真空切断阀门8之间。 

烟气冷却及除尘系统Ⅲ包括烟气冷却除尘器10和布袋除尘器11，烟气冷却除尘器10和布袋除尘器11之间通过真空管道6连接，布袋除尘器11的滤袋采用高透气度、高断裂强度的滤袋。 

氮气反吹及破空系Ⅳ包括氮气反吹及破空系统两部分。氮气反吹系统包括微差压变送器12、淹没式脉冲阀13、拉瓦尔喷嘴14，拉瓦尔喷嘴14设置布袋除尘器11内，微差压变送器12、淹没式脉冲阀13均连接计算机自动化控制系统Ⅷ，通过差压信号自动控制脉冲阀的启闭。破空系统包括氮气罐15、破空装置16。 

干式机械真空泵机组系统Ⅴ包括一级罗茨泵17，二级罗茨泵18和螺杆泵19及内部连接的管线及阀门仪表。一级罗茨泵17，二级罗茨泵18和螺杆泵19为全干式机械泵。 

钢包底吹氩系统Ⅵ包括1套自动化吹氩阀站，由质量流量计、流量调节阀及仪表元件通过管道组合而成。 

废气分析检测系统Ⅶ采用电荷法粉尘在线检测仪，该检测仪安装在布袋除尘器的出口真空管道上。 

计算机自动化控制系统Ⅷ采用工控机作为监控操工作站，并通过TCP/IP以太网传送可编程逻辑控制器采集的实时现场所有模拟量和开关量数据，用于实现所有设备的远程控制及操作。 

本实施例钢液真空精炼系统工作步骤如下： 

a)通过车间的行车将盛有钢液的钢包1吊入真空罐2，并接通钢包底吹氩系统Ⅵ。

b)移动切换装置7移动到工作位置，缓慢放下移动弯头，使真空管道与工作位连通并密封。 

c)真空盖车5开到真空罐2位后，缓慢放下真空盖3，使真空盖3与真空罐2闭合密封。 

d)开启干式螺杆泵19、随后依次启动二级罗茨泵18、一级罗茨泵17按计算机自动化控制系统Ⅷ内设定的程序模型对真空抽气管道系统Ⅱ和烟气冷却除尘系统Ⅲ进行预抽真空。 

e)启动旁通阀9，使真空罐侧与真空泵侧的真空度接近后再打开真空切断阀门8，按计算机自动化控制系统Ⅷ内设定程序模型控制，使密封真空室Ⅰ内真空压力降至67Pa，钢包底吹氩系统Ⅵ根据设定工艺程序自动调整氩气流量。 

f)保持真空67Pa以下15-20分钟，进行钢水充分脱气处理。 

g)真空处理结束，关闭真空切断阀门7，通过氮气反吹及破空系统Ⅳ向密封真空室Ⅰ充入空气破空至大气压，同时向烟气冷却及除尘系统Ⅲ充入氮气破空至大气压。 

h)真空盖车5提升真空盖3，开走盖车5，脱开吹氩系统Ⅵ，吊走钢包1，完成钢液真空精炼处理过程。 

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。 

Claims (4)

1.一种采用全干式机械真空泵机组的钢液真空精炼系统，其特征包含以下：包括密封真空室、真空抽气管道系统、烟气冷却及除尘系统、氮气反吹及破空系统、干式机械真空泵机组系统、钢包底吹氩系统、废气分析检测系统以及计算机自动化控制系统，密封真空室、烟气冷却及除尘系统、干式机械真空泵机组系统通过真空抽气管道系统的抽气主管道依次连接，氮气反吹及破空系统和烟气冷却及除尘系统连接，钢包底吹氩系统连接密封真空室内的钢包，废气分析检测系统设置在烟气冷却及除尘系统和干式机械真空泵机组系统之间，所述干式机械真空泵机组系统包含多个机械动力组，每个机械动力组由一级罗茨泵、二级罗茨泵以及三级螺杆泵构成，一级罗茨泵、二级罗茨泵以及三级螺杆泵均单独地采用变频调速控制；

所述真空抽气管道系统还包括移动切换装置、真空切断阀门，旁通阀、移动切换装置采用全电动/全液压/电液混合三种驱动模式，真空切断阀门位于密封真空室与烟气冷却及除尘系统之间，移动切换装置位于密封真空室和真空切断阀门之间；

所述钢包底吹氩系统采用自动化吹氩阀站；

所述氮气反吹及破空系统包括氮气罐、氮气反吹装置及破空装置，破空装置连接氮气罐和烟气冷却及除尘系统，氮气反吹装置包括微差压变送器、淹没式脉冲阀和拉瓦尔喷嘴，拉瓦尔喷嘴均设置布袋除尘器内，破空装置、微差压变送器、淹没式脉冲阀均连接计算机自动化控制系统，氮气罐、淹没式脉冲阀、拉瓦尔喷嘴依次连接；

所述烟气冷却及除尘系统包括烟气冷却除尘器和布袋除尘器，烟气冷却除尘器和布袋除尘器之间通过抽气主管道连接，布袋除尘器的滤袋采用高透气度、高断裂强度的滤袋。

2.根据权利要求1所述的采用全干式机械真空泵机组的钢液真空精炼系统，其特征在于：所述密封真空室包括真空罐、真空盖、防溅盖和真空盖车，真空罐与真空盖合上后作为一个整体密封容器，真空罐及盖内部均砌有耐火材料，防溅盖采用耐火材料砌筑或水冷钢管盘制而成并设置在密封真空室内的钢包上，真空盖车设置在真空罐上。

3.根据权利要求1或2所述的采用全干式机械真空泵机组的钢液真空精炼系统，其特征在于：所述废气分析检测系统采用电荷法粉尘在线检测仪，该检测仪安装在布袋除尘器的出口管道上。

4.根据权利要求1或2所述的采用全干式机械真空泵机组的钢液真空精炼系统，其特征在于：所述计算机自动化控制系统采用工控机作为监控操工作站，并通过TCP/IP以太网传送可编程逻辑控制器采集的实时现场所有模拟量和开关量数据。