CN105483330B - 一种用于真空脱气冶炼炉的真空系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于真空脱气冶炼炉的真空系统，包括冶炼炉，所述冶炼炉通过真空主管与蒸汽增压泵连接，所述蒸汽增压泵与中央冷凝器连接，其特征在于所述真空系统还包括与真空主管连接的真空沉降罐，与真空沉降罐连接的罗茨机械真空泵，所述罗茨机械真空泵与牵引螺杆式真空泵相连，所述罗茨机械真空泵与第一中央冷凝器连接，所述真空沉降罐与蒸汽增压泵通过一切换机构与冶炼炉连接。本发明是在原有多级蒸汽喷射泵工艺系统中，在真空系统入口设置了一个旁路，利用机械真空泵替代原先前三级的蒸汽喷射泵，优化了工艺系统，使其系统运行时降低能源、提高运行效率，粉尘影响小、耗低等诸多优点。

Description

一种用于真空脱气冶炼炉的真空系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种冶金行业中的脱气设备，特别是一种用于真空脱气冶炼炉的真空系统及其控制方法。

背景技术

在冶炼行业中，特种钢铁的转炉中需要对钢水进行真空脱气处理，即在一定真空条件下对钢水进行脱氧、脱氢、脱氮处理。上世纪五十年代，人们发现，钢水中的氢和氮会导致冒渣现象，从而导致钢水无法浇注或钢材轧制后产生废品，因此在精炼过程中必须对钢水进行真空脱气处理。在具有真空脱气功能的精炼设备中，VD/VOD装置和RH装置运用最为广泛。RH（真空循环脱气）装置是一种钢水吸入式循环处理的真空精炼方法，其真空室下部设有两支插入管，可插入下面钢水罐的钢液中，对其中一支插入管吹入惰性气体氩气（Ar），使钢液向上流动进入真空室处理，通过另一支插入管将钢水回流到钢水罐中，如此进行循环处理，其优点在于处理时间短、成本低、能够与转炉连铸匹配，因而大量应用与转炉工序。VD/VOD（真空脱气/真空吹氧脱气）装置则是将钢水罐放置在真空密封罐内进行真空处理，处理时间短、钢水处理量大。上述各种真空脱气冶炼炉都包括一真空系统，为一种可以抽真空的装置，安装在真空冶炼炉的排气设备出口，用以实现真空冶炼炉炉腔内的需要的真空效果。

在现有技术的真空冶炼炉中，大多使用多级全蒸汽喷射泵组成的真空系统作为循环气体处理设备，包括前端三级的增压蒸汽泵、后端二级的蒸汽喷射泵，以及三个蒸汽中间中央冷凝器，用于避免过多的水蒸汽对系统真空造成影响；也有一些使用全机械真空泵组成的真空系统作为真空脱气设备，包括前端二级或三级罗茨泵以及后端一级干式螺旋泵。

多级全蒸汽喷射泵组成的真空脱气系统，需要消耗大量的蒸汽，所述蒸汽的一般来源自转炉时产生的余热蒸汽和自备的燃煤锅炉产生的蒸汽。在水被加热变成蒸汽、蒸汽通过管道阀门输送，蒸汽喷射减压相变等过程中，蒸汽作为一种能源被消耗损失，能量的转换效率非常低，能源消耗巨大。而且，若是采用燃煤锅炉产生蒸汽，蒸汽及其冷凝水会夹带冲刷大量炉灰和精炼出来的有害物质溶入水中，以及生产过程产生的近120分贝的噪音，都会造成环境的重大污染。

全机械真空泵组成的真空脱气系统，不需要消耗蒸汽，而是采用电能驱动机械泵抽真空，其消耗的能量（转换成热量大卡）同比蒸汽喷射泵要节省了80%左右，但机械真空泵很难处理高温以及粉尘含量较高的气体，因此在采用机械真空泵作为真空冶炼炉的真空系统需要在系统之前配备真空布袋式过滤器以及降温装置，而且转炉产生的余热蒸汽不能得到充分利用，只能散失。该系统稳定性较差，故障率较高，而且成本较高，一套完整的机械真空泵的真空系统的生产成本比一套完整的蒸汽喷射泵的真空系统的生产成本要贵4-5倍左右。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于真空脱气冶炼炉的真空系统，将传统蒸汽真空系统和机械真空系统各自的优点相结合，有效解决了现有技术的真空脱气设备存在的能源浪费严重、环境污染严重、生产成本过高等技术问题。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种用于真空脱气冶炼炉的真空系统，包括冶炼炉，所述冶炼炉通过真空主管与蒸汽增压泵连接，所述蒸汽增压泵与中央冷凝器连接，其特征在于所述真空系统还包括与真空主管连接的真空沉降罐，与真空沉降罐连接的罗茨机械真空泵，所述罗茨机械真空泵与牵引螺杆式真空泵相连，所述罗茨机械真空泵与第一中央冷凝器连接，所述真空沉降罐与蒸汽增压泵通过一切换机构与冶炼炉连接。

所述蒸汽增压泵包括依次连接的第一蒸汽增压泵、第二蒸汽增压泵和第三蒸汽增压泵；所述第一蒸汽增压泵的进气口通过所述切换机构连接至冶炼炉的排气口；所述第三蒸汽增压泵排出口连接至第一中央冷凝器。

所述真空沉降罐通过所述切换机构连接至冶炼炉的排气口，罗茨机械真空泵包括依次连接的第一级罗茨机械真空泵、第二级罗茨机械真空泵、第三级罗茨机械真空泵；所述第一级罗茨机械真空泵的进气口连接至真空沉降罐，所述第三级罗茨机械真空泵的排气口通过一气动阀门连接至第一中央冷凝器，所述第三级罗茨机械真空泵排气口还通过气动闸板阀与牵引螺杆式真空泵的进气口连通。

所述切换机构包括设置在真空主管入口与第一蒸汽增压阀之间的第一气动阀门，以及设置在所述真空主管入口与真空沉降罐入口之间的第二气动阀门。

该真空系统还包括第四蒸汽增压泵、第五蒸汽增压泵、第二中央冷凝器及第三中央冷凝器；所述第一中央冷凝器通过所述第四蒸汽增压泵连通至所述第二中央冷凝器；所述第二中央冷凝器通过所述第五蒸汽增压泵连通至所述第三中央冷凝器；所述第三中央冷凝器的排气口连通至所述真空系统的排气口。

本发明的另一目的是提供一种用于真空脱气冶炼炉的真空系统的控制方法，将传统蒸汽真空系统和机械真空系统各自的优点相结合，有效解决了现有技术的真空脱气设备存在的能源浪费严重、环境污染严重、生产成本过高等技术问题。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种用于真空脱气冶炼炉的真空系统的控制方法，其特征在于首先第一气动阀门打开，从真空冶炼炉出来的气体从第一蒸汽增压泵进口进入到第二蒸汽增压泵再到第三蒸汽增压泵，最后进入第一中央冷凝器；同时，第一级罗茨机械真空泵，第二级罗茨机械真空泵，第三级罗茨机械真空泵开始运行，牵引螺杆泵作为前级泵保持罗茨机械真空泵正常运行；当系统真空达到一定真空值时，第一气动阀门关闭，第二气动阀门打开，气体从真空沉降罐再到第一级罗茨真空泵进入至第二级罗茨真空泵再到第三级罗茨真空泵，最后进入第一中央冷凝器，此时牵引螺杆式真空泵的气动闸板阀关闭，开始保养运行，由第四蒸汽增压泵和第五蒸汽增压泵作为前级泵。

本发明所述的用于真空脱气冶炼炉的真空系统，还包括一个牵引螺杆泵，当冶炼炉开始运行时，此时真空度比较差，且产生大量的粉尘，则气体通过第一级蒸汽增压泵蒸汽喷射泵至第二级蒸汽增压泵蒸汽喷射泵再到第三级蒸汽增压泵蒸汽喷射泵进入第一中央冷凝器。此时第一级罗茨机械真空泵，第二级罗茨机械真空泵，第三级罗茨机械真空泵开始运行，由于此时罗茨机械真空泵无任何负载，需要一个牵引螺杆泵作为前级泵保持罗茨机械真空泵正常运行。当系统真空达到一定真空值时，此时粉尘较少，通过气动阀的切换，气体从真空沉降罐再到第一级罗茨真空泵进入至第二级罗茨真空泵再到第三级罗茨真空泵，最后进入第一中央冷凝器。且此时螺杆泵的进口阀门关闭，开始起保养运行。由第4蒸汽喷射泵和第5蒸汽喷射泵作为前级泵。此时第一蒸汽增压泵，第二蒸汽增压泵，第三蒸汽增压泵停止运行，从而有效降低了运行能耗。第一中央冷凝器仅仅作为缓冲罐，不需要进水水冷，从而降低了冷却水的消耗。

本发明优点在于，提供一种蒸汽喷射泵与机械真空泵混合组成的真空系统，具有能源浪费少、粉尘影响小、能耗低，混和灵活使用等诸多优点。国内目前所用的真空冶炼炉（RH，VD，VOD等真空炉）绝大多数为蒸汽喷射泵时真空系统，都可以将其改造成本发明所述的真空系统，改造成本较低，改进效果明显，可以节省能源30%左右，大幅降低冶炼炉产生的粉尘对真空效果的不良影响。

附图说明

图1为本发明所述用于真空脱气冶炼炉的真空系统的结构示意图。

图中包括：

1- 第一级罗茨机械真空泵，

2- 第二级罗茨机械真空泵，

3- 第三级罗茨机械真空泵，

4- 牵引螺杆式真空泵，

5- 气动阀门，

6- 第一气动阀门，

7- 真空沉降罐，

8- 第二气动阀门，

9- 第一蒸汽增压泵，

10- 第二蒸汽增压泵，

11- 第三蒸汽增压泵，

12- 第一中央冷凝器，

13- 第二中央冷凝器，

14- 第三中央冷凝器，

15- 第一级罗茨机械真空泵主进气管道，

16- 第二级罗茨机械真空泵主进气管道，

17- 第三级罗茨机械真空泵主进气管道，

18- 第三级罗茨机械真空泵排气管道汇总管。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。应当理解，尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案拟阐述，而不是限制本发明的范围。

如图1所示，本发明在工作中，第一蒸汽增压泵9的进气口和真空沉降罐7与真空冶炼炉连接，通过第一气动阀门6,第二气动阀门8进行切换开关。当系统从一个大气压开始，从冶炼炉出来的气体（此刻气体含有较大粉尘），第一气动阀门6打开，气体从第一蒸汽增压泵9进口进入到第二蒸汽增压泵10再到第三蒸汽增压泵11，最后进入中央冷凝器12。当真空运行到一定真空值时，气动阀门8打开，6关闭，气体进入到真空沉降罐7，再进入到第一级罗茨机械真空泵1,到第二级罗茨机械真空泵2再到第三级罗茨机械真空泵3，此时气动阀门5打开，气体最终进入到中央冷凝器12中。

当系统开始运行时，还没有达到一定真空时，第一气动阀门6打开，气体进入到第一蒸汽增压泵，气动阀门8关闭，第一级罗茨机械真空泵1进入到第二级罗茨机械真空泵2进入到第三级罗茨机械真空泵3，此时牵引螺杆式真空泵4作为罗茨泵的前级泵运行，气动闸板阀20开启。当真空达到一定真空值（一般达到2000Pa左右）时，第一气动阀门6关闭，第二气动阀门8打开，气体从真空沉降罐7进入第一级罗茨真空泵。此时牵引螺杆泵4入口的气动闸板阀20关闭。有第四蒸汽增压泵10和第五蒸汽增压泵11作为罗茨泵的前级泵。

13为原有蒸汽喷射泵真空系统中第4级蒸汽喷射泵后的第二中央冷凝器，第4级蒸汽喷射泵有两个，所以有两个第二中央冷凝器是并联作用的。

14是是原有蒸汽喷射泵真空系统中第5级蒸汽喷射泵后的第三中央冷凝器，第5级蒸汽喷射泵有两个，但只有1个第三中央冷凝器是公用的。

15是第一级罗茨机械真空泵主进气管道，因为第一级罗茨机械真空泵数量有很多个，所以通过一个总的管道进行分配后进入每一个罗茨真空泵，16是第二级罗茨机械真空泵主进气管道（同时也是第一级罗茨机械真空泵排气管道汇总管），因为第二级罗茨机械真空泵数量有很多个，所以通过一个总的管道进行分配后进入每一个罗茨真空泵，17是第三级罗茨机械真空泵主进气管道（同时也是第二级罗茨机械真空泵排气管道汇总管），因为第三级罗茨机械真空泵数量有很多个，所以通过一个总的管道进行分配后进入每一个罗茨真空泵，18是第三级罗茨机械真空泵排气管道汇总管，也是进入第一中央冷凝器的总管，在预启动阶段有螺杆泵的吸入口也从该排气管道汇总管 吸入气体。

在特种钢铁冶炼行业中，需要在转炉中对钢水进行真空脱气处理，即在一定真空条件下对钢水进行脱氧、脱氢、脱氮处理。例如，针对超低碳钢等特种钢采用的深脱碳处理模式，代表钢种为IF钢，也就是平常俗称的汽车板钢，其要求的钢种碳含量小于100PPm，其对C、N、O、S的含量都有非常严格的要求，其工艺特点是要求真空度高，达到65Pa以下；要求转炉钢水为带氧钢，带氧量控制在400～800ppm之间，碳含量小于0.05%，氮含量较低；处理时间长，脱碳时间大于15min，冶炼时间大于30min；对环流气体的控制较为严格。特殊处理主要是针对硅钢为主的一种处理方式，其实质是对深脱碳处理后的钢水进行Si,Al的合金化处理及钢水纯净化的处理。

在一定的真空下，钢液中的C元素和鼓入的氧气进行化学反应，生成一氧化碳和二氧化碳，钢液中的H元素，生成氢气，氮元素生成氮气从钢液中渗出，在真空机组的真空作用下被抽吸出去，从而脱除钢液中的氮，氢，碳等元素，提高了钢液的纯净度。

由于钢铁厂真空冶炼炉（RH，VD，VOD等真空炉）在吹氧脱碳时，会产生大量高热的铁渣进入到真空系统，蒸汽增压泵可以通过喷射蒸汽去除了铁渣，并降低了高温对系统的伤害。因此采用机械真空泵和蒸汽喷射泵混合并联使用可以有效的避免在初期阶段产生的粉尘、高温对机械真空泵产生破坏。当系统真空达到一定时，系统中基本没有粉尘，此时采用机械真空泵来替代蒸汽喷射泵，不仅可以保证系统的真空度，同时降低了第一蒸汽增压泵，第二蒸汽增压泵，第三蒸汽增压泵的蒸汽耗量。而这一阶段占总的脱气时间的85%左右。

第一级罗茨机械真空泵，第二级罗茨机械真空泵，第三级罗茨机械真空泵始终保持运行状态，在系统采用蒸汽喷射系统时，通过牵引螺杆泵作为无负荷运行，此时通过气体吹扫进行粉尘清理和保养，保持罗茨真空泵的状态。当系统切换时，可以大幅提高达到真空的时间，而避免了罗茨泵逐级启动所消耗的时间。

虽然在一定真空后，系统产生的粉尘极大的降低了，但是依然会有一些扬尘，因此在第一级罗茨真空泵的入口设置了一个真空沉降罐，通过重力沉降，尤其是此刻真空度较高，使得可能存在的扬尘在真空沉降罐中积累。

机械真空泵主要是有无油的干式螺杆泵与干式罗茨泵组成。通过真空分配管，使得气体均匀分布到每一个真空泵。在对气体进一步压缩后，真空泵排出至第二级真空分配管，通过再分配进入到下一级机械真空泵。

现有对钢水进行真空脱气装置大多采用蒸汽喷射泵组成的真空系统，若是将真空系统中全部的蒸汽喷射泵都替换成机械真空泵，投资成本较高，系统稳定性较差，而且转炉产生的余热蒸汽还将被浪费掉。若利用蒸汽的余热发电，则发电机将是一笔较高的成本，而且余热转化为电力的效率很低，对钢铁企业而言得不偿失。本发明将现有的蒸汽喷射泵真空系统中添加一部分机械真空泵，能同时兼容上述两种真空系统的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于真空脱气冶炼炉的真空系统，包括冶炼炉，所述冶炼炉通过真空主管与蒸汽增压泵连接，所述蒸汽增压泵与中央冷凝器连接，其特征在于所述真空系统还包括与真空主管连接的真空沉降罐，与真空沉降罐连接的罗茨机械真空泵，所述罗茨机械真空泵与牵引螺杆式真空泵相连，所述罗茨机械真空泵与第一中央冷凝器连接，所述真空沉降罐与蒸汽增压泵通过一切换机构与冶炼炉连接；

所述蒸汽增压泵包括依次连接的第一蒸汽增压泵、第二蒸汽增压泵和第三蒸汽增压泵；所述第一蒸汽增压泵的进气口通过所述切换机构连接至冶炼炉的排气口；所述第三蒸汽增压泵排出口连接至第一中央冷凝器；

所述真空沉降罐通过所述切换机构连接至冶炼炉的排气口，罗茨机械真空泵包括依次连接的第一级罗茨机械真空泵、第二级罗茨机械真空泵、第三级罗茨机械真空泵；所述第一级罗茨机械真空泵的进气口连接至真空沉降罐，所述第三级罗茨机械真空泵的排气口通过一气动阀门连接至第一中央冷凝器，所述第三级罗茨机械真空泵排气口还通过气动闸板阀与牵引螺杆式真空泵的进气口连通；

所述切换机构包括设置在真空主管入口与第一蒸汽增压阀之间的第一气动阀门，以及设置在所述真空主管入口与真空沉降罐入口之间的第二气动阀门；

该真空系统还包括第四蒸汽增压泵、第五蒸汽增压泵、第二中央冷凝器及第三中央冷凝器；所述第一中央冷凝器通过所述第四蒸汽增压泵连通至所述第二中央冷凝器；所述第二中央冷凝器通过所述第五蒸汽增压泵连通至所述第三中央冷凝器；所述第三中央冷凝器的排气口连通至所述真空系统的排气口。

2.一种用于真空脱气冶炼炉的真空系统的控制方法，其特征在于首先第一气动阀门打开，从真空冶炼炉出来的气体从第一蒸汽增压泵进口进入到第二蒸汽增压泵再到第三蒸汽增压泵，最后进入第一中央冷凝器；同时，第一级罗茨机械真空泵，第二级罗茨机械真空泵，第三级罗茨机械真空泵开始运行，牵引螺杆泵作为前级泵保持罗茨机械真空泵正常运行；当系统真空达到一定真空值时，第一气动阀门关闭，第二气动阀门打开，气体从真空沉降罐再到第一级罗茨真空泵进入至第二级罗茨真空泵再到第三级罗茨真空泵，最后进入第一中央冷凝器，此时牵引螺杆式真空泵的气动闸板阀关闭，开始保养运行，由第四蒸汽增压泵和第五蒸汽增压泵作为前级泵；

当系统开始运行时，还没有达到一定真空时，第一气动阀门打开，气体进入到第一蒸汽增压泵，气动阀门关闭，第一级罗茨机械真空泵进入到第二级罗茨机械真空泵进入到第三级罗茨机械真空泵，此时牵引螺杆式真空泵作为罗茨泵的前级泵运行，气动闸板阀开启；当真空达到一定真空值，达到2000Pa时，第一气动阀门关闭，第二气动阀门打开，气体从真空沉降罐进入第一级罗茨真空泵；此时牵引螺杆泵入口的气动闸板阀关闭；有第四蒸汽增压泵和第五蒸汽增压泵作为罗茨泵的前级泵；

（13）为原有蒸汽喷射泵真空系统中第4级蒸汽喷射泵后的第二中央冷凝器，第4级蒸汽喷射泵有两个，所以有两个第二中央冷凝器是并联作用的；

（14）是原有蒸汽喷射泵真空系统中第5级蒸汽喷射泵后的第三中央冷凝器，第5级蒸汽喷射泵有两个，但只有1个第三中央冷凝器是公用的；

（15）是第一级罗茨机械真空泵主进气管道，因为第一级罗茨机械真空泵数量有很多个，所以通过一个总的管道进行分配后进入每一个罗茨真空泵，（16）是第二级罗茨机械真空泵主进气管道，同时也是第一级罗茨机械真空泵排气管道汇总管，因为第二级罗茨机械真空泵数量有很多个，所以通过一个总的管道进行分配后进入每一个罗茨真空泵，（17）是第三级罗茨机械真空泵主进气管道，同时也是第二级罗茨机械真空泵排气管道汇总管，因为第三级罗茨机械真空泵数量有很多个，所以通过一个总的管道进行分配后进入每一个罗茨真空泵，（18）是第三级罗茨机械真空泵排气管道汇总管，也是进入第一中央冷凝器的总管，在预启动阶段有螺杆泵的吸入口也从该排气管道汇总管吸入气体。