吳建龍，陳亞文，潘朝春，任 彤，方杞青，張 明

(1.中國重型機械研究院股份公司;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、高位料倉下的振動給料機頻繁出現(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。

中國重型機械研究院股份公司在盡量減少對現(xiàn)有生產(chǎn)影響的原則下，根據(jù)設備現(xiàn)狀，提出了合理改造方案。在滿足設備正常、可靠運行及生產(chǎn)必須的前提下，優(yōu)化了設備結(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備改造積累了寶貴經(jīng)驗。

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 四級蒸汽噴射泵系統(tǒng)［1］自2002 年8 月投產(chǎn)以來運行至今。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)積灰嚴重等因素導致真空泵系統(tǒng)排氣能力下降明顯。關閉真空主閥，切斷RH真空槽及加料系統(tǒng)，僅對真空泵系統(tǒng)進行多次測試。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，加料后系統(tǒng)純脫氣時間加長，30 min 處理時間內(nèi)很難達到真空度133 Pa 以上。嚴重制約了加料種類、加料量和加料時間的控制、吹氧量和吹氬量的選擇以及高真空脫氣時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，設備本體上也出現(xiàn)了穿孔漏氣的趨勢。

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，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，振動給料機停機后，頻繁出現(xiàn)滑料現(xiàn)象。開度較小時，振動給料機工作時經(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)補料，嚴重影響真空加料時間。

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

2 技改方案與實現(xiàn)

2.1 真空泵系統(tǒng)優(yōu)化

依據(jù)真空冶煉時真空度的實際情況，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)設計模型優(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

作為應急救護培訓體系的主體，高校起到了至關重要的作用。首先，高校應該重視大學生應急救護培訓教育，將應急救護培訓教育作為一門必修課列入學校教學系統(tǒng)中，設立專項培訓教育資金，切實將應急救護培訓在全體在校大學生中進行普及。高?？梢蚤_展豐富多樣、循序漸進的應急救護培訓教育，先利用軍訓的機會向新生進行基礎性的應急救護培訓教育，再通過專門的應急救護必修課進一步加強教育，在選修課中采用理論加實踐的教育模式，在體育課中也可以增設有關應急救護實踐的課程，全方位讓學生們掌握應急救護知識與技能。針對每個班級，挑選出成績優(yōu)異的同學進一步教育、培養(yǎng)，讓他們獲得資質(zhì)，成為急救員，保證每個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，為現(xiàn)場安裝和維護方便［6］，在不改變單泵抽氣性能的基礎上，將B1 和B2 泵分體設計，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

為了達到良好的蒸汽冷凝效果，在不改變原有冷凝器殼體結(jié)構(gòu)的前提下，根據(jù)各噴頭用水量，利用冷凝器設計模型，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，適當加大為22 t/h。但仍然小于改造前系統(tǒng)實際蒸汽耗量。

(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)場實測結(jié)果，將原閥前設計壓力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)過計算，需要將原C1 冷凝器下部進水口徑DN200 mm，增大到DN300 mm。C2 和C3 冷凝器各進水管路不變，但閥門開口度需要適當調(diào)節(jié)，由現(xiàn)場調(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

本系統(tǒng)改造時盡量增大真空加料量、保證投料準確度、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上，避免漏料、卡料。

2.2.1 鋁料斗改進

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?？紤]稱量的可靠性，適當調(diào)整有稱量傳感器位置和安裝結(jié)構(gòu)。應業(yè)主要求，在稱量料斗錐管外壁增加電動振打器，以確保加料速度。為提高機體耐磨性，在接料料斗內(nèi)測和稱量料斗內(nèi)測設計了高鉻鑄鐵襯板。

如圖1 所示，為了能實現(xiàn)AL 料斗在真空狀態(tài)下可以多次接料和加料功能，同時能夠控制加料精度，在不改變原有振動給料機給料功能的條件下，在振動給料機出口，增設一套氣動密封錐閥。當接料斗錐閥關閉后，開啟該密封錐閥，可以在真空狀態(tài)通過振動給料機精確向真空槽內(nèi)加料。當該密封錐閥關閉，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)給料機的合金料，準備為下個真空加料周期使用。為提高機體耐磨性，在加料錐管內(nèi)側(cè)設計了高鉻鑄鐵襯板。

2.2.2 合金料斗改進

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，密封錐閥相應加長。同時，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，錐閥導管相應加長;同時，在料斗錐體上增加了電動振打器。為提高機體耐磨性，在接料料斗內(nèi)側(cè)、料斗錐體內(nèi)側(cè)和錐閥導管為側(cè)設計了高鉻鑄鐵襯板。

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，當原C 料斗被新AL 料斗代替，同時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)給料機的回轉(zhuǎn)半徑。為了能夠滿足旋轉(zhuǎn)給料機順利給三個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，最后確定三個料斗本體間的維修空間和安裝間隙。同時，盡可能小地改動各料斗的加料口中心相對于真空槽接料口的空間位置關系，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

如圖3 所示，為了防止振動給料機停振后，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;在通道內(nèi)增加導料襯板，控制合金移動路徑;新選長度900 mm、傾角6°的振動給料機，取代原長度900 mm、傾角10°振動給料機，延緩合金滑落趨勢。如圖1 所示，為了確保合金加料速度，在高位料倉側(cè)壁增設電動振打器;將原插板閥55°傾角減小到35°傾角。為提高機體耐磨性，在加料通道內(nèi)側(cè)和插板閥面上設計了高鉻鑄鐵襯板。

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

3 改造后的運行效果

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

實測系統(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)實際帶料測試后，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 月底開始進行方案設計，2014 年6 月25 日就完成制造、安裝及冷、熱負荷試車，僅耗時60 余天。自6 月底正式投入試生產(chǎn)以來，系統(tǒng)運行效果良好。

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，在振動給料機啟動投料時，如果高位料倉內(nèi)下料速度緩慢，適當開啟電動振打器。實際測試結(jié)果表明，自投產(chǎn)以來12 個料倉加料系統(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，符合神鋼振動給料投料要求［11］，功能投用率100%，設備無故障率≥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，2003.

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［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集［C］.北京:冶金，2009.

［6］閆振武.真空精煉設備節(jié)能降耗與技術(shù)改造［J］.冶金動力，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.充分發(fā)揮以設計為主體的工程總承包優(yōu)勢［J］.石油化工管理干部學院報，2004，12(4).

［9］詹定.設計主導的工程公司在項目總承包或項目管理中的優(yōu)勢［J］.中國井礦鹽，2010，5(3).

［10］章模英.以業(yè)主為主導的工程項目管理模式存在問題及對策探討［D］.成都:西南財經(jīng)大學，2009.

［11］昕芙旋雅株式會社.振動給料機使用說明書［EB/OL］.http://www.sinfo-t.jp/cn.