真空泵積灰對RH爐真空度影響的分析與對策

王 軍， 李珉澤

(［1］馬鋼一鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243000)

(［2］中冶海水淡化投資有限公司 北京 100029)

RH爐是用于鋼水精煉的一套真空循環脫氣裝置，主要用途是脫氫、脫碳、脫氧和微調鋼水成分及溫度等。真空度的好壞直接影響鋼水的處理質量和煉鋼生產的有序進行，而蒸汽噴射泵系統是抽走廢氣獲得真空度的關鍵部分，根據蒸汽噴射泵系統的工作原理，本次主要對真空泵抽空管道內壁積灰對真空度的影響進行分析研究。

1 馬鋼一鋼軋RH爐真空系統概述

1.1 真空系統組成

馬鋼一鋼軋RH真空處理裝置的真空系統主要由以下設備組成，其系統原理圖如圖1所示。

圖1 馬鋼一鋼軋RH 爐真空系統原理圖

真空室:分為底部、中部和頂部三部分，所有部件采用焊接鋼板結構。插入管與真空室底部采用焊接連接，真空室底部和中部用夾緊螺栓固定在一起。真空室頂部將真空室中部與水冷彎管連接起來，而水冷彎管與氣體冷卻器相聯接，所有法蘭連接處均用橡膠圈密封。

真空泵:由5級7個泵組成。分別是增壓泵S1、S2、S3，和噴射泵 S4a、S4b、S5a、S5b。其中 S1、S2、S3、S4a、S5a 組成主泵子系統，S4a、S4b、S5a、S5b組成輔泵子系統。主泵子系統主要用于達到真空系統在700kg/h抽氣量下、67Pa真空度的指標，以滿足RH處理后期高真空度的要求;而輔泵子系統則用于增加從大氣壓至8kPa的區間的抽氣量，以縮短真空系統的啟動時間和低真空下吹氧的需要，滿足生產的需求。

冷凝器:冷凝器的作用是將蒸汽冷凝成水，以提高真空泵的工作效率。本系統設置3個冷凝器K1、K2、K3，K1布置在末級增壓泵與噴射泵之間，K2布置在兩級噴射泵之間，K3布置在末級噴射泵之后。冷凝器采用分級噴淋結構，被加熱的冷凝水通過接管排放到熱井。

真空主閥:真空主閥裝在氣體冷卻器與第一級增壓泵之間。真空主閥為偏心球面閥，由電液推桿機構進行驅動。

1.2 真空系統原理

抽入的廢氣從S1級泵入口進入，蒸汽與廢氣混合，拉瓦爾噴嘴噴射出高速運動的蒸汽使廢氣加速，在真空泵的擴散段，蒸汽和廢氣混合物的速度下降而轉換成較高的壓力，壓力在多級泵之間傳遞，以達到抽氣效果。蒸汽混合氣經過S3級泵進入K1冷凝器后冷凝成水，以提高后級噴射泵的效率。蒸汽混合氣依次經過S4級泵、K2冷凝器、S5級泵，最終抽出的廢氣經過K3冷凝器排到大氣，從而達到抽氣的作用。

1.3 真空系統主要參數

2 現狀調查及存在問題

衡量真空度好壞的一個重要指標是，在預抽真空條件下，S1增壓泵開泵的時間控制在6 min以內，真空度達到0.1 KPa以下。2013年8月以來，RH爐在處理鋼水抽真空時，發現真空度下降速度明顯開始變慢，S1增壓泵開泵時間超過20 min，有時甚至達不到開泵條件，真空度始終在0.5 KPa左右，嚴重影響生產。必須要對真空系統進行檢查，找到影響真空度的具體原因。

在排除系統泄漏、冷凝水溫度異常、拉瓦爾噴嘴磨損等因素后，通過開孔對抽空管道及泵體進行檢查時，發現S2級增壓泵、S3級增壓泵內壁(即喉口管段與擴散管段處)，S3級增壓泵與K1冷凝器聯通管彎頭處，S4級噴射泵與K2冷凝器聯通管彎頭處、S5級噴射泵與K3冷凝器聯通管彎頭處存在嚴重的積灰，且管道壁粘結的灰塵很牢固，積灰厚度甚至達到20 cm-30 cm，尤其在S3級增壓泵與K1冷凝器聯通管彎頭處和S2級增壓泵與S3級增壓泵彎頭處積灰最為嚴重，抽空管道已被堵塞70%。積灰位置如圖2所示。

圖2 真空泵積灰部位示意圖

3 真空泵積灰的成因分析

RH真空處理裝置的積灰是一種頻繁的故障來源，在真空室到真空主閥之間設有氣體冷卻除塵器，把氣流中的粉塵顆粒沉降在下面的卸灰溜管里。鋼水在精煉狀態下需要加入多種合金成分，如硅鐵、錳鐵、磷鐵等，與鋼水產生反應而生成多種氣體及氧化物顆粒，一旦除塵器內的旋流導板損壞，失去除塵效果，加之粉末狀合金較多的情況下，合金中攜帶的大量塵埃顆粒就會不斷進入真空系統。在蒸汽噴射泵的作用下，粉塵顆粒與高溫的蒸汽混合呈粘狀，具有粘結性，在流經抽空管道過程中灰塵就會附著在內壁和拉瓦爾噴嘴上，捕捉大量飛灰后，迅速增厚，產生堅硬的結灰，隨著時間的推移就會越積越多。另外，頂槍噴粉脫硫也會在真空系統內產生大量粉塵。

4 積灰對真空度的影響分析

針對馬鋼一鋼軋RH爐真空系統積灰嚴重，造成真空度無法達標的現狀，經過對故障的現象、原因及處理方法進行仔細分析，并參照設計性能參數比對，研究認為真空泵內積灰對真空度有以下影響:

4.1 喉口面積比的影響

真空泵的結構如圖3所示。蒸汽噴射真空泵結構主要是由噴嘴、混合室和擴壓室3部分組成。

圖3 真空泵結構簡圖

當真空泵投入使用時，泵體喉口面積與噴嘴喉口面積的比值，即ψ≈52時應該是真空泵工作性能達到的最佳狀態。如果喉口面積比的數值發生了變化，將直接影響真空泵性能的好壞。泵內積灰到一定程度就會改變喉口面積比的數值，進而影響真空系統的抽真空效率，使真空度下降的速度逐漸變慢。若拉瓦爾噴嘴的喉口發生積灰，就會造成喉口面積比ψ＞52，會降低真空泵性能，如果堵塞則完全喪失抽真空能力;若泵體喉口段內壁積灰慢慢增厚，相當于泵體流通面積減小，就會造成喉口面積比ψ＜52，也同樣會降低真空泵性能，當積灰增厚至極限時，這相當于將真空泵抽空管道堵死，真空泵就不能正常工作，也就喪失了抽真空的能力。

4.2 對噴射氣流的影響

當真空泵內壁的積灰達到一定的厚度且內壁四周積灰厚度不平均時，就相當于改變了真空泵擴壓室的軸心線，即可看成真空泵抽氣管道與拉瓦爾噴嘴的同心度出現了超差，此時拉瓦爾噴嘴噴射出的高速蒸汽勢必會在擴壓室內部撞擊泵體，產生紊流和漩渦現象，阻礙蒸汽的噴射速度，從而造成真空泵抽氣能力明顯下降，無法有效提高系統的真空度。

4.3 對氣體冷凝效果的影響

當冷凝器入口擋水板處積灰嚴重后，蒸汽混合氣無法均勻的進入冷凝器，甚至阻礙了氣體平穩進入冷凝器，使得蒸汽與冷凝水冷凝作用不充分，冷凝器中的煙氣含量大，降低了后級噴射泵的效率，造成真空度低下。

5 防范措施及對策

針對真空泵內出現嚴重積灰的現狀，采用定期高壓水沖洗清灰措施來防范，根據目前馬鋼一鋼軋RH爐的生產節奏，沖洗周期定為3個月沖洗一次。對于真空泵噴嘴及彎頭處，可以打開檢修人孔進行沖洗;由于真空泵的擴壓室管段較長，清除真空泵泵體喉口處內壁的積灰難度較大、用時較長，可以在喉口段挖孔沖洗清灰。

氣體冷卻除塵器內有水冷盤管和旋流導板以加強冷卻和除塵效果，改善真空主閥的工作條件，減少真空泵的積灰，所以必須定期打開底部的放灰孔;盡量保持合金料的塊狀完整，減少粉末狀散料;加強鐵水預處理脫硫效果，降低鋼水硫成分的含量，以減少RH爐噴粉量。

6 結論

1)真空泵內積灰對RH爐真空系統性能會有一定影響，雖然不會立刻造成真空度的突然回升，但隨著積灰的慢慢增厚，影響效果也會隨之慢慢明顯，直至完全喪失抽真空的能力，這是不容忽視的。

2)要獲得良好的真空度，就需要定期檢查積灰情況，定期對真空泵沖洗清灰，只要保證氣體通流面積，保持氣流流暢，就可以實現穩定可靠的真空度。

［1］王小東.大型真空系統監測與故障診斷［M］.沈陽:遼寧大學出版社，2003.

［2］張鑒.爐外精煉的理論與實踐［M］.北京:冶金工業出版社，1999.