真空泵积灰对RH炉真空度影响的分析与对策

王 军， 李珉泽

(［1］马钢一钢轧总厂 安徽马鞍山 243000)

(［2］中冶海水淡化投资有限公司 北京 100029)

RH炉是用于钢水精炼的一套真空循环脱气装置，主要用途是脱氢、脱碳、脱氧和微调钢水成分及温度等。真空度的好坏直接影响钢水的处理质量和炼钢生产的有序进行，而蒸汽喷射泵系统是抽走废气获得真空度的关键部分，根据蒸汽喷射泵系统的工作原理，本次主要对真空泵抽空管道内壁积灰对真空度的影响进行分析研究。

1 马钢一钢轧RH炉真空系统概述

1.1 真空系统组成

马钢一钢轧RH真空处理装置的真空系统主要由以下设备组成，其系统原理图如图1所示。

图1 马钢一钢轧RH 炉真空系统原理图

真空室:分为底部、中部和顶部三部分，所有部件采用焊接钢板结构。插入管与真空室底部采用焊接连接，真空室底部和中部用夹紧螺栓固定在一起。真空室顶部将真空室中部与水冷弯管连接起来，而水冷弯管与气体冷却器相联接，所有法兰连接处均用橡胶圈密封。

真空泵:由5级7个泵组成。分别是增压泵S1、S2、S3，和喷射泵 S4a、S4b、S5a、S5b。其中 S1、S2、S3、S4a、S5a 组成主泵子系统，S4a、S4b、S5a、S5b组成辅泵子系统。主泵子系统主要用于达到真空系统在700kg/h抽气量下、67Pa真空度的指标，以满足RH处理后期高真空度的要求;而辅泵子系统则用于增加从大气压至8kPa的区间的抽气量，以缩短真空系统的启动时间和低真空下吹氧的需要，满足生产的需求。

冷凝器:冷凝器的作用是将蒸汽冷凝成水，以提高真空泵的工作效率。本系统设置3个冷凝器K1、K2、K3，K1布置在末级增压泵与喷射泵之间，K2布置在两级喷射泵之间，K3布置在末级喷射泵之后。冷凝器采用分级喷淋结构，被加热的冷凝水通过接管排放到热井。

真空主阀:真空主阀装在气体冷却器与第一级增压泵之间。真空主阀为偏心球面阀，由电液推杆机构进行驱动。

1.2 真空系统原理

抽入的废气从S1级泵入口进入，蒸汽与废气混合，拉瓦尔喷嘴喷射出高速运动的蒸汽使废气加速，在真空泵的扩散段，蒸汽和废气混合物的速度下降而转换成较高的压力，压力在多级泵之间传递，以达到抽气效果。蒸汽混合气经过S3级泵进入K1冷凝器后冷凝成水，以提高后级喷射泵的效率。蒸汽混合气依次经过S4级泵、K2冷凝器、S5级泵，最终抽出的废气经过K3冷凝器排到大气，从而达到抽气的作用。

1.3 真空系统主要参数

2 现状调查及存在问题

衡量真空度好坏的一个重要指标是，在预抽真空条件下，S1增压泵开泵的时间控制在6 min以内，真空度达到0.1 KPa以下。2013年8月以来，RH炉在处理钢水抽真空时，发现真空度下降速度明显开始变慢，S1增压泵开泵时间超过20 min，有时甚至达不到开泵条件，真空度始终在0.5 KPa左右，严重影响生产。必须要对真空系统进行检查，找到影响真空度的具体原因。

在排除系统泄漏、冷凝水温度异常、拉瓦尔喷嘴磨损等因素后，通过开孔对抽空管道及泵体进行检查时，发现S2级增压泵、S3级增压泵内壁(即喉口管段与扩散管段处)，S3级增压泵与K1冷凝器联通管弯头处，S4级喷射泵与K2冷凝器联通管弯头处、S5级喷射泵与K3冷凝器联通管弯头处存在严重的积灰，且管道壁粘结的灰尘很牢固，积灰厚度甚至达到20 cm-30 cm，尤其在S3级增压泵与K1冷凝器联通管弯头处和S2级增压泵与S3级增压泵弯头处积灰最为严重，抽空管道已被堵塞70%。积灰位置如图2所示。

图2 真空泵积灰部位示意图

3 真空泵积灰的成因分析

RH真空处理装置的积灰是一种频繁的故障来源，在真空室到真空主阀之间设有气体冷却除尘器，把气流中的粉尘颗粒沉降在下面的卸灰溜管里。钢水在精炼状态下需要加入多种合金成分，如硅铁、锰铁、磷铁等，与钢水产生反应而生成多种气体及氧化物颗粒，一旦除尘器内的旋流导板损坏，失去除尘效果，加之粉末状合金较多的情况下，合金中携带的大量尘埃颗粒就会不断进入真空系统。在蒸汽喷射泵的作用下，粉尘颗粒与高温的蒸汽混合呈粘状，具有粘结性，在流经抽空管道过程中灰尘就会附着在内壁和拉瓦尔喷嘴上，捕捉大量飞灰后，迅速增厚，产生坚硬的结灰，随着时间的推移就会越积越多。另外，顶枪喷粉脱硫也会在真空系统内产生大量粉尘。

4 积灰对真空度的影响分析

针对马钢一钢轧RH炉真空系统积灰严重，造成真空度无法达标的现状，经过对故障的现象、原因及处理方法进行仔细分析，并参照设计性能参数比对，研究认为真空泵内积灰对真空度有以下影响:

4.1 喉口面积比的影响

真空泵的结构如图3所示。蒸汽喷射真空泵结构主要是由喷嘴、混合室和扩压室3部分组成。

图3 真空泵结构简图

当真空泵投入使用时，泵体喉口面积与喷嘴喉口面积的比值，即ψ≈52时应该是真空泵工作性能达到的最佳状态。如果喉口面积比的数值发生了变化，将直接影响真空泵性能的好坏。泵内积灰到一定程度就会改变喉口面积比的数值，进而影响真空系统的抽真空效率，使真空度下降的速度逐渐变慢。若拉瓦尔喷嘴的喉口发生积灰，就会造成喉口面积比ψ＞52，会降低真空泵性能，如果堵塞则完全丧失抽真空能力;若泵体喉口段内壁积灰慢慢增厚，相当于泵体流通面积减小，就会造成喉口面积比ψ＜52，也同样会降低真空泵性能，当积灰增厚至极限时，这相当于将真空泵抽空管道堵死，真空泵就不能正常工作，也就丧失了抽真空的能力。

4.2 对喷射气流的影响

当真空泵内壁的积灰达到一定的厚度且内壁四周积灰厚度不平均时，就相当于改变了真空泵扩压室的轴心线，即可看成真空泵抽气管道与拉瓦尔喷嘴的同心度出现了超差，此时拉瓦尔喷嘴喷射出的高速蒸汽势必会在扩压室内部撞击泵体，产生紊流和漩涡现象，阻碍蒸汽的喷射速度，从而造成真空泵抽气能力明显下降，无法有效提高系统的真空度。

4.3 对气体冷凝效果的影响

当冷凝器入口挡水板处积灰严重后，蒸汽混合气无法均匀的进入冷凝器，甚至阻碍了气体平稳进入冷凝器，使得蒸汽与冷凝水冷凝作用不充分，冷凝器中的烟气含量大，降低了后级喷射泵的效率，造成真空度低下。

5 防范措施及对策

针对真空泵内出现严重积灰的现状，采用定期高压水冲洗清灰措施来防范，根据目前马钢一钢轧RH炉的生产节奏，冲洗周期定为3个月冲洗一次。对于真空泵喷嘴及弯头处，可以打开检修人孔进行冲洗;由于真空泵的扩压室管段较长，清除真空泵泵体喉口处内壁的积灰难度较大、用时较长，可以在喉口段挖孔冲洗清灰。

气体冷却除尘器内有水冷盘管和旋流导板以加强冷却和除尘效果，改善真空主阀的工作条件，减少真空泵的积灰，所以必须定期打开底部的放灰孔;尽量保持合金料的块状完整，减少粉末状散料;加强铁水预处理脱硫效果，降低钢水硫成分的含量，以减少RH炉喷粉量。

6 结论

1)真空泵内积灰对RH炉真空系统性能会有一定影响，虽然不会立刻造成真空度的突然回升，但随着积灰的慢慢增厚，影响效果也会随之慢慢明显，直至完全丧失抽真空的能力，这是不容忽视的。

2)要获得良好的真空度，就需要定期检查积灰情况，定期对真空泵冲洗清灰，只要保证气体通流面积，保持气流流畅，就可以实现稳定可靠的真空度。

［1］王小东.大型真空系统监测与故障诊断［M］.沈阳:辽宁大学出版社，2003.

［2］张鉴.炉外精炼的理论与实践［M］.北京:冶金工业出版社，1999.