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RH机械设备介绍 一 RH工艺简介 RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法 是炉外精炼技术中的重要的一种 1 1 RH的历史与发展 德国的鲁尔钢 Ruhrstabl 公司 对于大型锻造用钢锭的脱氢进行了持续的研究 他们为使处理设备小型廉价和易于在炼钢厂采用 于1956年前后投入了RH的开发 RH处理法由真空泵厂家赫拉乌斯 Heraeus 公司提案 根据使用铅和汞做的模拟实验 确认了技术可能性之后 继而在Ruhrstabl公司进行100t钢包的工业化试验 于1959年确立为RH真空循环脱气处理法 技术发展之路 1 2 RH的功能 脱气 在真空状态下 流经真空槽钢水中的氩气 氢气 氮气等气体在钢液循环过程中被抽走 脱碳 利用真空条件下的碳氧反应 分自然脱碳和强制脱碳 吹氧 化学成分调整及均化 通过加入合金进行成份微调和均化 其特点是合金基本不与炉渣反应 合金直接加入钢水之中 收得率高 钢水能快速均匀混合 合金成分可控制在狭窄的范围之内温度调整 利用顶枪进行化学加热升温 使钢水温度达到连铸的要求 1 3 工艺流程 待处理钢水包由行车吊运至RH钢包台车上 钢包台车开到真空槽下部的处理位置 并进行人工判定钢水液面高度 根据所判定的钢水液面高度 钢包被液压缸顶升 使真空槽的浸渍管浸入钢水到预定的深度 同时 上升浸渍管以一定的流速喷吹氩气 随着浸渍管完全浸入钢液 真空泵启动 各级真空泵根据预定的抽气曲线进行工作 进行测温 取样 定氧操作 真空脱氢处理 将在规定时间及规定低压条件下持续进行循环脱气操作以达到氢含量的目标值 真空脱碳处理 低碳或超低碳等级钢水 循环脱气将持续一定时间以获得碳含量的目标值 在脱碳过程中 钢水中的碳和氧反应形成一氧化碳通过真空泵排出 如氧气不够 可通过顶枪吹氧提供氧气 脱碳结束时 钢水通过加铝进行脱氧 钢水脱氧后 合金料通过真空闸阀加入真空槽 对钢水进行测温 定氧和确定组织成份 钢水处理完毕时 真空泵系统依次关闭 真空槽复压 重新处于大气压之下 处理完毕后 钢包下降 上升浸渍管自动改吹氩为吹氮 钢包台车开到铸钢垮 行车把钢包吊运连铸工位浇注 二 RH机械设备介绍 2 1 RH钢包台车 用途及要求RH钢包台车的作用是将钢包从钢水接收跨的承接位置运送到真空槽处理工位进行真空处理 真空处理后再将钢包运送到辅助工位进行相关工艺操作 最后运送回钢包吊运位置 设备组成及结构RH钢包台车主要由车架 钢包托架 传动装置 走行装置 润滑装置 电缆卷筒 激光测距仪及编码器 事故牵引装置 辅助装置 渣斗 钢包底吹氩阀站等组成 2 2钢包升降系统 用途及要求钢包升降系统用于在真空处理位顶升钢包 使RH真空槽浸渍管插入钢水一定深度 待钢水处理结束后 再将钢包降落在钢包台车上 正常工作时 钢包升降系统在控制室内的操作台上进行控制操作 在停电或其他紧急事故状态下 可手动操作 主要技术参数 以4 RH为例 升降能力5900kN液压工作压力约18MPa升降作业行程约2650mm升降设备行程约2750mm升降速度高速约2 9m min低速约1m min 钢包升降装置的组成钢包升降装置由液压缸 升降框架 上盖 升降导轨 滚轮组件 手动干油润滑设备 行程检测部件 行程开关等组成 2 3真空槽系统 用途及要求真空槽安装在真空槽台车上 真空槽本体采用锅炉钢板焊制内砌耐材 槽体采用分体式 上部槽与热弯管用法兰连接 下部槽与浸渍管焊接连接 真空槽侧壁上焊有一段末端带水冷法兰的斜管 通过伸缩接头与合金溜槽相连 合金溜槽的对接法兰设氮气保护密封 真空槽壁耐材内埋设一组热电偶 以便监测真空槽内的温度 真空槽为分体式 由三部分组成上部槽 下部槽 浸渍管 热弯管热弯管本体由钢板焊制 内砌耐材 热弯管设计成倒凹字形 热弯管顶部设置顶枪孔组件 浇铸耐材用盲板及操作维修平台 热弯管两侧设检修人孔 热弯管本体上与真空槽连接一侧设一个孔口法兰用于插入热电偶 以便实时监测真空槽内温度 2 4真空抽气主管道设备 从主膨胀节至1B泵入口间的设备称为真空抽气主管 真空抽气主管是用于真空泵系统与真空槽的连接 从真空槽热弯管排出的高温烟气经气冷器冷却后温度将小于300 经真空主阀后进入真空泵系统 真空抽气主管设备主要由排气口伸缩节 水冷管 气体冷却器 真空主阀 检修用盲板及膨胀节 真空抽气管道组成 排气口伸缩节 由内套 气缸 水冷法兰 波纹管等组成 外部有吹扫氮幕管及灰尘吹扫口 气体冷却器 气体冷却器用于冷却从真空槽中抽出的高温气体并除尘 因此在气冷器的前后抽气管道上设置入口 出口温度检测 并在操作站上显示及报警 气体冷却除尘器结构为采用外水冷盘管 气体进入冷却器本体 与水冷盘管发生热量交换使温度降低 冷却器内设置有旋流式导流叶片起旋风分离器作用 废气中颗粒烟尘在离心 惯性作用下积聚到下锥体部位 被接灰箱收集 防爆阀 真空主阀 特点 蝶阀形式 液压驱动 耐高温 硬密封 检修用盲板及膨胀节 盲板的作用是在真空泵系统测试中用于真空泵系统的封闭 使真空泵系统与真空槽系统隔离 膨胀节的作用是补偿真空泵在运行中真空管道的位移 2 5真空泵系统 蒸汽喷射泵原理水环泵的原理蒸汽喷射泵系统的组成水环泵 蒸汽喷射泵系统的组成真空泵系统中各元件介绍 蒸汽喷射泵的原理 拉瓦尔喷嘴是一个收缩 扩张型喷管 通过此喷嘴能够使具有一定压力及较低速度的气体产生超音速流 喷射泵 水环泵原理 优点 结构简单 制造精度要求不高 容易加工 泵腔内没有金属磨擦表面 无须对泵内进行润滑 而且磨损很小 转动件与固定件之间的密封可直接由水封来完成 吸气均匀 工作平稳可靠 操作简单 维修方便 起动时间短等特点 不足 由于受工作液饱和蒸汽压的限制 极限真空度低 工作效率低 蒸汽喷射泵系统的组成 单级蒸汽喷射泵的工作真空度只能达到100Torr 760Torr之间 一套实际应用的真空系统多数是由多级喷射泵串联组成 而为了获得良好的精炼脱气效果 工作真空度一般设定为0 5Torr 67Pa 二级串联的真空泵一般工作在30Torr 100Torr 三级串联的真空泵一般工作在5Torr 30Torr 并不能满足真空度的要求 所以在实际应用中 常用五 六级泵串联或是新型的四级泵串联以及用水环泵串联的蒸汽泵组 六级泵 原1RH 系统中共有6个蒸汽喷射泵 4个冷凝器 系统所选用的蒸汽压力一般为0 8MPa 排出压力为大气压760Torr 而各级泵的真空度如下表如示 排气能力 换算为常温空气 在200乇时7000kg h在10乇时3000kg h在0 5乇时950kg h在0 15乇时250kg h排气时间 当脱气槽内耐火材料完全干燥 系统漏气量 换算为常温空气 在15kg h以下时 从大气压力下降至1乇的时间在5分钟内 四级泵 2RH 系统有四个蒸汽泵和三个冷凝器 所选用的蒸汽压力为1 2MPa 1 4Mpa 各个吸入口的压力如下表如示 蒸汽压力 1 2 1 5Mpa 在蒸汽分配器处 蒸汽温度 210 250 冷却水压力 0 3Mpa 在水分配器处 冷却水温度 34 运行模式 2RH 水环泵 蒸汽泵组合系统 4RH 抽气能力 20 空气 1 500kg h67Pa 0 5Torr 或以下5 000kg h6 700Pa 50Torr 或以下10 000kg h13 300Pa 100Torr 或以下抽气时间抽气时间是指空气在下列状况下从大气压0 1013MPa 760Torr 抽至133Pa 1 0Torr 的时间 排除剩余气体 0kg H 空气泄漏 55kg h最大抽气时间为3 0min 抽气负荷 1500kg h 空气泄漏 55kg h最大抽气时间为4 5min 蒸汽参数蒸汽压力1 3MPa 蒸汽喷嘴位置 蒸汽耗量最大28000kg h蒸汽温度饱和冷却水参数冷却水类型浊循环水冷却水压力最小0 2MPa 冷凝器入口 冷却水消耗量最大2200t h 其中50t h为水环泵用水 冷却水温最大34 空气泄漏最大55kg h 真空泵系统为 25kg h 运行模式 真空泵系统各元件介绍 真空泵冷凝器水环泵热井罐 蒸汽喷射真空泵 喷嘴 喷射泵的一些特点 四级泵的1B泵的减压喷嘴1B泵的保温喷嘴的安装方式 减压喷嘴 1B保温套 目的防止高真空度下蒸汽凝结 喷嘴的安装方式 1 真空泵垂直布置时 可直接螺栓联接或凹凸法兰连接 喷嘴长度比较长时 要用导向套筒 2 真空泵斜布置时 一般法兰连接加支撑架 冷凝器 冷凝器形式分类冷凝器功能分类冷凝器结构详解 冷凝器的作用是将混合物中的可凝性蒸汽部分凝结排除 以减少下级喷射器的负荷 冷凝器形式分类 A 强制喷淋式B 分水盘式C 筛板式D 列管间冷式 冷凝器功能分类 冷凝器按其在喷射泵系统中的安装位置 又分为前冷凝器 中间冷凝器和后冷凝器 前冷凝器安装在第一级喷射器入口前 主要为了减少第一级泵的负荷 只有当被抽混合物中含有大量的可凝性蒸汽 并且其蒸汽分压强大于冷却水温所对应的饱和蒸汽压时方可使用 中间冷凝器安装在多级泵中间 具体位置应视进入冷凝器的混合物中的蒸汽分压强及冷却水温而定 其作用是减少下级泵的负荷 后冷凝器安装在末级喷射器之后 主要是为了消除末级喷射器的废气 噪声 有时用来回收未级喷射器的余热 强制喷淋式冷凝器的结构详解 以C1 第一级中间冷凝器 为例 水环泵的结构 主要参数 吸入口径 250mm 2电机 320KW6000V1480rpm排气口径 250mm 2减速比 1 3 7输出转速400rpm排气量 160m3 min真空度 200Torr 热井罐 用于冷凝器大气脚的水封和冷凝水的汇集 热井罐的最重要参数是要保证水封面到冷凝器底部的距离大于10米 常规的水封形式为溢流式 热井罐常见的布置形式有竖直安装 水平安装或地面坑 2 6真空槽台车 用途和要求真空槽台车将真空槽连同热弯管沿轨道在处理工位和待机工位之间交替移动 能源介质通过拖链系统提供给车上的各个用户点 真空槽台车由车体 传动装置 主动轮组 从动轮组 动力气缸及附件 夹紧装置 车体隔热装置 手动干油润滑装置 拖链 电缆滑线槽 定位装置 平台梯子 声光报警装置 阀站等部分组成 1 台车车体车体为整体焊接结构 台车面上设有安装真空槽的支座 台车驱动装置上方的盖板做成带销轴的翻板式 以便于传动装置的检修 2 传动装置真空槽台车单独传动 采用电机直联减速机 分别传动主动车轮 使台车在轨道上行走 传动装置安装在车体内 3 夹紧装置夹紧装置用于真空槽台车在处理工位的台车锁定 以防止真空槽在处理钢水时产生位移 夹紧式 插入式 4 拖链装置拖链装置有两条拖链和支架等组成 可向真空槽台车及真空槽提供各种能源介质 包括真空槽用冷却水 氩气 氮气 压缩空气 仪表用空气 拖链的一端固定在台车所在钢结构平台上 另一端与真空槽台车相连 并随台车的走行而移动 2 7顶枪系统 1 顶枪用途和要求顶枪装置由顶枪枪体和顶枪升降装置组成 安装在真空槽处理位的上部 顶枪装置具有吹氧脱碳功能 化学加热功能 喷吹燃气加热功能 喷粉功能 2 顶枪主要技术参数顶枪枪体型式多重式套管加热范围800 1450 真空槽加热速度Max50 hOB氧气最大流量约2800Nm3 h烘烤氧气最大流量约800Nm3 h煤气最大流量约800Nm3 h枪总长度约14020mm枪外径273mm枪头部材料铜枪体材料碳钢枪体安装精度1 1000 3 设备组成及结构a 顶枪枪体顶枪结构为水冷多层套管形式 氧气 氮气或氩气 加热煤气 冷却水和粉剂都是通过与枪体法兰联接的软管进入枪体 在真空处理过程中 氮气或氩气是作为保护气体从枪的喷嘴吹入槽内 同样为了安全 枪在刚刚完成吹氧和煤气加热之后 枪杆内须充满保护气体 顶枪内预留喷粉通道 b 顶枪升降装置顶枪升降装置布置在真空槽处理位的上方 支撑在平台钢结构上 用于RH顶枪的夹持 并带动顶枪在待机位和工作位之间垂直升降 顶枪升降装置上带有真空密封通道 以保证槽内真空度 顶枪升降采用变频控制 可保证顶枪的精确定位 当断电等意外情况发生时 可使用UPS备用电源或气动马达带动顶枪提升 防止枪体烧坏 顶枪升降装置带动顶枪在4个主要工位运动 吹氧工位 加热工位 槽外待机位 槽内待机位 还包括上极限和下极限两个机械限位 升降小车用于顶枪的夹持 并带动顶枪在待机位和工作位之间走行 升降小车主要由车体 夹持器 车轮和软管过渡架等部分组成 夹持器分为上夹持器和下夹持器 其中上夹持器上带有1个凹型的球面座 可以和顶枪枪体上的凸型球面安装板相配合 凹型球面座采用三点夹持 每个夹持点都有与夹持臂连接的螺栓 可以调节松紧 以方便顶枪定位 顶枪密封通道真空密封通道套在顶枪上 并通过链条连接在升降小车上 当顶枪进入真空槽时 密封通道底部的法兰与热弯管上顶枪入口处的法兰接触 并由夹紧气缸夹紧 夹紧气缸固定在热弯管上 使密封通道与热弯管之间密封 同时密封通道内的气囊充气使密封通道与顶枪之间密封 从而保证槽内的真空度 2 8预热枪系统 预热枪装置主要由预热枪枪体 预热枪升降 旋转装置 软管组和预热枪阀站等组成 预热枪装置用于真空槽在待机位置时对槽体保温 槽体内耐材挖补或重新修砌后的加热 真空槽待机位有2个 分别设置在处理位的两侧 共设置2套预热枪装置 当断电等意外情况发生时 可使用UPS备用电或气动马达带动预热枪提升 防止枪体烧坏 预热枪装置带旋转功能 以让出热弯管和真空槽正上方的吊运空间 主要技术参数 型式多重式套管 内带点火烧嘴加热范围20 1450 加热速度Max50 h枪体通入介质冷却水 COG 氧气 燃烧空气 氮气等枪外径 298 5mm枪体总长度约14120mm焦炉煤气最大流量约800Nm3 h 设备组成及结构a 预热枪本体预热枪本体结构为水冷多层管形式 主要由枪体 点火装置 火焰检测器等组成 B 旋转装置用于带动预热枪枪架旋转 预热枪旋转装置主要由旋转用电动缸 电动缸支架和固定销等组成 电动缸水平布置 安装支架固定在厂房钢结构平台上 电动缸推力点设置在枪架下端 通过推动枪体支撑装置