关键词：粉尘；卡阻；检测仪
0 引言
RH精炼炉配置了Oerliken Leybold vacuum公司研制开发的机械真空泵系统，用于吹氧阶段达到设定的真空度并及时抽走吹氧产生的烟尘废气。机械真空泵设计为三级模式，一级为螺杆泵，二三级为罗茨泵，在生产过程中废气含尘浓度在真空环境下难以检查发现，由粉尘颗粒引发的机械泵机械卡阻时有发生。通过分析卡阻产生的原因，并结合机械泵的运行机理，加装在线检测系统，优化泵组停泵吹扫程序，以解决粉尘颗粒能在密闭的环境下检测和真空泵卡阻问题。
1机械泵运行含尘机理及损坏分析
在整个密闭的冶炼过程中，布袋除尘器的含尘量难以检查，且在一炉冶炼结束破空时由空气带入的水蒸气与冶炼过程中产生微尘颗粒、杂质混合，同时存也在程序动作设计缺陷导致的杂质排出不彻底，而含水粉尘附着在机械泵转子上，导致再次冶炼后机械泵转子卡阻停泵。由于RH精炼炉是在整个真空环境下进行的，如果冶炼过程中布袋破损，而布袋的含尘量又没有监控，就会有大量如氧化铁、氧化锰、氧化铬等含金属氧化物的硬质颗粒物进入螺杆泵转子和罗茨泵扇叶缝隙，造成泵的极速磨损，甚至造成机械泵的破坏性损坏。然而在原设计中泵组停泵进行氮气吹扫清洁的时间仅为5秒，不足以将冶炼产生的粉尘颗粒带走，而进一步造成尘土的堆积，而这些问题均严重影响了真空泵的稳定运行，影响了冶炼真空度，进而影响了钢水质量。
总结以上分析得出以下结论：
1）急需增加一套在线粉尘检测装置，实时监控粉尘数据，为保护真空泵提供数据支撑。
2）需要优化罗茨泵、螺杆泵停泵吹扫程序、降低泵内的杂质沉积量。
3）需要制定长时间停泵期间机械真空泵运行吹扫规程，降低粉尘、水蒸气
产生来源。
2 集尘系统加装在线粉尘检测装置
2.1优先选用LDM-100激光粉尘检测仪的工作原理
LDM-100激光粉尘检测仪是通过测定激光透射烟气后的光强与原来入射光强的比值，实现对冶炼过程管道、排放烟道中的烟气浊度和粉尘浓度进行实时检测，其工作原理见图1。
图1：LDM-100激光粉尘检测仪工作原理
探测激光源输出功率为Po，经挡尘窗口镜片衰减K1后照射烟尘，如果烟尘的等效散射系数为K2（与烟尘的组织结构、浓度相关），烟尘反射的功率为Po×K1×K2×D，穿过窗口镜片G后的功率为Po×K1×K2×D×K1，经透镜L聚焦后的功率Pr为Po×K1×K2×D×K1×K3。
若Po、K1、K3恒定，Pr与K2×D成正比，设备安装后，通过标定可以得到Pr与D的对应关系，即可计算出烟尘浓度值：D =A/K2×Pr。 假定A=1/(Po×K1×K1×K3），
2.1安装及实施方案
LDM-100激光粉尘检测仪安装在泵后烟道末端，可以及时发现系统内废气烟尘含量，并可在发现数据超标后迅速采取有效措施，确保机械泵稳定运行。
该粉尘检测仪在主控室的HMI上设有人员查看窗口，可实时查看布袋含尘量的劣化趋势曲线，检测粉尘浓度：10mg/m3以内，测量精度：小于2%，当劣化趋势曲线较为平滑时，在粉尘浓度达到7-8mg/m3时即打开布袋除尘器人孔进行积尘的检查，对有劣化的布袋进行更换，当劣化趋势曲线突然增大，大于正常劣化峰值1倍的数据出现，则利用生产间隙组织人员对布袋除尘器进行检查更换，以降低机械泵极速损坏和严重卡阻的概率。
3降低冶炼杂质沉积结垢导致的机械卡阻
3.1优化罗茨泵、螺杆泵停泵吹扫程序、降低泵内的杂质沉积量
原理如图2机械泵反吹阀示意图中SV40为排气侧密封吹扫阀，状态常开，不会影响极限真空与抽速；SV41为气震吹扫阀，对转子吹扫用来稀释气体，以防止凝结、干燥泵体、降低化学反应、稀释气体到燃点以下。对于有可凝性气体(如水蒸汽)的应用，需开启SV41，防止气体泵内凝结；SV42为进气侧密封吹扫阀，在生产过程产生的烟气或固体有可能进入齿轮箱的情况下，必需开启SV42，以保护泵。当气源吹扫压力为3bar，原吹扫时间5s时，经过一段时间的观察发现，泵体内积尘情况较为严重，仅为5S的吹扫时间，不足以带走微尘颗粒。经与西门子公司沟通后，将该吹扫程序时间修改为300秒，且HMI数据修改为可根据生产实际情况进行动态调整。若连铸机浇铸大段面，生产节奏紧张，炉次间隔达不到300秒，现场操作人员可通过提升操作面板 BATH DETECTED按钮提前结束反吹，进入抽真空模式。每个冶炼批次结束后，要求操作人员保持真空泵运行2小时候后方可停泵，即默认进行7200秒反吹。为方便操作和设备维护人员查看泵的反吹状态，又在HMI画面增加了三个反吹电磁阀状态显示。
图2：机械泵反吹阀示意图
3.2制定长时间停泵期间机械真空泵运行吹扫规程，降低粉尘水蒸气产生来源
机械真空泵原设计破空介质采用空气，而除尘器共有19个破空点，停泵破空时将空气中的水蒸气带入粉尘中，导致带有水的粉尘附着在机械泵转子、扇叶、密封环等部位沉积、结块，造成卡阻无法再次启泵冶炼。因此制定了长时间停泵期间真空泵的运行吹扫规程，规程中不仅要求操作人员在RH一个冶炼周期完成后继续使真空泵组运行2个小时，而且要求每隔0.5小时用氮气手动破空一次，破空时真空度不得大于600mbar。停泵时全部采用氮气破空，不得采用空气破空。长时间停炉后，每隔2天启动真空泵一次，每次运行时间不低于0.5小时。由此减少了生产过程中产生的微尘、杂质、水蒸气等异常因素对真空泵转子造成的卡阻。
4实施效果
增加布袋除尘器粉尘在线监测装置检测含尘状态，以此为依据降低机械泵卡阻概率，具体效果如下：
粉尘监测浓度在10mg以下，测量精度小于2%，布袋更换之前粉尘浓度7.1mg，更换后粉尘浓度降低至5.6mg；优化停泵吹扫程序和长时间停泵的操作规程，给操作人员提供停泵运行依据，减少了冶炼微尘、水蒸汽附着在泵内造成的卡阻。机械真空泵的稳定运行，使得RH功能得到良好实现，为公司产品开发提供了强力支撑，合同兑现率达到100%，同时为公司提升产品质量和档次提供了有力保证。现在，不锈钢公司的品种比例已经达到80%以上，RH精炼炉的作业率也从投产初期的30%提高到60%以上，产量从投产初期的2万吨/月，提高到5万吨/月，使得不锈钢高品质钢种的生产比例实质提升了10%，从而获得了国内知名家电和汽车等高端产品用户。
论文作者:许天琦、于宇、赵征
论文发表刊物:《科技中国》2018年2期
论文发表时间:2018/7/18
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