摘要：本文介紹攀鋼2#方坯RH真空系統(tǒng)基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)功能，重點(diǎn)介紹真空泵系統(tǒng)的功能和其相關(guān)系統(tǒng)控制功能。

關(guān)鍵詞：RH真空處理 真空泵 噴射泵

1.1引言

攀鋼為了改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)市場競爭能力和提高經(jīng)濟(jì)效益，決定擴(kuò)大連鑄比并逐步淘汰模鑄。在綜合考慮了轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)能力增長、現(xiàn)有1＃板坯連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力，以及軋鋼系統(tǒng)對連鑄方坯需求的基礎(chǔ)上，新建1臺4流方坯連鑄機(jī)的配套的1臺RH精煉裝置，這臺連鑄機(jī)年產(chǎn)方坯130萬噸，供公司軌梁廠生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)重軌和型鋼。

在重軌和其它高質(zhì)量的鋼鐵生產(chǎn)中，氫在鋼中的作用是破壞性的，這就要求去掉鋼中的氫。真空裝置主要應(yīng)用于脫氫、脫氮、去氧（輕處理）和脫硫，同時具有合金微調(diào)和溫度調(diào)整的功能。

攀鋼方坯RH真空裝置的主要功能：

●脫氫、脫氮：除去鋼水中的【H】，要求小于2PPm，同時除去鋼水中的【N】。

●合金微調(diào)：改變鋼水中的合金含量，滿足所要鋼種的成分。

●凈化鋼水：除去鋼水中的雜質(zhì)，凈化鋼水。

●溫度調(diào)整：調(diào)整鋼水溫度，滿足連鑄生產(chǎn)。

●自然脫碳：較低鋼水中的碳，獲得優(yōu)質(zhì)鋼。

2.工藝設(shè)備簡介

RH真空精煉是將經(jīng)過LF精煉爐處理過的鋼水用吊車吊至接收位，通過鋼包車運(yùn)至處理位，通過液壓頂升系統(tǒng)將鋼包連同鋼包車頂升至處理高度，此時真空室的插入管浸入在鋼水中，鋼水由提升氣體從插入管的上升管“提升”到真空室內(nèi)，從插入管的下降管回到鋼包內(nèi)進(jìn)行循環(huán)處理，同時真空泵系統(tǒng)開始抽真空，對鋼水進(jìn)行真空脫氣，去除鋼水中的氣體雜質(zhì)，使鋼水得到凈化，處理過程中還根據(jù)鋼水成分的不同，向鋼水中添加合金，對鋼水成分進(jìn)行合金微調(diào)。在處理期間可以通過測溫取樣系統(tǒng)進(jìn)行自動測溫取樣操作，或者手動測溫取樣。處理完畢，關(guān)閉真空閥，真空室和真空泵系統(tǒng)破空，鋼包連同鋼包車下降到處理位，鋼包移動到喂絲位進(jìn)行喂絲和底吹氬。如果要保溫則在喂絲位添加保溫劑，防止鋼水溫度損失過大。

該真空裝置系統(tǒng)為雙真空室快速更換下動式、5級噴射泵系統(tǒng)。真空處理過程中，真空室產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谡婵障到y(tǒng)抽力帶動下進(jìn)入氣體冷卻器，經(jīng)氣體冷卻器冷卻的同時除去煙氣中的粗顆粒粉塵，然后經(jīng)真空管道及真空閥進(jìn)入真空泵系統(tǒng)，真空泵系統(tǒng)中蒸汽噴射泵為抽真空動力源。冷卻器用于冷凝廢氣中的水蒸汽，以減輕后續(xù)真空泵的負(fù)荷，同時可對廢氣進(jìn)行洗滌除塵。第四、第五級各為兩泵并聯(lián)主要是為了提高真空泵系統(tǒng)的抽氣能力及縮短抽氣時間。為了避免廢氣中過量的CO排入大氣，在排空管道出口設(shè)有CO濃度濃度檢測器。其真空流程示意圖如圖1所示：

真空系統(tǒng)分真空室系統(tǒng)和真空泵系統(tǒng)，真空室系統(tǒng)由真空室、真空室插入管、熱頂蓋等設(shè)備組成。真空泵系統(tǒng)由氣體冷卻器、真空閥、真空泵、廢氣檢測設(shè)備組成。各設(shè)備描述如下：

2.1真空室

為了保證正常的真空處理和維修同時進(jìn)行，需要四個真空室。正常情況下，一個在處理位置，一個在待機(jī)位置，一個處于預(yù)熱干燥狀態(tài)，一個處于維修狀態(tài)。每套真空室由整體式真空室和兩個插入管組成。真空室系統(tǒng)由真空室頂蓋和真空室組成。在處理位置上，真空室頂蓋利用自身的重力與真空室的法蘭連接在一起。為了能夠更換真空室部分，頂蓋可以利用液壓系統(tǒng)提升起來，保證與真空室部分脫開。同時真空室頂蓋可以用吊車更換。真空室設(shè)備布置示意圖如圖2所示。

圖2、真空室設(shè)備布置示意圖

2.2廢氣燒咀

從真空系統(tǒng)排出的廢氣，經(jīng)廢氣排放管排出。在廢氣排放管上設(shè)有CO濃度檢測儀，當(dāng)CO濃度高時，廢氣將自動點(diǎn)火燃燒，以保證安全和滿足國家廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

真空泵裝置主要技術(shù)參數(shù)：

真空泵類型：5級蒸汽噴射真空泵

抽氣能力：500kg/h干空氣（66.7Pa，20°C時）

1700kg/h干空氣（8000Pa，20°C時）

28000kg/h干空氣（13300Pa，20°C時）

極限真空度：≤30Pa

真空系統(tǒng)泄漏度：≤20Kg/h（20°C時）

抽氣時間：≤4min（從常壓到66.7Pa）

蒸汽耗量：16t/h、1.2mPa

氣體冷卻型式：管式水冷

氣體冷卻器入口溫度700-900°C

氣體冷卻器出口溫度200-300°C

冷凝器型式及數(shù)量：噴淋冷凝器3個

冷凝器用水量：1120m3/h

真空閥直徑：Φ1200mm

2.3氣體冷卻器

氣體冷卻器用于真空處理時冷卻從真空室排出的高溫?zé)煔?，同時除去廢氣中的粗顆粒粉塵；在氣體冷卻器出口設(shè)有廢氣溫度檢測。在真空處理結(jié)束時，破空閥打開，經(jīng)過管道向氣體冷卻器充入N2或空氣，對真空室進(jìn)行破空；為了防止真空室內(nèi)壓力突然升高，設(shè)有防爆閥門；為了檢測真空度，設(shè)置有真空壓力檢測裝置。另外在真空室進(jìn)行大氣加熱時，對氣體冷卻器充入N2，防止熱氣進(jìn)入氣體冷卻器。定期打開卸灰閘板排放氣體冷卻器積聚的灰塵。

2.4真空閥

真空閥用于將真空室與真空泵系統(tǒng)接通或斷開，以便處理結(jié)束時對真空室系統(tǒng)進(jìn)行破空和處理開始前對真空泵系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)抽真空。真空閥采用蝶閥型式，自帶液壓驅(qū)動裝置。

2.5抽氣管道

抽氣管道位于真空閥與B1之間，此管道上設(shè)有真空壓力檢測和控制用的取壓支管、真空泵抽氣能力測試支管、真空泵系統(tǒng)破空支管。

2.6真空泵系統(tǒng)

根據(jù)鋼液真空處理各個階段的真空度和抽氣量的要求，本真空系統(tǒng)采用5級蒸汽噴射泵，包括：第一、二、三級增壓泵（B1，B2,B3）和第四、五級并聯(lián)噴射泵（S4a，S5a，S4b，S5b）。第一、二、三級增壓泵（B1，B2,B3）主要滿足鋼水進(jìn)行深度真空處理，其抽氣量低，但工作真空度高；第四、五級并聯(lián)噴射泵（S4a，S4b，S5a，S5b），每級并聯(lián)的兩泵，可單獨(dú)開啟，也可并行運(yùn)行。其中S4b，S5b，S5a入口處設(shè)有止回閥，防止廢氣倒流。第四、五級并聯(lián)噴射泵抽氣量大，但真空度低。在第二級蒸汽噴射泵上裝備了氣動針形閥，在不增加蒸汽消耗的情況下，可以提高噴射泵的抽氣能力。

冷凝器（C1，C2，C3）采用冷卻水冷凝廢氣中的水蒸汽，以減輕后續(xù)真空泵的負(fù)荷，增加下級噴射泵的抽氣能力。同時可對廢氣進(jìn)行洗滌除塵。冷凝器冷卻后的冷凝水積聚在密封水池內(nèi)，通過三臺排水泵將冷凝器冷卻水送回水處理站。真空泵裝置設(shè)備示意圖如圖3所示。

3.控制系統(tǒng)構(gòu)成及功能

RH真空處理控制系統(tǒng)包括基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)（一級）和過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（二級）。一級系統(tǒng)負(fù)責(zé)所有現(xiàn)場設(shè)備的控制和監(jiān)視，二級系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)學(xué)模型和有關(guān)報(bào)表的處理。一級系統(tǒng)包括2臺操作員站、1臺工程師站、1臺編程器、1臺S7-400PLC（1個中央機(jī)架帶2個擴(kuò)展機(jī)架）、6個ET200M遠(yuǎn)程I/O站、2個OSM交換機(jī)，系統(tǒng)通過以太網(wǎng)和DP網(wǎng)連接。RH真空精煉爐有一套合金加料系統(tǒng)，同時RH真空控制系統(tǒng)還與方坯控制系統(tǒng)相連，為今后的L3生產(chǎn)管理系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)做好了硬件準(zhǔn)備。RH真空控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置如圖4所示。

圖4真空控制系統(tǒng)配置圖

RH真空基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)包括鋼包移動系統(tǒng)、鋼包液壓頂升系統(tǒng)、提升氣體控制系統(tǒng)、真空室交換小車系統(tǒng)、頂槍加熱及升降系統(tǒng)、測溫取樣系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)、合金添加系統(tǒng)、喂絲及底吹氬系統(tǒng)。本文主要介紹真空系統(tǒng)的控制功能及相關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)的控制功能。

真空系統(tǒng)的控制分提升氣體控制、真空泵的控制、密封水池水位控制等。下面分別描述其控制功能：

3.1提升氣體控制

提升氣體可以選擇Ar和N2。一般情況下，在非處理期間使用N2吹掃，避免插入管中的吹氬小管被真空室內(nèi)的熔渣堵塞；在處理期間使用Ar作為提升氣體，將鋼水提入到真空室進(jìn)行鋼水真空處理。提升氣體有兩種操作模式：

可控模式：在處理位的真空室的提升氣體（N2或Ar）流量采用閉環(huán)控制，流量設(shè)定值由操作員輸入。

不可控模式：非處理位的真空室提升氣體流量為固定值。

提升氣體的控制一般由切斷閥、流量檢測裝置和流量調(diào)節(jié)器完成。在處理位的真空室的提升氣體處于可控模式下，其操作方式有：

手動方式：提升氣體的類型由操作工在操作站上選擇N2或Ar,其流量由操作工在操作站上手動設(shè)定流量調(diào)節(jié)閥的開口度和切斷閥的開閉。

自動方式：提升氣體的類型可以根據(jù)真空室所處的階段自動切換，在非處理階段，若N2工礦滿

足要求，系統(tǒng)將切換到N2。在處理階段，若Ar工礦滿足要求，系統(tǒng)將切換到Ar。氣流量的大小，系統(tǒng)根據(jù)其階段自動改變的設(shè)定值下送給PLC系統(tǒng)，由PLC系統(tǒng)自動完成其流量調(diào)節(jié)和氣體切換以及切斷閥的開閉。同時也可以根據(jù)其設(shè)定好的曲線進(jìn)行流量設(shè)定控制。在事故情況下，Ar和N2可以自動互相切換，避免插入管中的吹氬小管被堵塞。同時對插入管的吹氬小管，每個回路設(shè)有一個流量開關(guān)，以檢測吹氬小管是否堵塞。當(dāng)檢測到三個支管有堵塞時，系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警提示。

計(jì)算機(jī)方式：其提升氣體的類型和其設(shè)定值由計(jì)算機(jī)根據(jù)處理鋼種選定流量曲線或流量值下送給PLC系統(tǒng)，其它操作同自動方式。

當(dāng)真空室位于在線熱備位時，提升氣體處于不可控模式；其控制方式為：

手動方式：提升氣體的類型由操作工在操作站上選擇N2或Ar，其流量為固定值，其閥的開閉由

人工操作完成。

自動方式：提升氣體的類型根據(jù)真空室所處的位置自動選擇N2或Ar。其閥的操作由PLC系統(tǒng)自動完成。

3.2真空泵的控制

真空系統(tǒng)的控制分真空泵測試模式和真空處理模式；

真空泵測試模式：

真空主閥關(guān)閉，僅啟動真空泵系統(tǒng)，完成真空泵系統(tǒng)的檢漏或性能測試工作屬于非生產(chǎn)模式。測試模式下有手動和自動兩種方式：

手動方式：所有蒸汽閥和冷卻水閥均可分別手動開關(guān)，所有動作元件均可手動啟停，與真空壓力無關(guān)。

自動方式：5級真空泵系統(tǒng)，按下列模式運(yùn)行，所有的控制閥自動開閉。當(dāng)真空壓力達(dá)到某一真空壓力時，下級真空

泵系統(tǒng)自行啟動，沒有任何壓力調(diào)節(jié)。各泵的啟動時間僅與設(shè)備性能有關(guān)。但5級泵系統(tǒng)啟動完后，由操作人員確定是否停泵運(yùn)行。各級真空泵非壓力控制的啟動順序如圖5所示。

圖5各級真空泵非壓力控制的啟動順序

真空處理模式：

真空主閥打開，真空泵系統(tǒng)運(yùn)行，對真空室系統(tǒng)進(jìn)行抽氣，將鋼水提升到真空室內(nèi)進(jìn)行循環(huán)真空處理。

操作控制方式為：計(jì)算機(jī)方式（Level2）、自動方式和手動方式；各種操作方式均帶必要的聯(lián)鎖。所有操作方式對冷凝器冷卻水、蒸汽閥和真空泵排氣閥均有效。在脫氣階段，真空調(diào)節(jié)閥控制真空壓力，使真空壓力保持在預(yù)先設(shè)定的壓力值。

手動模式

手動模式下的所有聯(lián)鎖條件對手動模式同樣有效，區(qū)別僅僅在于增壓泵和噴射泵的啟停與真空壓力無關(guān)。在手動模式下，操作模式必須選擇在“處理”或“預(yù)抽真空”模式。在手動模式下所有閥均可分別手動開關(guān)，所有動作元件均可手動啟停。處理停止時，破空系統(tǒng)開始破空。在手動模式下一些重要的聯(lián)鎖條件必須保持，防止誤操作和設(shè)備損壞。手動模式主要用于測試和維護(hù)目的。

自動模式

從操作站上按下“處理開始”按鈕，真空泵系統(tǒng)自動開始。所有冷凝器冷卻水閥和蒸汽閥按正確順序，根據(jù)實(shí)際真空壓力自動打開或關(guān)閉。自動模式下包括所有聯(lián)鎖條件。在自動方式下分壓力控制和非壓力控制兩種模式。

非壓力控制模式

與真空泵測試模式的自動方式的曲線控制一樣，各級泵的啟動只要真空壓力達(dá)到某一真空壓力時，下級真空泵自動啟動。有時間延遲。其各泵的啟動僅與設(shè)備抽氣性能有關(guān)。

壓力控制模式，各級的真空泵啟動需根據(jù)其壓力控制曲線（曲線1～9）時間設(shè)定來啟動各級控制泵，如果選擇0，則操作員可以在操作站上輸入真空壓力設(shè)定值。各級真空泵壓力控制模式啟動順序如圖6所示。

圖6各級真空泵壓力控制模式啟動順序

各泵的啟動，實(shí)際就是控制對應(yīng)的蒸汽和冷凝水閥，其動作順序?yàn)椋赫婵仗幚黹_始—>真空閥打開，主蒸汽閥打開，蒸汽放散閥關(guān)閉，然后順序執(zhí)行以下8步：

第1步：5a,5b噴射泵啟動（蒸汽閥07H026、07H027、07H005、07H006打開，CCW水閥07H035、07H036打開）；

第2步：當(dāng)真空壓力<300mbar(30KPa)時，4a、4b噴射泵啟動（蒸汽閥07H024、07H025、07H004打開,CCW水閥07H033、07H034打開）；

第3步：當(dāng)真空壓力<60mbar(6KPa)時，B3泵啟動（蒸汽閥07H025、07H004、07H027、07H006關(guān)閉，07H023打開，CCW水閥07H036、07H033關(guān)閉、07H031、07H032打開）；

第4步：當(dāng)真空壓力<6mbar(0.6KPa)時，B2泵啟動（蒸汽閥07H022打開、07H021打開）；

第5步：處理結(jié)束時，首先真空閥關(guān)閉，當(dāng)真空閥已經(jīng)關(guān)閉時，真空室開始破空；真空泵系統(tǒng)B1泵停止（蒸汽閥07H021關(guān)閉）；

第6步：B2泵停止（蒸汽閥07H022關(guān)閉）；

第7步：4a噴射泵停止（蒸汽閥07H024關(guān)閉）；

第8步：5a噴射泵停止（蒸汽閥07H026、07H005關(guān)閉，CCW水閥07H031關(guān)閉）；

當(dāng)所有蒸汽閥關(guān)閉后，主蒸汽閥07H020關(guān)閉，放散閥07H028打開；真空泵破空閥07H003打開進(jìn)行破空，當(dāng)真空泵壓力>850mbar(85KPa)時破空閥關(guān)閉。

此時整個真空處理過程結(jié)束。

預(yù)抽真空模式

為了減少處理時間，可以進(jìn)行預(yù)抽真空。預(yù)抽真空開始，真空泵4a運(yùn)行，其它各泵不會運(yùn)行。當(dāng)真空泵處理結(jié)束時，真空泵系統(tǒng)不進(jìn)行破空，當(dāng)真空主閥關(guān)閉時，真空泵系統(tǒng)僅維持4a泵運(yùn)行。

處理結(jié)束時操作員按下操作站上的“處理停止”按鈕，真空處理結(jié)束。如果真空壓力>65mbar，用N2破空；果真空壓力<65mbar，用空氣破空（以免破空時CO在真空室內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)）。所有蒸汽閥、冷凝器冷卻水閥按相反順序關(guān)閉。

計(jì)算機(jī)方式（LEVEL2）：

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)來鋼數(shù)據(jù)，選定處理曲線，計(jì)算處理時間等，下送到一級控制系統(tǒng)，PLC得到指令后，真空處理自動開始和結(jié)束：真空閥自動打開和關(guān)閉，各級真空泵、各個CCW控制閥按順序自動打開和關(guān)閉。在自動方式和計(jì)算機(jī)方式下，真空壓力控制過程：打開切斷閥，根據(jù)檢測的真空壓力由流量調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)返回的空氣量，從而達(dá)到控制真空壓力。

3.3密封水池及排水泵控制

為了將冷凝器冷卻水及時返回水處理站，密封水池設(shè)有三臺排水泵。

排水泵的操作方式分遠(yuǎn)程自動方式、遠(yuǎn)程手動方式和現(xiàn)場手動方式；遠(yuǎn)程自動和遠(yuǎn)程手動操作方式均帶必要的聯(lián)鎖。

現(xiàn)場手動方式：由操作工在現(xiàn)場操作手動啟停排水泵。

遠(yuǎn)程手動方式：由操作工在操作站上手動啟停排水泵。三臺排水泵由操作員選定工作順序。

遠(yuǎn)程自動方式：由PLC系統(tǒng)根據(jù)密封水池水位的高低自動啟停三臺排水泵。密封水池水位用雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行測量，當(dāng)水位>3300mm時啟動第1臺預(yù)設(shè)工作泵，當(dāng)水位>3500mm時啟動第2臺預(yù)設(shè)工作泵,當(dāng)水位>3700mm時啟動第3臺預(yù)設(shè)工作泵；隨著水位的下降，當(dāng)水位<2700mm時停第1臺預(yù)設(shè)工作泵，當(dāng)水位<2500mm時停第2臺預(yù)設(shè)工作泵，當(dāng)水位<2000mm時停第3臺預(yù)設(shè)工作泵。

3.4廢氣檢測裝置

處理過程中將產(chǎn)生大量廢氣，廢氣中含有CO和CO2，如果將廢氣直接排放到大氣中，會對環(huán)境造成污染。所以系統(tǒng)中有一臺專門的廢氣分析儀，測量廢氣中的CO和CO2含量，當(dāng)CO含量>10％時，啟動廢氣燃燒裝置，將CO燃燒后排放到大氣中。如果CO含量〈10％，則直接排放到大氣中。

4．結(jié)束語

攀鋼2#方坯RH真空裝置系統(tǒng)于2007年10月30日順利熱負(fù)荷試車成功。經(jīng)過三個月的試生產(chǎn)期，真空泵系統(tǒng)的所有控制功能達(dá)到設(shè)計(jì)能力，標(biāo)志攀鋼信息公司負(fù)責(zé)的攀鋼2#方坯RH真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試任務(wù)順利完成。

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