摘要：本文介紹攀鋼2#方坯RH真空系統基礎自動化控制系統功能，重點介紹真空泵系統的功能和其相關系統控制功能。

關鍵詞：RH真空處理 真空泵 噴射泵

1.1引言

攀鋼為了改善產品結構、增強市場競爭能力和提高經濟效益，決定擴大連鑄比并逐步淘汰模鑄。在綜合考慮了轉爐煉鋼生產能力增長、現有1＃板坯連鑄機的生產能力，以及軋鋼系統對連鑄方坯需求的基礎上，新建1臺4流方坯連鑄機的配套的1臺RH精煉裝置，這臺連鑄機年產方坯130萬噸，供公司軌梁廠生產優質重軌和型鋼。

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

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：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，凈化鋼水。

●溫度調整：調整鋼水溫度，滿足連鑄生產。

●自然脫碳：較低鋼水中的碳，獲得優質鋼。

2.工藝設備簡介

RH真空精煉是將經過LF精煉爐處理過的鋼水用吊車吊至接收位，通過鋼包車運至處理位，通過液壓頂升系統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，從插入管的下降管回到鋼包內進行循環處理，同時真空泵系統開始抽真空，對鋼水進行真空脫氣，去除鋼水中的氣體雜質，使鋼水得到凈化，處理過程中還根據鋼水成分的不同，向鋼水中添加合金，對鋼水成分進行合金微調。在處理期間可以通過測溫取樣系統進行自動測溫取樣操作，或者手動測溫取樣。處理完畢，關閉真空閥，真空室和真空泵系統破空，鋼包連同鋼包車下降到處理位，鋼包移動到喂絲位進行喂絲和底吹氬。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。

該真空裝置系統為雙真空室快速更換下動式、5級噴射泵系統。真空處理過程中，真空室產生的高溫煙氣在真空系統抽力帶動下進入氣體冷卻器，經氣體冷卻器冷卻的同時除去煙氣中的粗顆粒粉塵，然后經真空管道及真空閥進入真空泵系統，真空泵系統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，以減輕后續真空泵的負荷，同時可對廢氣進行洗滌除塵。第四、第五級各為兩泵并聯主要是為了提高真空泵系統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：

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

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，一個在待機位置，一個處于預熱干燥狀態，一個處于維修狀態。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。真空室設備布置示意圖如圖2所示。

圖2、真空室設備布置示意圖

2.2廢氣燒咀

從真空系統排出的廢氣，經廢氣排放管排出。在廢氣排放管上設有CO濃度檢測儀，當CO濃度高時，廢氣將自動點火燃燒，以保證安全和滿足國家廢氣排放標準。

真空泵裝置主要技術參數：

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煙氣，同時除去廢氣中的粗顆粒粉塵；在氣體冷卻器出口設有廢氣溫度檢測。在真空處理結束時，破空閥打開，經過管道向氣體冷卻器充入N2或空氣，對真空室進行破空；為了防止真空室內壓力突然升高，設有防爆閥門；為了檢測真空度，設置有真空壓力檢測裝置。另外在真空室進行大氣加熱時，對氣體冷卻器充入N2，防止熱氣進入氣體冷卻器。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接通或斷開，以便處理結束時對真空室系統進行破空和處理開始前對真空泵系統進行預抽真空。真空閥采用蝶閥型式，自帶液壓驅動裝置。

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、真空泵系統破空支管。

2.6真空泵系統

根據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、五級并聯噴射泵（S4a，S4b，S5a，S5b），每級并聯的兩泵，可單獨開啟，也可并行運行。其中S4b，S5b，S5a入口處設有止回閥，防止廢氣倒流。第四、五級并聯噴射泵抽氣量大，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，以減輕后續真空泵的負荷，增加下級噴射泵的抽氣能力。同時可對廢氣進行洗滌除塵。冷凝器冷卻后的冷凝水積聚在密封水池內，通過三臺排水泵將冷凝器冷卻水送回水處理站。真空泵裝置設備示意圖如圖3所示。

3.控制系統構成及功能

RH真空處理控制系統包括基礎自動化控制系統（一級）和過程計算機控制系統（二級）。一級系統負責所有現場設備的控制和監視，二級系統負責數學模型和有關報表的處理。一級系統包括2臺操作員站、1臺工程師站、1臺編程器、1臺S7-400PLC（1個中央機架帶2個擴展機架）、6個ET200M遠程I/O站、2個OSM交換機，系統通過以太網和DP網連接。RH真空精煉爐有一套合金加料系統，同時RH真空控制系統還與方坯控制系統相連，為今后的L3生產管理系統和ERP系統做好了硬件準備。RH真空控制系統的網絡配置如圖4所示。

圖4真空控制系統配置圖

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

真空系統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）流量采用閉環控制，流量設定值由操作員輸入。

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節器完成。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定流量調節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，系統將切換到N2。在處理階段，若Ar工礦滿足要求，系統將切換到Ar。氣流量的大小，系統根據其階段自動改變的設定值下送給PLC系統，由PLC系統自動完成其流量調節和氣體切換以及切斷閥的開閉。同時也可以根據其設定好的曲線進行流量設定控制。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，每個回路設有一個流量開關，以檢測吹氬小管是否堵塞。當檢測到三個支管有堵塞時，系統將進行報警提示。

計算機方式：其提升氣體的類型和其設定值由計算機根據處理鋼種選定流量曲線或流量值下送給PLC系統，其它操作同自動方式。

當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真空室所處的位置自動選擇N2或Ar。其閥的操作由PLC系統自動完成。

3.2真空泵的控制

真空系統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：

真空主閥關閉，僅啟動真空泵系統，完成真空泵系統的檢漏或性能測試工作屬于非生產模式。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，所有動作元件均可手動啟停，與真空壓力無關。

自動方式：5級真空泵系統，按下列模式運行，所有的控制閥自動開閉。當真空壓力達到某一真空壓力時，下級真空

泵系統自行啟動，沒有任何壓力調節。各泵的啟動時間僅與設備性能有關。但5級泵系統啟動完后，由操作人員確定是否停泵運行。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，真空泵系統運行，對真空室系統進行抽氣，將鋼水提升到真空室內進行循環真空處理。

操作控制方式為：計算機方式（Level2）、自動方式和手動方式；各種操作方式均帶必要的聯鎖。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，真空調節閥控制真空壓力，使真空壓力保持在預先設定的壓力值。

手動模式

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

自動模式

從操作站上按下“處理開始”按鈕，真空泵系統自動開始。所有冷凝器冷卻水閥和蒸汽閥按正確順序，根據實際真空壓力自動打開或關閉。自動模式下包括所有聯鎖條件。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備抽氣性能有關。

壓力控制模式，各級的真空泵啟動需根據其壓力控制曲線（曲線1～9）時間設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，實際就是控制對應的蒸汽和冷凝水閥，其動作順序為：真空處理開始—>真空閥打開，主蒸汽閥打開，蒸汽放散閥關閉，然后順序執行以下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：當真空壓力<60mbar(6KPa)時，B3泵啟動（蒸汽閥07H025、07H004、07H027、07H006關閉，07H023打開，CCW水閥07H036、07H033關閉、07H031、07H032打開）；

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

第5步：處理結束時，首先真空閥關閉，當真空閥已經關閉時，真空室開始破空；真空泵系統B1泵停止（蒸汽閥07H021關閉）；

第6步：B2泵停止（蒸汽閥07H022關閉）；

第7步：4a噴射泵停止（蒸汽閥07H024關閉）；

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

當所有蒸汽閥關閉后，主蒸汽閥07H020關閉，放散閥07H028打開；真空泵破空閥07H003打開進行破空，當真空泵壓力>850mbar(85KPa)時破空閥關閉。

此時整個真空處理過程結束。

預抽真空模式

為了減少處理時間，可以進行預抽真空。預抽真空開始，真空泵4a運行，其它各泵不會運行。當真空泵處理結束時，真空泵系統不進行破空，當真空主閥關閉時，真空泵系統僅維持4a泵運行。

處理結束時操作員按下操作站上的“處理停止”按鈕，真空處理結束。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在真空室內發生化學反應）。所有蒸汽閥、冷凝器冷卻水閥按相反順序關閉。

計算機方式（LEVEL2）：

計算機系統根據來鋼數據，選定處理曲線，計算處理時間等，下送到一級控制系統，PLC得到指令后，真空處理自動開始和結束：真空閥自動打開和關閉，各級真空泵、各個CCW控制閥按順序自動打開和關閉。在自動方式和計算機方式下，真空壓力控制過程：打開切斷閥，根據檢測的真空壓力由流量調節閥自動調節返回的空氣量，從而達到控制真空壓力。

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，密封水池設有三臺排水泵。

排水泵的操作方式分遠程自動方式、遠程手動方式和現場手動方式；遠程自動和遠程手動操作方式均帶必要的聯鎖。

現場手動方式：由操作工在現場操作手動啟停排水泵。

遠程手動方式：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。

遠程自動方式：由PLC系統根據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液位計進行測量，當水位>3300mm時啟動第1臺預設工作泵，當水位>3500mm時啟動第2臺預設工作泵,當水位>3700mm時啟動第3臺預設工作泵；隨著水位的下降，當水位<2700mm時停第1臺預設工作泵，當水位<2500mm時停第2臺預設工作泵，當水位<2000mm時停第3臺預設工作泵。

3.4廢氣檢測裝置

處理過程中將產生大量廢氣，廢氣中含有CO和CO2，如果將廢氣直接排放到大氣中，會對環境造成污染。所以系統中有一臺專門的廢氣分析儀，測量廢氣中的CO和CO2含量，當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．結束語

攀鋼2#方坯RH真空裝置系統于2007年10月30日順利熱負荷試車成功。經過三個月的試生產期，真空泵系統的所有控制功能達到設計能力，標志攀鋼信息公司負責的攀鋼2#方坯RH真空系統的設計、調試任務順利完成。

參考文獻

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