羅茨油環(huán)機(jī)組在真空感應(yīng)爐上的應(yīng)用

2013-07-03 彭杰樓上海五鋼集團(tuán)公司特冶公司

　　真空感應(yīng)爐真空機(jī)組中的前級泵，歷來使用滑閥泵。但因原材料的灰份多，泵油很容易污染，致使泵卡死。在3000磅真空感應(yīng)爐上改用浙江真空設(shè)備集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的羅茨油環(huán)機(jī)組代替滑閥泵，取得了較好的效果。

1、前言

　　真空感應(yīng)爐中冶煉Ni基、Fe基高溫合金所要求的真空度一般在0.133Pa(10^-3 Torr) 的數(shù)量級。真空系統(tǒng)由三級組成：油噴射增壓泵—— 羅茨真空泵——機(jī)械真空泵。而作為前級泵所用的多數(shù)為滑閥式機(jī)械真空泵。這種型號的泵有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。

　　滑閥式真空泵屬油封泵。吸入口進(jìn)入的氣體經(jīng)泵內(nèi)轉(zhuǎn)子壓縮后，通過排氣閥片進(jìn)入油箱。在泵運(yùn)行時(shí)，油箱中的油通過電磁閥或小油泵潤滑泵的軸承及軸封。

　　滑閥泵的缺點(diǎn)是對大量的灰分污染比較敏感。而真空感應(yīng)爐爐料中的灰分比較多，在抽真空和冶煉過程中會揮發(fā)出來，少部分被爐壁吸附，大部分被排至滑閥泵的油箱里，使泵油污染。時(shí)間長了，泵油變成淤泥狀。由于泵體與轉(zhuǎn)子之間的間隙很小，機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)入泵腔內(nèi)凝集成小塊，使轉(zhuǎn)子被劃傷，形成貫通的環(huán)形槽，從而使滑閥泵極限真空度降低，嚴(yán)重時(shí)使轉(zhuǎn)子卡死，不能轉(zhuǎn)動。真空感應(yīng)爐冶煉工藝過程中，經(jīng)常要加入鋁鎂等合金元素，這些元素極容易揮發(fā)，更加使滑閥泵的使用周期大大縮短。有時(shí)候，剛剛換上去的泵使用幾小時(shí)就被卡死，不能轉(zhuǎn)動，致使?fàn)t子不能繼續(xù)運(yùn)行。不僅影響生產(chǎn)，同時(shí)增加了維修工作量和機(jī)械泵油、零部件的消耗，增加了運(yùn)行費(fèi)用。

　　它的另一缺點(diǎn)是對氣體中的水蒸汽很敏感，在初始抽真空階段，爐壁和爐料中吸附的水蒸氣被泵吸入，在壓縮室內(nèi)被壓縮。在相應(yīng)的溫度下(例如60℃) 水的飽和蒸汽壓為19918Pa( 149.4Torr) ，水蒸汽一旦達(dá)到上述壓強(qiáng)，則開始凝結(jié)為水，混入油中。使油的真空性能惡化，影響泵的極限壓力和抽氣速率。

　　鑒于此，為了解決長期困擾我廠3000 磅真空感應(yīng)爐機(jī)械泵容易損壞的問題，我們選用與滑閥泵同樣抽速的國產(chǎn)的羅茨油環(huán)機(jī)組，代替H150滑閥泵，取得了較好的效果。

2、羅茨油環(huán)機(jī)組的特點(diǎn)

　　羅茨油環(huán)機(jī)組是由油環(huán)泵和羅茨泵兩部分組成，其抽氣速率由所配的羅茨泵決定。羅茨泵不用油潤滑泵腔，不存在油質(zhì)劣化的問題：灰分也不會積聚在泵內(nèi)，對灰分的污染不像機(jī)械滑閥泵那樣敏感。油環(huán)泵的功能是作為羅茨泵的前級泵，油環(huán)泵設(shè)計(jì)有油氣分離器，換熱器，止回閥等裝置。氣體由羅茨泵吸入，經(jīng)油環(huán)泵第二次壓縮后進(jìn)入油氣分離冷卻箱內(nèi)，經(jīng)油氣分離，氣體被排至大氣：箱內(nèi)的油經(jīng)冷卻后回到泵內(nèi)。油環(huán)泵入口設(shè)有止回閥，防止停泵時(shí)，油返流至羅茨泵及真空系統(tǒng)。另外，油環(huán)泵設(shè)計(jì)有油箱，灰分和水蒸汽在油箱中被分離，沉淀，灰沉積在油箱的底部，可以很容易在線清洗，不影響生產(chǎn)運(yùn)行。

3、機(jī)組的選型和設(shè)計(jì)計(jì)算

　　我廠使用的真空系統(tǒng)如圖1所示，油增壓泵的前級泵是一臺抽速為1556L/s 的RA7001羅茨泵，羅茨泵前級泵是三臺H150機(jī)械泵, 每臺抽速為150L/s，其中一臺作維持泵。在高真空階段，三臺機(jī)械泵都可以被切換到羅茨泵的前級。由于真空感應(yīng)爐的極限真空和抽速是由三臺主泵(油噴射增壓泵)所決定的，因此在選配羅茨油環(huán)機(jī)組代替滑閥泵時(shí)，只要考慮所選的機(jī)組的抽速與原有的滑閥泵相同即可。

改造前的真空機(jī)組

　　1.熔煉室　2.錠模室　3.油噴射增壓泵　4.過濾器　5.RA7001 羅茨泵　6.機(jī)械滑閥泵

　　圖1　改造前的真空機(jī)組

　　成套的國產(chǎn)的JLY-403羅茨油環(huán)機(jī)組的抽速為300L/s，由ZJ-300羅茨泵和2YK6油環(huán)泵組成。因此只需要一套羅茨油環(huán)機(jī)組就可代替二臺機(jī)械滑閥泵。油環(huán)機(jī)組中所配的油環(huán)泵的抽速為100L/s，因此在預(yù)抽階段，抽氣時(shí)間必然會延長。為了彌補(bǔ)油環(huán)泵抽速較小所引起的時(shí)間的延長，必須盡快使機(jī)組中的羅茨泵啟動。這就要提高油環(huán)機(jī)組中羅茨泵的進(jìn)口壓強(qiáng)，這將使羅茨泵承受很大的壓差，因此必須設(shè)法提高ZJ-300羅茨泵的允許壓差。

　　用羅茨油環(huán)機(jī)組代替滑閥泵后的真空系統(tǒng)圖見圖2(選用二臺，一臺備用)。為了敘述和計(jì)算方便，我們稱原有的RA 7001羅茨泵為大羅茨泵，稱油環(huán)機(jī)組中的ZJ-300羅茨泵為小羅茨泵。

改造后的真空機(jī)組

1.熔煉室　2.錠模室　3.油噴射增壓泵　4.過濾器　5. RA7001羅茨泵　6.機(jī)械滑閥泵

圖2　改造后的真空機(jī)組

　　下面對小羅茨泵的選用作相應(yīng)的計(jì)算：如前所述，大羅茨泵的抽速為1550L/s，小羅茨泵的抽速為300L/s，大、小羅茨泵的配比為n1 =1556/300= 5.186，按原來使用的程序，大羅茨的啟動壓強(qiáng)為2133Pa(16 Torr)，則小羅茨的進(jìn)口壓強(qiáng)為2133×5.186=11062Pa(83Torr)，小羅茨與油環(huán)泵間的配比為n2=300/100=3，小羅茨泵的出口壓強(qiáng)將要達(dá)到：P=11062×= 33186(250 Torr)，小羅茨泵的壓差為：33186-11062 = 22124(166 Torr) ，顯然,ZJ300型羅茨泵是難以承受這么大的壓差的。

　　為了解決這一難題，經(jīng)與浙江真空設(shè)備集團(tuán)有限公司咨詢、協(xié)商，利用該公司產(chǎn)品ZJ600 型羅茨泵(抽速600L/s) 降半速使用，即把原來的2極電動機(jī)改為4極電動機(jī)(機(jī)座相同) , 獲得該公司的大力支持。

　　經(jīng)過改型的羅茨泵，降半速使用后抽速降低為300L/s，泵的允許壓差由原來的5332Pa( 40 Torr) 提高到9333Pa( 70 Torr ) ，短時(shí)間(3min內(nèi))允許壓差可提高到19950Pa( 150 Torr ) 。

　　另外，為了確保小羅茨泵長期穩(wěn)定使用，將原機(jī)組中的大羅茨泵的啟動壓強(qiáng)重新較準(zhǔn)為1600Pa( 12Torr)，則氣體經(jīng)大羅茨泵壓縮后，大羅茨泵的出口壓強(qiáng)，即小羅茨泵的進(jìn)口壓強(qiáng)為：1600×5.186= 8298Pa( 62 Torr )小羅茨泵進(jìn)出口壓差為：8298×( 3- 1) = 16596Pa( 124 Torr)通過以上計(jì)算，可以看出，將ZJ600型羅茨泵降半速使用，小羅茨泵所承受的壓差在允許的范圍之內(nèi)，完全可以滿足使用要求。改型后的羅茨泵型號為ZJ600D。

4、試驗(yàn)和運(yùn)行

　　在試驗(yàn)時(shí)，真空機(jī)組啟動壓強(qiáng)設(shè)定如下：大羅茨泵( RA 7001)：1600Pa( 12 Torr )小羅茨泵( ZJ600D)：9600Pa( 72 Torr )

　　運(yùn)行時(shí)，先啟動油環(huán)泵，打開相應(yīng)的閥門，對熔煉室抽真空。15min后，熔煉室真空度達(dá)到133.3Pa( 1 Torr) 時(shí)，油噴射增壓泵即可開始工作。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，又經(jīng)過整個(gè)爐齡的冶煉運(yùn)行，爐料中的灰分最后都被抽至油環(huán)泵的油箱內(nèi)，很容易清除。一般地，兩個(gè)爐齡清洗一次油環(huán)泵的油箱，就能夠解決問題。由于油環(huán)機(jī)組對所使用的油不敏感，可以將舊油經(jīng)沉淀后的重復(fù)使用，大大降低了運(yùn)行費(fèi)用。