RH 精炼炉水环泵电控系统设计及应用探讨

王 伟

（南钢第一炼钢厂，江苏 南京 210000）

伴随社会经济的持续、高速化发展，科学技术的持续推新与完善，许多新技术、新理念被应用在各个领域中，而冶炼行业便为其一；为了能够实现相关工作的高质量推进，需要对其各个环节、各系统进行合理化设计，提高其技术水平，使之变得更为高效、安全与智能[1]。

传统RH 精炼炉一般采用4 级或5 级蒸气喷射泵来达到抽真空的目的，而蒸气泵－水环泵组合的形式可以在实际运用中大大减少水蒸汽的消耗量，产生节能的效果。本文讨论对蒸汽泵－水环泵系统改造中电气设计所遇到的问题，提出一种电气系统改造方案，并将其应用于鞍钢炼钢总厂RH炉水环系统改造中[2]。RH 精炼炉作为冶炼生产中不可或缺的重要组成部分，做好其配套的水环泵电控系统设计工作，对于提升RH 精炼炉效能，有着积极意义。常规RH 精炼炉为了达到抽真空的目的，通常会选用4～5 级的蒸气喷射泵，但在现实应用过程中，蒸气泵-水环泵组合形式能够实现水蒸气消耗量的大幅减少，最终实现节能的目的[3]。本文以蒸气泵-水环泵系统为研究对象，在对其改造时，围绕所遇到的电气设计问题，制定了一种详细且新颖的电气系统改造方案，且将其运用在RH 炉水环系统改造当中，现就此探讨如下。

1 电气系统分析

电气系统的基本构成如图1 所示：

图1 电气系统构成图

从中可知，仅需经以太网把原系统与水环泵系统连接在一起，使其能够彼此通信，便能够将水环系统融合到整个系统体系当中，且根据现实需要，将HMI 当中的操作适当增加，便能够在一台工控机上对全部设备进行操作。针对水环泵系统PLC 来讲，其所采用的是美国西门子公司所生产的315-2DP/PN 设备，并且还集成以太网口，因此能够较好的满足现实需要[4]。需指出的是，由于水环泵的耗电量非常大，因此，可选用750 系列变频器（美国AB 公司）对水环泵电机进行控制，变频器可经DP 总线，实现与PLC 之间的实时通信，且在HMI 上，还能够设定速度，操作人员依据抽气量的多少来展开调节，最终实现节能的效果与目的。本设计一共采用3 台水环泵，其中，两台处于实际运转状态，而另外一台备用，即两用一备状态，当发生故障时，系统能够以一种自动方式切换备用，以此保证生产的持续进行[5]。

需要指出的是，在设计RH 精炼炉电气系统时，需要解决多方面的问题，比如柔性操作、合理布置及节能高效等。

（1）操作控制柔性问题。在品种开发中，RH 精炼炉发挥着关键性作用，真空系统需伴随工艺的各种操作参数的变化而随之而改变，这样才有助于钢水在具体的精炼效率上的大幅提升，而这从某种程度上对真空系统操作控制柔性提出了更多且更加严格的要求。需要强调的是，模块化、大型化设计对RH 精炼炉水环泵电控系统操作控制柔性造成了较大影响；而对于小型泵而言，其有着比较好的操作控制柔性，但是也有不足指出，比如泄漏点、故障点会增多，而且控制阀门、真空泵的数量也会相应增多。

（2）真空泵布置泵房有着比较大的占地面积。针对已经构建的RH 精炼炉水环泵电控系统来分析，其不管采用的是哪种结构型式，基于稳定性层面来考量，把排气量大且重量重、体积大的真空泵设置于地面，会有比较大的占地，受此影响，势必会造成联接管道相应拐弯情况的增多，此外，无效抽真空体积也会随之而增多，最终会增加运行成本。对于此些问题，在设计RH 精炼炉水环泵电控系统时，都需要考虑在内，以此来提升系统的运作质量与效能，更好的服务于各项生产工作。同时，因为水环泵为很大耗电设备，所以水环泵电机均采用美国AB 公司750 系列变频器控制，变频器通过DP 总线与PLC 通信，并且在HMI 上可以进行速度设定，操作人员可以根据抽气量的多少进行调节，从而达到节能目的。本设计采用了三台水环泵，为两用一备状态，系统可自动在故障时进行备用切换，保证了正常的生产节奏。

2 RH精炼炉工艺流程分析

（1）LF 精炼炉出钢以及真空室准备。将真空系统工作所需全部准备工作做好，钢包（装有待处理钢水）自转炉向外运送。

（2）钢包到位。利用吊车把钢包吊起，然后放在钢包车中，通过对钢包车的移动进行操作，把钢包运送至处理位，随后对钢包实施真空处理。

（3）提升钢包车。当钢包车被送至指定的真空处理位置后，即刻测定钢水当中氧气含量及温度，且取出适量样品，对其钢渣厚度进行检测，并将真空系统启动，实施预抽真空。当完成各项基本工作后，便可提升钢包。

（4）抽真空，进行真空脱氧、真空脱碳处理。开启真空系统之后，增加气体流量（起驱动作用），促使钢液在气泡泵原理的作用下，发生循环流动；而需要处理不同的钢种，以及抽真空时会有一定的一氧化碳气体量产生，因而真空压力会持续下降，待一段时间后，真空压力便会达到所需值。

（5）将铁合金加入。依据真空压力的大小，对真空室当中含有钢水量进行判断，如果钢水足够多，此时，通过适当的增加铁合金，便能达到调整钢水当中的化学元素成分与含量的目的。

（6）合金均匀化。经RH 真空室处理钢水，伴随真空室内钢水在具体处理时间的不断增加，室内的脱气反应会随之而不断增强，且逐渐趋向平衡，最终便可完成对钢水的脱气处理。

（7）当上述操作完成后，便需要实施喂丝等操作，如把处在处理位的钢包车向保温剂所对应的添加位处转移，然后经人工或者计算机程序，对完成处理的钢水情况进行判断，从中对喂丝长度予以明确；需要指出的是，喂丝长度容易受两种因素的影响，其一为钢水前期的处理亲狂，其二是钢水的种类。当上述均完成后，RH 精炼炉完成运转。同时，因为水环泵为很大耗电设备，所以水环泵电机均采用美国AB 公司750 系列变频器控制，变频器通过DP 总线与PLC 通信，并且在HMI 上可以进行速度设定，操作人员可以根据抽气量的多少进行调节，从而达到节能目的。本设计采用了三台水环泵，为两用一备状态，系统可自动在故障时进行备用切换，保证了正常的生产节奏。

3 程序设计与调试

针对水环系统所配套的这3 台水环泵而言，其在现实应用时，并非同时启动，而是被分成备用泵、辅泵与主泵。在设计PLC 程序时，需要对这3 台泵进行合理化使用，即对其展开规范化组合（按照泵主、辅、备的关系），通常情况下，可从中获得如下情况：泵2 主、泵 3 辅、泵1 备，泵1 主、泵2 辅、泵3 备等；在HMI 上，对于所选择的水环泵而言，当其投入实用后，需从中选择一种组合方式，以此使水环泵系统始终处于运行状态。需强调的是，在启动主泵后，其始终伴随真空系统而运行，直至其运行结束。对于辅泵来讲，其在主泵启动10 秒钟后开始运行，如此一来，便能够较大程度减轻对整个电网的冲击，并且在关闭S3a后，辅泵也能够随之而关闭；在整个系统运行中，整个辅泵的运行时间在其中仅占5 分钟。此外，还需强调的是，当辅泵或者主泵处于运行状态时，若受一些因素影响与干扰，出现运行失败的情况，那么针对此时的程序来讲，会以一种自动方式切换至备用泵，以此来保持系统正常运行。若发生辅泵、主泵同时运行失败的状况，此时，即便切换至备用泵，也认为水环系统运行失败，抽真空工作停止，并由检修人员实施检修。

在调试变频器过程中，需说明的是，变频器的速度自0Hz 增加到设定频率时的加速时间，由于有着比较长的加速时间，因而会使整个抽真空时间增加；而当有着过短的加速时间时，会对水环泵电机的使用寿命造成影响，且引起电网负荷增加。经长时间调试之后，在启动水环泵时，加速时间设为10 秒较适宜。此外，在S3a 将切换辅泵工作关闭时，需设置较短的辅泵加速时间，原因在于切换过程中，真空系统往往处在一种高真空状态，经系统化测试证实，5 秒增加到设定频率更为合宜，在切换过程中，不会有真空度突然反弹的状况发生。

4 实际性能分析

需指出的是，将水环泵增加到蒸气喷射泵当中的主要目的即为节能，实现成本的节约。本文自HMI 人机画面趋势图所对应的蒸气流量比对中，能够计算出如下数据。

（1）带水环泵蒸气用量以及耗电量。检测1 次的时间为32min，蒸气量为10.63t，电量为83.1kwh；检测2 次的时间为30min，蒸气量为10.25t，电量为75.4kwh，检测3 次为：时间38min，蒸气量13.1t，电量95kwh；检测4 次：时间33min，蒸气量11.3t，电量91.7kwh。

（2）不带水环泵蒸气用量。检测1～4 次的时间分别为35、35、36、38min，蒸气量：14.3、14.0、14.8、17.4t。从中得知，当水环泵投入实用后，与未投入相比，每炉钢能够节约蒸气3～4 吨，而水环泵用电量每炉钢为80～90 千瓦时。依据每吨蒸气216 元以及每度点0.6 元的价格来计算，每炉钢能够节约成本400～500 元，以大型钢厂为例，如果每年工作300 天，那么针对年处理能力达到120 万吨的RH 精炼炉而言，每年能够节省许多开支。

5 结语

综上所述，可得出以下结论：提出了一种 RH 真空精炼炉中水环泵系统的电控设计方案，应用于鞍钢 RH 精炼炉中，并且从调试中得出最佳电气技术参数，保证了水环系统成功跟随整个真空系统的运行。电控设计方案（RH 真空精炼炉中水环泵系统），运用在工厂的RH 精炼炉当中，且从中进行适当调试，能够得到更加全面、准确且最佳的电气技术参数，因而能够为水环系统更好的伴随整个真空系统运行提供切实保障。本文通过对水环系统的电耗、蒸气用量进行深入分析得知，水环泵系统不仅高效，而且还节能，因而能够为改造大型RH 炉水环系统提供准确且详细的电气设计方案，为其高效、健康运作提供切实保障。