鋼水精煉真空槽待機預熱裝置及方法
2024-02-28 00:06:15
專利名稱：鋼水精煉真空槽待機預熱裝置及方法
技術領域：
本發明屬鋼水精煉技術領域，具體涉及一種鋼水真空精煉(RH)系統中對待機位真空槽進行預熱處理的裝置及方法。
背景技術：
RH鋼水真空精煉系統在生產時需要對待機位的真空槽進行升溫或保溫預熱處理，以保證真空槽在用於鋼水真空精煉處理時具有一定的溫度。以往待機位的真空槽一般採用電極或側燒嘴方式進預熱處理，但這種固定位置的預熱方式會使真空槽內部加熱溫度不均勻，真空槽的預熱處理效率低，效果差，並造成真空槽使用壽命短。從國外引進的同功能產品成本高，結構複雜，操作煩瑣，並且點火命中率低，安全性能不高。
發明內容
本發明的目的在於提出一種預熱處理效果好、點火命中率和可靠性高的鋼水精煉真空槽待機預熱裝置及方法。
本發明提出的鋼水精煉真空槽待機預熱裝置，其結構框圖如圖1所示。具體由預熱槍1、預熱槍運動控制機構2、點火裝置3、火焰檢測裝置4、真空槽5、真空槽溫度檢測裝置6、整體式燃燒控制閥站7、中間連接管道8、金屬軟管組件9和PLC自動控制系統10組成。整體式燃燒控制閥站7通過多根金屬軟管與可升降和旋轉的預熱槍1連接，現場設置1隻用於控制預熱槍升降、旋轉、吹掃和點火的現場操作箱11，整個裝置由PLC完成自動檢測和控制。其中，點火裝置3採用通常的點火槍XE，火焰檢測裝置4採用靈敏度高的光圈調節式火焰檢測器XT，預熱槍控制機構2由升降電動機EM、旋轉用電動缸CM和緊急提升馬達AM組成，預熱槍在正常狀態下採用電動升降機EM和電動旋轉缸CM(電動旋轉缸CM由旋轉編碼器LT調節)，在緊急情況下採用提升馬達AM；整體式燃燒室制閥站由多組閥門、管道、流量變送器、壓力變送器、極限開關等經連接組成，並分別對應連接儀表空氣管12，壓縮空氣管13，吹掃氮氣管14、燃氣管15、燃燒風機16、助燒氧氣管17，此外，還與用於循環冷卻的冷卻水進出管18和19連通。
在整體式燃燒控制閥站7中，連通儀表空氣管12的管道採用DN25，管路上設有壓力表PI、壓力開關PS和一系列氣動控制閥；連通壓縮空氣管13的管道採用DN25，管路上設有壓力表PI，壓力開關PS，並與緊急氣動馬達連接；連通吹掃空氣管14的管道採用DN20，管路上依次設有壓力表PI、壓力開關PS、電磁閥SV；連通燃氣管15的管道採用DN80，管道上依次設有壓力表PI、壓力開關PS、流量變送器FT、流量調節閥PCV、氣動切斷閥FV、壓力PI，另設有旁路包括一個氣動切斷閥FV和兩個控制閥；連通燃燒空氣管(風機)16的管道採用DN200，管路上依次設有壓力表PI、壓力開關PS、流量變送器FT、流量調節閥PCV、氣動切斷閥FV、壓力PI；連通冷卻水進水管18的管道採用DN80，管道上依次設有壓力表PI、壓力開關PS、溫度變送器TT、流量變送器FT、氣動切斷閥FV；連通冷卻水回水管19的管道採用DN80，管道上依次設有壓力表PI、溫度變送器TT、流量變送器FT；上述各種管道，包括儀表空氣管、壓縮空氣管、吹掃氮氣管、天然氣管、燃燒空氣管、助燃氧氣管、冷卻水進水管和回水管都通過中間連接管道分別與預熱槍槍體連通，在槍體上對應設置各種壓力開關PS。
本裝置主要能源介質及用途是用於氣動控制閥驅動的儀表空氣12，用於氣動馬達驅動和火焰檢測器吹掃的壓縮空氣13，用於燃氣管道吹掃的氮氣14，用於助燃的氧氣15，用於燃燒的空氣16，燃氣(可使用天然氣或焦爐煤氣)17，以及預熱槍冷卻水。
本裝置的操作使用方法是當需要進行升溫或保溫處理的真空槽5移動到待機預熱位置時，PLC控制系統在自動確認能源介質狀態正常、燃燒風機運行正常和傳動控制設備正常等啟動條件後，操作人員操作現場操作箱11通過控制機構2將預熱槍1旋轉到處理位置，並下降到真空槽5內。然後，操作人員在現場或中央操作室啟動點火前氮氣吹掃程序，在連續吹掃1-2分鐘後氮氣吹掃自動關閉；隨後1-2分鐘內在同一位置啟動點火程序；當啟動點火按鈕後，自動打開旁路點火燃氣，自動設定燃燒空氣點火流量，同時自動觸發高壓點火槍進行點火，如果在20秒內(可根據需要具體設定)火焰檢測器檢測到火焰信號，PLC控制系統可以進入升溫或保溫燃燒控制模式的程序，否則自動啟動氮氣吹掃程序；點火成功後，操作人員根據真空槽預熱要求在操作畫面上選擇升溫或保溫燃燒控制模式；當真空槽升溫或保溫處理過程中發生不能滿足連鎖安全條件時，或正常處理結束後，自動關閉燃燒程序，同時自動啟動氮氣吹掃程序；在升溫或保溫控制模式中，燃氣與燃燒空氣進行自動比率控制，當燃氣達到一定流量時，自動啟動助燃氧氣，同時進行自動比率控制。當預熱槍不能用電動方式正常上升時，可以啟動氣動馬達進行預熱槍緊急提升。
本發明的技術特點是預熱槍在正常狀態下採用電動升降和旋轉方式，在緊急情況下採用氣動馬達進行緊急提升方式，採用整體式燃燒控制閥站的方式，火焰檢測採用靈敏度高的光圈調節方式，採用燃氣旁路點火方式；採用預熱槍冷卻水複合檢測和連鎖控制方式，採用點火、燃燒和吹掃循環結構的安全燃燒控制方式，採用真空槽升溫或保溫燃燒控制模式等。
本裝置具有結構簡單，操作簡便，安全可靠，點火命中率達到100％，對真空槽的升溫和保溫預熱處理效率高，效果好，能夠完全滿足RH鋼水精煉生產對真空槽預熱處理的要求。
圖1為本發明裝置結構框圖。
圖2是150噸RH鋼水精煉真空槽待機預熱裝置工藝流程圖，是一種採用天然氣作為燃氣進行真空槽預熱處理的典型工藝方案圖示。
圖3是300噸RH鋼水精煉真空槽待機預熱裝置工藝流程圖，是一種採用焦爐煤氣作為燃氣進行真空槽預熱處理的典型工藝方案圖示。
圖中標號1為預熱槍，2為控制機構，3為點火裝置，4為火焰檢測器，5為真空槽，6為真空槽溫度檢測裝置，7為整體式燃燒控制閥站，8為中間連接管道，9為金屬軟管組件，10為PLC自動控制系統，11為現場操作箱，12為儀表空氣管，13為壓縮空氣管，14為吹掃氮氣管，15為燃氣管，16為燃燒空氣管(風機)，17為助燃氧氣管，18為冷卻水進水管，19為冷卻水回水管。PI-壓力表，PS-壓力開關，PT-壓力變送器，TE-高溫熱電偶，TT-溫度變送器，FT-流量變送器，FCV-流量調節閥，PCV-壓力調節閥，FV-氣動切斷閥，SV-電磁閥，LS-極限開關，LT-旋轉編碼器，XT-火焰檢測器，XE-點火槍，FM-燃燒風機，EM-升降電動機，CM-旋轉用電動缸，AM-緊急提升氣動馬達，LP-現場操作箱。
具體實施例方式
下面是本發明二種典型工藝方案。
第一種是採用天然氣作為燃氣的150噸RH鋼水精煉真空槽待機預熱裝置，如附圖2所示，其主要工藝設計數據如下真空槽5預熱升溫速度為50℃/小時，最高加熱溫度為1200℃；預熱槍1最大升降行程10米；天然氣最大流量為400Nm3/h，工作壓力為10kPa，閥站主燃氣配管和預熱槍燃氣配管均為DN80；旁路點火天然氣流量為20Nm3/h，旁路配管為DN20；燃燒空氣最大流量為2000Nm3/h，工作壓力為6.0kPa，閥站燃燒空氣配管為DN200，預熱槍燃燒空氣配管為DN150。助燃氧氣最大流為量500Nm3/h，一次接口壓力為1.0MPa，二次工作壓力為30kPa，閥站一次氧氣配管為DN50、二次氧氣配管為DN80，預熱槍氧氣配管為DN65；預熱槍冷卻水最大流量為50m3/h，進口壓力為0.6MPa、溫度為30℃，出口壓力為0.3MPa、溫度為60℃，閥站和預熱槍冷卻水配管均為DN80；吹掃氮氣最大流量為30Nm3/h，壓力為0.5MPa，配管為DN20；儀表空氣平均消耗量為5Nm3/h，壓力為0.5MPa，主配管為DN25，分配管為DN15；壓縮空氣瞬時最大消耗量為40Nm3/h，壓力為0.5MPa，主配管為DN25。
天然氣流量(FNGAS)、燃燒空氣(FAIR)和助燃氧氣(FO2)的流量關係當FNGAS≤200Nm3/h時，FO2＝0，FAIR＝10×FNGAS當FNGAS＞200Nm3/h時，FAIR＝2000Nm3/h，FO2＝2×(FNGAS-200Nm3/h)。
第二種是採用焦爐煤氣作為燃氣的300噸RH鋼水精煉真空槽待機預熱裝置，如附圖3所示，其主要工藝設計數據如下真空槽預熱升溫速度為50℃/小時，最高加熱溫度為1200℃；預熱槍最大升降行程10米；焦爐煤氣最大流量為800Nm3/h，工作壓力為10kPa，閥站主燃氣配管和預熱槍燃氣配管均為DN100；旁路點火燃氣流量為40Nm3/h，旁路配管為DN25；燃燒空氣最大流量為2000Nm3/h，工作壓力為6.0kPa，閥站燃燒空氣配管為DN200，預熱槍燃燒空氣配管為DN150。助燃氧氣最大流為量600Nm3/h，一次接口壓力為1.0MPa，二次工作壓力為30kPa，閥站一次氧氣配管為DN50、二次氧氣配管為DN80，預熱槍氧氣配管為DN65；預熱槍冷卻水最大流量為50m3/h，進口壓力為0.6MPa、溫度為30℃，出口壓力為0.3MPa、溫度為60℃，閥站和預熱槍冷卻水配管均為DN80；吹掃氮氣最大流量為30Nm3/h，壓力為0.5MPa，配管為DN20；儀表空氣平均消耗量為5Nm3/h，壓力為0.5MPa，主配管為DN25，分配管為DN15；壓縮空氣瞬時最大消耗量為40Nm3/h，壓力為0.5MPa，主配管為DN25。
焦爐煤氣流量(FCOG)、燃燒空氣(FAIR)和助燃氧氣(FO2)的流量關係當FCOG≤300Nm3/h時，FO2＝0，FAIR＝6×FCOG當FCOG＞300Nm3/h時，FAIR＝1800Nm3/h，FO2＝FCOG-300Nm3/h。
權利要求
1.一種鋼水精煉真空槽待機預熱裝置，其特徵在於由預熱槍(1)、預熱槍運動控制機構(2)、點火裝置(3)、火焰檢測裝置(4)、真空槽(5)、真空槽溫度檢測裝置(6)、整體式燃燒控制閥站(7)、中間連接管道(8)和金屬軟管組件(9)、PLC自動控制系統(10)組成，整體式燃燒控制閥站(7)通過多根金屬軟管組件(9)與可升降和旋轉的預熱槍(1)連接，現場設置1隻用於控制預熱槍升降、旋轉、吹掃和點火的現場操作箱(11)，整個裝置由PLC自動控制系統(10)完成自動檢測和控制，其中預熱槍(1)在正常狀態下採用電動升降和旋轉方式，在緊急情況下，採用氣動馬達緊急提升的方式，火焰檢測採用靈敏度高的光圈調節方式，燃氣點火採用旁路點火方式，預熱槍冷卻水採用複合檢測和連鎖控制方式，採用點火、燃燒和吹掃循環結構的安全燃燒控制方式，採用真空槽升溫或保溫燃燒控制模式。
2.根據權利要求1所述的鋼水精煉真空槽待機預熱裝置，其特徵在於點火裝置(3)採用通常的點火槍XE，火焰檢測裝置(4)採用靈敏度高的光圈調節式火焰檢測器XT，預熱槍控制機構(2)由升降電動機EM，旋轉用電動缸CM和緊急提升馬達AM組成，預熱槍在正常狀態下採用電動升降機EM和電動旋轉缸CM，在緊急情況下採用提升馬達AM；整體式燃燒室制閥站由多組閥門、管道、流量變送器、壓力變送器、極限開關等經連接組成，並分別對應連接儀表空氣管((12))，壓縮空氣管(13)，吹掃氮氣管(14)、燃氣管(15)、燃燒風機(16)、助燒氧氣管(17)，此外，還與用於循環冷卻的冷卻水進出管(18)和(19)連通。
3.根據權利要求1所述的鋼水精煉真空槽待機預熱裝置，其特徵在於在整體式燃燒控制閥站(7)中，連通儀表空氣管(12)的管路上依次設有壓力表PI、壓力開關PS和一系列氣動控制閥；連通壓縮空氣管(13)的管路上設有壓力表PI、壓力開關PS，並與緊急氣動馬達連接；連通吹掃空氣管(14)的管路上依次設有壓力表PI、壓力開關PS、電磁閥SV；連通燃氣管(15)的管道上依次設有壓力表PI、壓力開關PS、流量變送器FT、流量調節閥PCV、氣動切斷閥FV、壓力PI，另設有旁路包括一個氣動切斷閥FV和兩個控制閥；連通燃燒空氣管的管路上依次設有壓力表PI、壓力開關PS、流量變送器FT、流量調節閥PCV、氣動切斷閥FV、壓力PI；連通冷卻水進水管(18)的管道上依次設有壓力表PI、壓力開關PS、溫度變送器TT、流量變送器FT、氣動切斷閥FV；連通冷卻水回水管(19)的管道上依次設有壓力表PI、溫度變送器TT、流量變送器FT；上述各種管道，包括儀表空氣管、壓縮空氣管、吹掃氮氣管、天然氣管、燃燒空氣管、助燃氧氣管、冷卻水進水管和回水管都通過中間連接管道分別與預熱槍槍體連通，在槍體上對應設置各種壓力開關PS。
4.根據權利要求1所述裝置的使用方法，其特徵在於具體步驟如下當需要進行升溫或保溫處理的真空槽(5)移動到待機預熱位置時，PLC控制系統(10)在自動確認能源介質狀態正常、燃燒風機運行正常和傳動控制設備正常等啟動條件後，操作人員操作現場操作箱(11)通過控制裝置(2)將預熱槍(1)旋轉到處理位置，並下降到真空槽(5)內一定位置此後，操作人員在現場或中央操作室啟動點火前氮氣吹掃程序，在連續吹掃1-2分鐘後氮氣吹掃自動關閉，隨後1-2分鐘內可在同一位置啟動點火程序，否則需要重新進行吹掃；當啟動點火按鈕後，自動打開旁路點火燃氣，自動設定燃燒空氣點火流量，同時自動觸發高壓點火槍進行點火；如果在20秒內火焰檢測器檢測到火焰信號，PLC控制系統(10)進入升溫或保溫燃燒控制模式的程序，否則自動啟動氮氣吹掃程序；點火成功後，操作人員根據真空槽(5)預熱要求在操作畫面上選擇升溫或保溫燃燒控制模式，當真空槽(5)升溫或保溫處理過程中發生不能滿足連鎖安全條件時，或正常處理結束後，自動關閉燃燒程序，同時自動啟動氮氣吹掃程；在升溫或保溫控制模式中，燃氣與燃燒空氣進行自動比率控制，當燃氣達到一定流量時，自動啟動助燃氧氣，同時進行自動比率控制；當預熱槍不能用電動方式正常上升時，可以啟動氣動馬達進行預熱槍緊急提升。
全文摘要
本發明屬鋼水精煉技術領域，具體為一種RH鋼水精煉真空槽待機預熱方法及裝置，主要由預熱槍槍體，預熱槍升降、旋轉和緊急提升機構，點火裝置和火焰檢測裝置，整體式燃燒控制閥站，管道和金屬軟管組件和PLC自動控制系統組成，整體式燃燒控制閥站通過多根金屬軟管與可升降和旋轉的預熱槍連接，現場設置1隻用於預熱槍升降、旋轉、吹掃和點火的現場操作箱，整個裝置由PLC完成自動檢測和控制。本裝置具有結構簡單，操作簡便，安全可靠，點火命中率達到100％，對真空槽的升溫和保溫預熱處理效率高，效果好，能夠完全滿足RH鋼水精煉生產對真空槽預熱處理的要求。
文檔編號C21C7/10GK1900327SQ20061002720
公開日2007年1月24日 申請日期2006年6月1日 優先權日2006年6月1日
發明者吳傑, 吳堅華 申請人:上海寶鋼工程技術有限公司