王 偉

（南鋼第一煉鋼廠，江蘇 南京 210000）

伴隨社會經(jīng)濟的持續(xù)、高速化發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的持續(xù)推新與完善，許多新技術(shù)、新理念被應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，而冶煉行業(yè)便為其一；為了能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)工作的高質(zhì)量推進(jìn)，需要對其各個環(huán)節(jié)、各系統(tǒng)進(jìn)行合理化設(shè)計，提高其技術(shù)水平，使之變得更為高效、安全與智能[1]。

傳統(tǒng)RH 精煉爐一般采用4 級或5 級蒸氣噴射泵來達(dá)到抽真空的目的，而蒸氣泵－水環(huán)泵組合的形式可以在實際運用中大大減少水蒸汽的消耗量，產(chǎn)生節(jié)能的效果。本文討論對蒸汽泵－水環(huán)泵系統(tǒng)改造中電氣設(shè)計所遇到的問題，提出一種電氣系統(tǒng)改造方案，并將其應(yīng)用于鞍鋼煉鋼總廠RH爐水環(huán)系統(tǒng)改造中[2]。RH 精煉爐作為冶煉生產(chǎn)中不可或缺的重要組成部分，做好其配套的水環(huán)泵電控系統(tǒng)設(shè)計工作，對于提升RH 精煉爐效能，有著積極意義。常規(guī)RH 精煉爐為了達(dá)到抽真空的目的，通常會選用4～5 級的蒸氣噴射泵，但在現(xiàn)實應(yīng)用過程中，蒸氣泵-水環(huán)泵組合形式能夠?qū)崿F(xiàn)水蒸氣消耗量的大幅減少，最終實現(xiàn)節(jié)能的目的[3]。本文以蒸氣泵-水環(huán)泵系統(tǒng)為研究對象，在對其改造時，圍繞所遇到的電氣設(shè)計問題，制定了一種詳細(xì)且新穎的電氣系統(tǒng)改造方案，且將其運用在RH 爐水環(huán)系統(tǒng)改造當(dāng)中，現(xiàn)就此探討如下。

1 電氣系統(tǒng)分析

電氣系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1 所示：

圖1 電氣系統(tǒng)構(gòu)成圖

從中可知，僅需經(jīng)以太網(wǎng)把原系統(tǒng)與水環(huán)泵系統(tǒng)連接在一起，使其能夠彼此通信，便能夠?qū)⑺h(huán)系統(tǒng)融合到整個系統(tǒng)體系當(dāng)中，且根據(jù)現(xiàn)實需要，將HMI 當(dāng)中的操作適當(dāng)增加，便能夠在一臺工控機上對全部設(shè)備進(jìn)行操作。針對水環(huán)泵系統(tǒng)PLC 來講，其所采用的是美國西門子公司所生產(chǎn)的315-2DP/PN 設(shè)備，并且還集成以太網(wǎng)口，因此能夠較好的滿足現(xiàn)實需要[4]。需指出的是，由于水環(huán)泵的耗電量非常大，因此，可選用750 系列變頻器（美國AB 公司）對水環(huán)泵電機進(jìn)行控制，變頻器可經(jīng)DP 總線，實現(xiàn)與PLC 之間的實時通信，且在HMI 上，還能夠設(shè)定速度，操作人員依據(jù)抽氣量的多少來展開調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)節(jié)能的效果與目的。本設(shè)計一共采用3 臺水環(huán)泵，其中，兩臺處于實際運轉(zhuǎn)狀態(tài)，而另外一臺備用，即兩用一備狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠以一種自動方式切換備用，以此保證生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行[5]。

需要指出的是，在設(shè)計RH 精煉爐電氣系統(tǒng)時，需要解決多方面的問題，比如柔性操作、合理布置及節(jié)能高效等。

（1）操作控制柔性問題。在品種開發(fā)中，RH 精煉爐發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，真空系統(tǒng)需伴隨工藝的各種操作參數(shù)的變化而隨之而改變，這樣才有助于鋼水在具體的精煉效率上的大幅提升，而這從某種程度上對真空系統(tǒng)操作控制柔性提出了更多且更加嚴(yán)格的要求。需要強調(diào)的是，模塊化、大型化設(shè)計對RH 精煉爐水環(huán)泵電控系統(tǒng)操作控制柔性造成了較大影響；而對于小型泵而言，其有著比較好的操作控制柔性，但是也有不足指出，比如泄漏點、故障點會增多，而且控制閥門、真空泵的數(shù)量也會相應(yīng)增多。

（2）真空泵布置泵房有著比較大的占地面積。針對已經(jīng)構(gòu)建的RH 精煉爐水環(huán)泵電控系統(tǒng)來分析，其不管采用的是哪種結(jié)構(gòu)型式，基于穩(wěn)定性層面來考量，把排氣量大且重量重、體積大的真空泵設(shè)置于地面，會有比較大的占地，受此影響，勢必會造成聯(lián)接管道相應(yīng)拐彎情況的增多，此外，無效抽真空體積也會隨之而增多，最終會增加運行成本。對于此些問題，在設(shè)計RH 精煉爐水環(huán)泵電控系統(tǒng)時，都需要考慮在內(nèi)，以此來提升系統(tǒng)的運作質(zhì)量與效能，更好的服務(wù)于各項生產(chǎn)工作。同時，因為水環(huán)泵為很大耗電設(shè)備，所以水環(huán)泵電機均采用美國AB 公司750 系列變頻器控制，變頻器通過DP 總線與PLC 通信，并且在HMI 上可以進(jìn)行速度設(shè)定，操作人員可以根據(jù)抽氣量的多少進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能目的。本設(shè)計采用了三臺水環(huán)泵，為兩用一備狀態(tài)，系統(tǒng)可自動在故障時進(jìn)行備用切換，保證了正常的生產(chǎn)節(jié)奏。

2 RH精煉爐工藝流程分析

（1）LF 精煉爐出鋼以及真空室準(zhǔn)備。將真空系統(tǒng)工作所需全部準(zhǔn)備工作做好，鋼包（裝有待處理鋼水）自轉(zhuǎn)爐向外運送。

（2）鋼包到位。利用吊車把鋼包吊起，然后放在鋼包車中，通過對鋼包車的移動進(jìn)行操作，把鋼包運送至處理位，隨后對鋼包實施真空處理。

（3）提升鋼包車。當(dāng)鋼包車被送至指定的真空處理位置后，即刻測定鋼水當(dāng)中氧氣含量及溫度，且取出適量樣品，對其鋼渣厚度進(jìn)行檢測，并將真空系統(tǒng)啟動，實施預(yù)抽真空。當(dāng)完成各項基本工作后，便可提升鋼包。

（4）抽真空，進(jìn)行真空脫氧、真空脫碳處理。開啟真空系統(tǒng)之后，增加氣體流量（起驅(qū)動作用），促使鋼液在氣泡泵原理的作用下，發(fā)生循環(huán)流動；而需要處理不同的鋼種，以及抽真空時會有一定的一氧化碳?xì)怏w量產(chǎn)生，因而真空壓力會持續(xù)下降，待一段時間后，真空壓力便會達(dá)到所需值。

（5）將鐵合金加入。依據(jù)真空壓力的大小，對真空室當(dāng)中含有鋼水量進(jìn)行判斷，如果鋼水足夠多，此時，通過適當(dāng)?shù)脑黾予F合金，便能達(dá)到調(diào)整鋼水當(dāng)中的化學(xué)元素成分與含量的目的。

（6）合金均勻化。經(jīng)RH 真空室處理鋼水，伴隨真空室內(nèi)鋼水在具體處理時間的不斷增加，室內(nèi)的脫氣反應(yīng)會隨之而不斷增強，且逐漸趨向平衡，最終便可完成對鋼水的脫氣處理。

（7）當(dāng)上述操作完成后，便需要實施喂絲等操作，如把處在處理位的鋼包車向保溫劑所對應(yīng)的添加位處轉(zhuǎn)移，然后經(jīng)人工或者計算機程序，對完成處理的鋼水情況進(jìn)行判斷，從中對喂絲長度予以明確；需要指出的是，喂絲長度容易受兩種因素的影響，其一為鋼水前期的處理親狂，其二是鋼水的種類。當(dāng)上述均完成后，RH 精煉爐完成運轉(zhuǎn)。同時，因為水環(huán)泵為很大耗電設(shè)備，所以水環(huán)泵電機均采用美國AB 公司750 系列變頻器控制，變頻器通過DP 總線與PLC 通信，并且在HMI 上可以進(jìn)行速度設(shè)定，操作人員可以根據(jù)抽氣量的多少進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能目的。本設(shè)計采用了三臺水環(huán)泵，為兩用一備狀態(tài)，系統(tǒng)可自動在故障時進(jìn)行備用切換，保證了正常的生產(chǎn)節(jié)奏。

3 程序設(shè)計與調(diào)試

針對水環(huán)系統(tǒng)所配套的這3 臺水環(huán)泵而言，其在現(xiàn)實應(yīng)用時，并非同時啟動，而是被分成備用泵、輔泵與主泵。在設(shè)計PLC 程序時，需要對這3 臺泵進(jìn)行合理化使用，即對其展開規(guī)范化組合（按照泵主、輔、備的關(guān)系），通常情況下，可從中獲得如下情況：泵2 主、泵 3 輔、泵1 備，泵1 主、泵2 輔、泵3 備等；在HMI 上，對于所選擇的水環(huán)泵而言，當(dāng)其投入實用后，需從中選擇一種組合方式，以此使水環(huán)泵系統(tǒng)始終處于運行狀態(tài)。需強調(diào)的是，在啟動主泵后，其始終伴隨真空系統(tǒng)而運行，直至其運行結(jié)束。對于輔泵來講，其在主泵啟動10 秒鐘后開始運行，如此一來，便能夠較大程度減輕對整個電網(wǎng)的沖擊，并且在關(guān)閉S3a后，輔泵也能夠隨之而關(guān)閉；在整個系統(tǒng)運行中，整個輔泵的運行時間在其中僅占5 分鐘。此外，還需強調(diào)的是，當(dāng)輔泵或者主泵處于運行狀態(tài)時，若受一些因素影響與干擾，出現(xiàn)運行失敗的情況，那么針對此時的程序來講，會以一種自動方式切換至備用泵，以此來保持系統(tǒng)正常運行。若發(fā)生輔泵、主泵同時運行失敗的狀況，此時，即便切換至備用泵，也認(rèn)為水環(huán)系統(tǒng)運行失敗，抽真空工作停止，并由檢修人員實施檢修。

在調(diào)試變頻器過程中，需說明的是，變頻器的速度自0Hz 增加到設(shè)定頻率時的加速時間，由于有著比較長的加速時間，因而會使整個抽真空時間增加；而當(dāng)有著過短的加速時間時，會對水環(huán)泵電機的使用壽命造成影響，且引起電網(wǎng)負(fù)荷增加。經(jīng)長時間調(diào)試之后，在啟動水環(huán)泵時，加速時間設(shè)為10 秒較適宜。此外，在S3a 將切換輔泵工作關(guān)閉時，需設(shè)置較短的輔泵加速時間，原因在于切換過程中，真空系統(tǒng)往往處在一種高真空狀態(tài)，經(jīng)系統(tǒng)化測試證實，5 秒增加到設(shè)定頻率更為合宜，在切換過程中，不會有真空度突然反彈的狀況發(fā)生。

4 實際性能分析

需指出的是，將水環(huán)泵增加到蒸氣噴射泵當(dāng)中的主要目的即為節(jié)能，實現(xiàn)成本的節(jié)約。本文自HMI 人機畫面趨勢圖所對應(yīng)的蒸氣流量比對中，能夠計算出如下數(shù)據(jù)。

（1）帶水環(huán)泵蒸氣用量以及耗電量。檢測1 次的時間為32min，蒸氣量為10.63t，電量為83.1kwh；檢測2 次的時間為30min，蒸氣量為10.25t，電量為75.4kwh，檢測3 次為：時間38min，蒸氣量13.1t，電量95kwh；檢測4 次：時間33min，蒸氣量11.3t，電量91.7kwh。

（2）不帶水環(huán)泵蒸氣用量。檢測1～4 次的時間分別為35、35、36、38min，蒸氣量：14.3、14.0、14.8、17.4t。從中得知，當(dāng)水環(huán)泵投入實用后，與未投入相比，每爐鋼能夠節(jié)約蒸氣3～4 噸，而水環(huán)泵用電量每爐鋼為80～90 千瓦時。依據(jù)每噸蒸氣216 元以及每度點0.6 元的價格來計算，每爐鋼能夠節(jié)約成本400～500 元，以大型鋼廠為例，如果每年工作300 天，那么針對年處理能力達(dá)到120 萬噸的RH 精煉爐而言，每年能夠節(jié)省許多開支。

5 結(jié)語

綜上所述，可得出以下結(jié)論：提出了一種 RH 真空精煉爐中水環(huán)泵系統(tǒng)的電控設(shè)計方案，應(yīng)用于鞍鋼 RH 精煉爐中，并且從調(diào)試中得出最佳電氣技術(shù)參數(shù)，保證了水環(huán)系統(tǒng)成功跟隨整個真空系統(tǒng)的運行。電控設(shè)計方案（RH 真空精煉爐中水環(huán)泵系統(tǒng)），運用在工廠的RH 精煉爐當(dāng)中，且從中進(jìn)行適當(dāng)調(diào)試，能夠得到更加全面、準(zhǔn)確且最佳的電氣技術(shù)參數(shù)，因而能夠為水環(huán)系統(tǒng)更好的伴隨整個真空系統(tǒng)運行提供切實保障。本文通過對水環(huán)系統(tǒng)的電耗、蒸氣用量進(jìn)行深入分析得知，水環(huán)泵系統(tǒng)不僅高效，而且還節(jié)能，因而能夠為改造大型RH 爐水環(huán)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確且詳細(xì)的電氣設(shè)計方案，為其高效、健康運作提供切實保障。