RH 精煉爐水環泵電控系統設計及應用探討

王 偉

（南鋼第一煉鋼廠，江蘇 南京 210000）

伴隨社會經濟的持續、高速化發展，科學技術的持續推新與完善，許多新技術、新理念被應用在各個領域中，而冶煉行業便為其一；為了能夠實現相關工作的高質量推進，需要對其各個環節、各系統進行合理化設計，提高其技術水平，使之變得更為高效、安全與智能[1]。

傳統RH 精煉爐一般采用4 級或5 級蒸氣噴射泵來達到抽真空的目的，而蒸氣泵－水環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，產生節能的效果。本文討論對蒸汽泵－水環泵系統改造中電氣設計所遇到的問題，提出一種電氣系統改造方案，并將其應用于鞍鋼煉鋼總廠RH爐水環系統改造中[2]。RH 精煉爐作為冶煉生產中不可或缺的重要組成部分，做好其配套的水環泵電控系統設計工作，對于提升RH 精煉爐效能，有著積極意義。常規RH 精煉爐為了達到抽真空的目的，通常會選用4～5 級的蒸氣噴射泵，但在現實應用過程中，蒸氣泵-水環泵組合形式能夠實現水蒸氣消耗量的大幅減少，最終實現節能的目的[3]。本文以蒸氣泵-水環泵系統為研究對象，在對其改造時，圍繞所遇到的電氣設計問題，制定了一種詳細且新穎的電氣系統改造方案，且將其運用在RH 爐水環系統改造當中，現就此探討如下。

1 電氣系統分析

電氣系統的基本構成如圖1 所示：

圖1 電氣系統構成圖

從中可知，僅需經以太網把原系統與水環泵系統連接在一起，使其能夠彼此通信，便能夠將水環系統融合到整個系統體系當中，且根據現實需要，將HMI 當中的操作適當增加，便能夠在一臺工控機上對全部設備進行操作。針對水環泵系統PLC 來講，其所采用的是美國西門子公司所生產的315-2DP/PN 設備，并且還集成以太網口，因此能夠較好的滿足現實需要[4]。需指出的是，由于水環泵的耗電量非常大，因此，可選用750 系列變頻器（美國AB 公司）對水環泵電機進行控制，變頻器可經DP 總線，實現與PLC 之間的實時通信，且在HMI 上，還能夠設定速度，操作人員依據抽氣量的多少來展開調節，最終實現節能的效果與目的。本設計一共采用3 臺水環泵，其中，兩臺處于實際運轉狀態，而另外一臺備用，即兩用一備狀態，當發生故障時，系統能夠以一種自動方式切換備用，以此保證生產的持續進行[5]。

需要指出的是，在設計RH 精煉爐電氣系統時，需要解決多方面的問題，比如柔性操作、合理布置及節能高效等。

（1）操作控制柔性問題。在品種開發中，RH 精煉爐發揮著關鍵性作用，真空系統需伴隨工藝的各種操作參數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操作控制柔性提出了更多且更加嚴格的要求。需要強調的是，模塊化、大型化設計對RH 精煉爐水環泵電控系統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、真空泵的數量也會相應增多。

（2）真空泵布置泵房有著比較大的占地面積。針對已經構建的RH 精煉爐水環泵電控系統來分析，其不管采用的是哪種結構型式，基于穩定性層面來考量，把排氣量大且重量重、體積大的真空泵設置于地面，會有比較大的占地，受此影響，勢必會造成聯接管道相應拐彎情況的增多，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，在設計RH 精煉爐水環泵電控系統時，都需要考慮在內，以此來提升系統的運作質量與效能，更好的服務于各項生產工作。同時，因為水環泵為很大耗電設備，所以水環泵電機均采用美國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 上可以進行速度設定，操作人員可以根據抽氣量的多少進行調節，從而達到節能目的。本設計采用了三臺水環泵，為兩用一備狀態，系統可自動在故障時進行備用切換，保證了正常的生產節奏。

2 RH精煉爐工藝流程分析

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

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

（4）抽真空，進行真空脫氧、真空脫碳處理。開啟真空系統之后，增加氣體流量（起驅動作用），促使鋼液在氣泡泵原理的作用下，發生循環流動；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氣體量產生，因而真空壓力會持續下降，待一段時間后，真空壓力便會達到所需值。

（5）將鐵合金加入。依據真空壓力的大小，對真空室當中含有鋼水量進行判斷，如果鋼水足夠多，此時，通過適當的增加鐵合金，便能達到調整鋼水當中的化學元素成分與含量的目的。

（6）合金均勻化。經RH 真空室處理鋼水，伴隨真空室內鋼水在具體處理時間的不斷增加，室內的脫氣反應會隨之而不斷增強，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的添加位處轉移，然后經人工或者計算機程序，對完成處理的鋼水情況進行判斷，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。當上述均完成后，RH 精煉爐完成運轉。同時，因為水環泵為很大耗電設備，所以水環泵電機均采用美國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 上可以進行速度設定，操作人員可以根據抽氣量的多少進行調節，從而達到節能目的。本設計采用了三臺水環泵，為兩用一備狀態，系統可自動在故障時進行備用切換，保證了正常的生產節奏。

3 程序設計與調試

針對水環系統所配套的這3 臺水環泵而言，其在現實應用時，并非同時啟動，而是被分成備用泵、輔泵與主泵。在設計PLC 程序時，需要對這3 臺泵進行合理化使用，即對其展開規范化組合（按照泵主、輔、備的關系），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，對于所選擇的水環泵而言，當其投入實用后，需從中選擇一種組合方式，以此使水環泵系統始終處于運行狀態。需強調的是，在啟動主泵后，其始終伴隨真空系統而運行，直至其運行結束。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的沖擊，并且在關閉S3a后，輔泵也能夠隨之而關閉；在整個系統運行中，整個輔泵的運行時間在其中僅占5 分鐘。此外，還需強調的是，當輔泵或者主泵處于運行狀態時，若受一些因素影響與干擾，出現運行失敗的情況，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，以此來保持系統正常運行。若發生輔泵、主泵同時運行失敗的狀況，此時，即便切換至備用泵，也認為水環系統運行失敗，抽真空工作停止，并由檢修人員實施檢修。

在調試變頻器過程中，需說明的是，變頻器的速度自0Hz 增加到設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；而當有著過短的加速時間時，會對水環泵電機的使用壽命造成影響，且引起電網負荷增加。經長時間調試之后，在啟動水環泵時，加速時間設為10 秒較適宜。此外，在S3a 將切換輔泵工作關閉時，需設置較短的輔泵加速時間，原因在于切換過程中，真空系統往往處在一種高真空狀態，經系統化測試證實，5 秒增加到設定頻率更為合宜，在切換過程中，不會有真空度突然反彈的狀況發生。

4 實際性能分析

需指出的是，將水環泵增加到蒸氣噴射泵當中的主要目的即為節能，實現成本的節約。本文自HMI 人機畫面趨勢圖所對應的蒸氣流量比對中，能夠計算出如下數據。

（1）帶水環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，當水環泵投入實用后，與未投入相比，每爐鋼能夠節約蒸氣3～4 噸，而水環泵用電量每爐鋼為80～90 千瓦時。依據每噸蒸氣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到120 萬噸的RH 精煉爐而言，每年能夠節省許多開支。

5 結語

綜上所述，可得出以下結論：提出了一種 RH 真空精煉爐中水環泵系統的電控設計方案，應用于鞍鋼 RH 精煉爐中，并且從調試中得出最佳電氣技術參數，保證了水環系統成功跟隨整個真空系統的運行。電控設計方案（RH 真空精煉爐中水環泵系統），運用在工廠的RH 精煉爐當中，且從中進行適當調試，能夠得到更加全面、準確且最佳的電氣技術參數，因而能夠為水環系統更好的伴隨整個真空系統運行提供切實保障。本文通過對水環系統的電耗、蒸氣用量進行深入分析得知，水環泵系統不僅高效，而且還節能，因而能夠為改造大型RH 爐水環系統提供準確且詳細的電氣設計方案，為其高效、健康運作提供切實保障。