专利名称：钢水精炼真空槽待机预热装置及方法
技术领域：
本发明属钢水精炼技术领域，具体涉及一种钢水真空精炼(RH)系统中对待机位真空槽进行预热处理的装置及方法。
背景技术：
RH钢水真空精炼系统在生产时需要对待机位的真空槽进行升温或保温预热处理，以保证真空槽在用于钢水真空精炼处理时具有一定的温度。以往待机位的真空槽一般采用电极或侧烧嘴方式进预热处理，但这种固定位置的预热方式会使真空槽内部加热温度不均匀，真空槽的预热处理效率低，效果差，并造成真空槽使用寿命短。从国外引进的同功能产品成本高，结构复杂，操作烦琐，并且点火命中率低，安全性能不高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种预热处理效果好、点火命中率和可靠性高的钢水精炼真空槽待机预热装置及方法。
本发明提出的钢水精炼真空槽待机预热装置，其结构框图如图1所示。具体由预热枪1、预热枪运动控制机构2、点火装置3、火焰检测装置4、真空槽5、真空槽温度检测装置6、整体式燃烧控制阀站7、中间连接管道8、金属软管组件9和PLC自动控制系统10组成。整体式燃烧控制阀站7通过多根金属软管与可升降和旋转的预热枪1连接，现场设置1只用于控制预热枪升降、旋转、吹扫和点火的现场操作箱11，整个装置由PLC完成自动检测和控制。其中，点火装置3采用通常的点火枪XE，火焰检测装置4采用灵敏度高的光圈调节式火焰检测器XT，预热枪控制机构2由升降电动机EM、旋转用电动缸CM和紧急提升马达AM组成，预热枪在正常状态下采用电动升降机EM和电动旋转缸CM(电动旋转缸CM由旋转编码器LT调节)，在紧急情况下采用提升马达AM；整体式燃烧室制阀站由多组阀门、管道、流量变送器、压力变送器、极限开关等经连接组成，并分别对应连接仪表空气管12，压缩空气管13，吹扫氮气管14、燃气管15、燃烧风机16、助烧氧气管17，此外，还与用于循环冷却的冷却水进出管18和19连通。
在整体式燃烧控制阀站7中，连通仪表空气管12的管道采用DN25，管路上设有压力表PI、压力开关PS和一系列气动控制阀；连通压缩空气管13的管道采用DN25，管路上设有压力表PI，压力开关PS，并与紧急气动马达连接；连通吹扫空气管14的管道采用DN20，管路上依次设有压力表PI、压力开关PS、电磁阀SV；连通燃气管15的管道采用DN80，管道上依次设有压力表PI、压力开关PS、流量变送器FT、流量调节阀PCV、气动切断阀FV、压力PI，另设有旁路包括一个气动切断阀FV和两个控制阀；连通燃烧空气管(风机)16的管道采用DN200，管路上依次设有压力表PI、压力开关PS、流量变送器FT、流量调节阀PCV、气动切断阀FV、压力PI；连通冷却水进水管18的管道采用DN80，管道上依次设有压力表PI、压力开关PS、温度变送器TT、流量变送器FT、气动切断阀FV；连通冷却水回水管19的管道采用DN80，管道上依次设有压力表PI、温度变送器TT、流量变送器FT；上述各种管道，包括仪表空气管、压缩空气管、吹扫氮气管、天然气管、燃烧空气管、助燃氧气管、冷却水进水管和回水管都通过中间连接管道分别与预热枪枪体连通，在枪体上对应设置各种压力开关PS。
本装置主要能源介质及用途是用于气动控制阀驱动的仪表空气12，用于气动马达驱动和火焰检测器吹扫的压缩空气13，用于燃气管道吹扫的氮气14，用于助燃的氧气15，用于燃烧的空气16，燃气(可使用天然气或焦炉煤气)17，以及预热枪冷却水。
本装置的操作使用方法是当需要进行升温或保温处理的真空槽5移动到待机预热位置时，PLC控制系统在自动确认能源介质状态正常、燃烧风机运行正常和传动控制设备正常等启动条件后，操作人员操作现场操作箱11通过控制机构2将预热枪1旋转到处理位置，并下降到真空槽5内。然后，操作人员在现场或中央操作室启动点火前氮气吹扫程序，在连续吹扫1-2分钟后氮气吹扫自动关闭；随后1-2分钟内在同一位置启动点火程序；当启动点火按钮后，自动打开旁路点火燃气，自动设定燃烧空气点火流量，同时自动触发高压点火枪进行点火，如果在20秒内(可根据需要具体设定)火焰检测器检测到火焰信号，PLC控制系统可以进入升温或保温燃烧控制模式的程序，否则自动启动氮气吹扫程序；点火成功后，操作人员根据真空槽预热要求在操作画面上选择升温或保温燃烧控制模式；当真空槽升温或保温处理过程中发生不能满足连锁安全条件时，或正常处理结束后，自动关闭燃烧程序，同时自动启动氮气吹扫程序；在升温或保温控制模式中，燃气与燃烧空气进行自动比率控制，当燃气达到一定流量时，自动启动助燃氧气，同时进行自动比率控制。当预热枪不能用电动方式正常上升时，可以启动气动马达进行预热枪紧急提升。
本发明的技术特点是预热枪在正常状态下采用电动升降和旋转方式，在紧急情况下采用气动马达进行紧急提升方式，采用整体式燃烧控制阀站的方式，火焰检测采用灵敏度高的光圈调节方式，采用燃气旁路点火方式；采用预热枪冷却水复合检测和连锁控制方式，采用点火、燃烧和吹扫循环结构的安全燃烧控制方式，采用真空槽升温或保温燃烧控制模式等。
本装置具有结构简单，操作简便，安全可靠，点火命中率达到100％，对真空槽的升温和保温预热处理效率高，效果好，能够完全满足RH钢水精炼生产对真空槽预热处理的要求。
图1为本发明装置结构框图。
图2是150吨RH钢水精炼真空槽待机预热装置工艺流程图，是一种采用天然气作为燃气进行真空槽预热处理的典型工艺方案图示。
图3是300吨RH钢水精炼真空槽待机预热装置工艺流程图，是一种采用焦炉煤气作为燃气进行真空槽预热处理的典型工艺方案图示。
图中标号1为预热枪，2为控制机构，3为点火装置，4为火焰检测器，5为真空槽，6为真空槽温度检测装置，7为整体式燃烧控制阀站，8为中间连接管道，9为金属软管组件，10为PLC自动控制系统，11为现场操作箱，12为仪表空气管，13为压缩空气管，14为吹扫氮气管，15为燃气管，16为燃烧空气管(风机)，17为助燃氧气管，18为冷却水进水管，19为冷却水回水管。PI-压力表，PS-压力开关，PT-压力变送器，TE-高温热电偶，TT-温度变送器，FT-流量变送器，FCV-流量调节阀，PCV-压力调节阀，FV-气动切断阀，SV-电磁阀，LS-极限开关，LT-旋转编码器，XT-火焰检测器，XE-点火枪，FM-燃烧风机，EM-升降电动机，CM-旋转用电动缸，AM-紧急提升气动马达，LP-现场操作箱。
具体实施例方式
下面是本发明二种典型工艺方案。
第一种是采用天然气作为燃气的150吨RH钢水精炼真空槽待机预热装置，如附图2所示，其主要工艺设计数据如下真空槽5预热升温速度为50℃/小时，最高加热温度为1200℃；预热枪1最大升降行程10米；天然气最大流量为400Nm3/h，工作压力为10kPa，阀站主燃气配管和预热枪燃气配管均为DN80；旁路点火天然气流量为20Nm3/h，旁路配管为DN20；燃烧空气最大流量为2000Nm3/h，工作压力为6.0kPa，阀站燃烧空气配管为DN200，预热枪燃烧空气配管为DN150。助燃氧气最大流为量500Nm3/h，一次接口压力为1.0MPa，二次工作压力为30kPa，阀站一次氧气配管为DN50、二次氧气配管为DN80，预热枪氧气配管为DN65；预热枪冷却水最大流量为50m3/h，进口压力为0.6MPa、温度为30℃，出口压力为0.3MPa、温度为60℃，阀站和预热枪冷却水配管均为DN80；吹扫氮气最大流量为30Nm3/h，压力为0.5MPa，配管为DN20；仪表空气平均消耗量为5Nm3/h，压力为0.5MPa，主配管为DN25，分配管为DN15；压缩空气瞬时最大消耗量为40Nm3/h，压力为0.5MPa，主配管为DN25。
天然气流量(FNGAS)、燃烧空气(FAIR)和助燃氧气(FO2)的流量关系当FNGAS≤200Nm3/h时，FO2＝0，FAIR＝10×FNGAS当FNGAS＞200Nm3/h时，FAIR＝2000Nm3/h，FO2＝2×(FNGAS-200Nm3/h)。
第二种是采用焦炉煤气作为燃气的300吨RH钢水精炼真空槽待机预热装置，如附图3所示，其主要工艺设计数据如下真空槽预热升温速度为50℃/小时，最高加热温度为1200℃；预热枪最大升降行程10米；焦炉煤气最大流量为800Nm3/h，工作压力为10kPa，阀站主燃气配管和预热枪燃气配管均为DN100；旁路点火燃气流量为40Nm3/h，旁路配管为DN25；燃烧空气最大流量为2000Nm3/h，工作压力为6.0kPa，阀站燃烧空气配管为DN200，预热枪燃烧空气配管为DN150。助燃氧气最大流为量600Nm3/h，一次接口压力为1.0MPa，二次工作压力为30kPa，阀站一次氧气配管为DN50、二次氧气配管为DN80，预热枪氧气配管为DN65；预热枪冷却水最大流量为50m3/h，进口压力为0.6MPa、温度为30℃，出口压力为0.3MPa、温度为60℃，阀站和预热枪冷却水配管均为DN80；吹扫氮气最大流量为30Nm3/h，压力为0.5MPa，配管为DN20；仪表空气平均消耗量为5Nm3/h，压力为0.5MPa，主配管为DN25，分配管为DN15；压缩空气瞬时最大消耗量为40Nm3/h，压力为0.5MPa，主配管为DN25。
焦炉煤气流量(FCOG)、燃烧空气(FAIR)和助燃氧气(FO2)的流量关系当FCOG≤300Nm3/h时，FO2＝0，FAIR＝6×FCOG当FCOG＞300Nm3/h时，FAIR＝1800Nm3/h，FO2＝FCOG-300Nm3/h。
权利要求
1.一种钢水精炼真空槽待机预热装置，其特征在于由预热枪(1)、预热枪运动控制机构(2)、点火装置(3)、火焰检测装置(4)、真空槽(5)、真空槽温度检测装置(6)、整体式燃烧控制阀站(7)、中间连接管道(8)和金属软管组件(9)、PLC自动控制系统(10)组成，整体式燃烧控制阀站(7)通过多根金属软管组件(9)与可升降和旋转的预热枪(1)连接，现场设置1只用于控制预热枪升降、旋转、吹扫和点火的现场操作箱(11)，整个装置由PLC自动控制系统(10)完成自动检测和控制，其中预热枪(1)在正常状态下采用电动升降和旋转方式，在紧急情况下，采用气动马达紧急提升的方式，火焰检测采用灵敏度高的光圈调节方式，燃气点火采用旁路点火方式，预热枪冷却水采用复合检测和连锁控制方式，采用点火、燃烧和吹扫循环结构的安全燃烧控制方式，采用真空槽升温或保温燃烧控制模式。
2.根据权利要求1所述的钢水精炼真空槽待机预热装置，其特征在于点火装置(3)采用通常的点火枪XE，火焰检测装置(4)采用灵敏度高的光圈调节式火焰检测器XT，预热枪控制机构(2)由升降电动机EM，旋转用电动缸CM和紧急提升马达AM组成，预热枪在正常状态下采用电动升降机EM和电动旋转缸CM，在紧急情况下采用提升马达AM；整体式燃烧室制阀站由多组阀门、管道、流量变送器、压力变送器、极限开关等经连接组成，并分别对应连接仪表空气管((12))，压缩空气管(13)，吹扫氮气管(14)、燃气管(15)、燃烧风机(16)、助烧氧气管(17)，此外，还与用于循环冷却的冷却水进出管(18)和(19)连通。
3.根据权利要求1所述的钢水精炼真空槽待机预热装置，其特征在于在整体式燃烧控制阀站(7)中，连通仪表空气管(12)的管路上依次设有压力表PI、压力开关PS和一系列气动控制阀；连通压缩空气管(13)的管路上设有压力表PI、压力开关PS，并与紧急气动马达连接；连通吹扫空气管(14)的管路上依次设有压力表PI、压力开关PS、电磁阀SV；连通燃气管(15)的管道上依次设有压力表PI、压力开关PS、流量变送器FT、流量调节阀PCV、气动切断阀FV、压力PI，另设有旁路包括一个气动切断阀FV和两个控制阀；连通燃烧空气管的管路上依次设有压力表PI、压力开关PS、流量变送器FT、流量调节阀PCV、气动切断阀FV、压力PI；连通冷却水进水管(18)的管道上依次设有压力表PI、压力开关PS、温度变送器TT、流量变送器FT、气动切断阀FV；连通冷却水回水管(19)的管道上依次设有压力表PI、温度变送器TT、流量变送器FT；上述各种管道，包括仪表空气管、压缩空气管、吹扫氮气管、天然气管、燃烧空气管、助燃氧气管、冷却水进水管和回水管都通过中间连接管道分别与预热枪枪体连通，在枪体上对应设置各种压力开关PS。
4.根据权利要求1所述装置的使用方法，其特征在于具体步骤如下当需要进行升温或保温处理的真空槽(5)移动到待机预热位置时，PLC控制系统(10)在自动确认能源介质状态正常、燃烧风机运行正常和传动控制设备正常等启动条件后，操作人员操作现场操作箱(11)通过控制装置(2)将预热枪(1)旋转到处理位置，并下降到真空槽(5)内一定位置此后，操作人员在现场或中央操作室启动点火前氮气吹扫程序，在连续吹扫1-2分钟后氮气吹扫自动关闭，随后1-2分钟内可在同一位置启动点火程序，否则需要重新进行吹扫；当启动点火按钮后，自动打开旁路点火燃气，自动设定燃烧空气点火流量，同时自动触发高压点火枪进行点火；如果在20秒内火焰检测器检测到火焰信号，PLC控制系统(10)进入升温或保温燃烧控制模式的程序，否则自动启动氮气吹扫程序；点火成功后，操作人员根据真空槽(5)预热要求在操作画面上选择升温或保温燃烧控制模式，当真空槽(5)升温或保温处理过程中发生不能满足连锁安全条件时，或正常处理结束后，自动关闭燃烧程序，同时自动启动氮气吹扫程；在升温或保温控制模式中，燃气与燃烧空气进行自动比率控制，当燃气达到一定流量时，自动启动助燃氧气，同时进行自动比率控制；当预热枪不能用电动方式正常上升时，可以启动气动马达进行预热枪紧急提升。
全文摘要
本发明属钢水精炼技术领域，具体为一种RH钢水精炼真空槽待机预热方法及装置，主要由预热枪枪体，预热枪升降、旋转和紧急提升机构，点火装置和火焰检测装置，整体式燃烧控制阀站，管道和金属软管组件和PLC自动控制系统组成，整体式燃烧控制阀站通过多根金属软管与可升降和旋转的预热枪连接，现场设置1只用于预热枪升降、旋转、吹扫和点火的现场操作箱，整个装置由PLC完成自动检测和控制。本装置具有结构简单，操作简便，安全可靠，点火命中率达到100％，对真空槽的升温和保温预热处理效率高，效果好，能够完全满足RH钢水精炼生产对真空槽预热处理的要求。
文档编号C21C7/10GK1900327SQ20061002720
公开日2007年1月24日 申请日期2006年6月1日 优先权日2006年6月1日
发明者吴杰, 吴坚华 申请人:上海宝钢工程技术有限公司