Насосы для вакуумной дегазации стали

Вакуумные насосы, применяемые для дегазации стали, проходят две стадии. Во-первых, они откачивают горячий газ из расплавленной стали, а во-вторых, они откачивают расплавленную сталь через промежуточные конденсаторы и эжекторы. Многие сталелитейные производители называют вакуумные насосы эжекторами из-за их рабочего механизма. Эти эжекторы очень важны в сталелитейной промышленности, поскольку они обладают высокой пропускной способностью при низком давлении. Производители стали используют три типа вакуумных систем: гибридную вакуумную систему с паровым эжектором и ступенями конденсации; вакуумную систему с паровоздушным эжектором и водокольцевым насосом; вакуумную систему с сухими винтовыми вакуумными насосами, для которых не требуется паровой эжектор.

Скачать подборку оборудования для вакуумной дегазации стали

Принцип дегазации стали

Вакуумная дегазация стали начинается после того, как расплавленная сталь выходит из печи. Далее она поступает в отливки, а иногда и в литейную машину. Период между выбросом и заливкой стали в литейную машину или слиток - это время, в течение которого происходит дегазация. Ниже приведены несколько причин, по которым вакуумная откачка для удаления газов из стали имеет решающее значение:

• удаление или уменьшение значительного количества растворенных газов, таких как азот и водород;

• существенное уменьшение содержания растворенного углерода в расплавленной стали для обеспечения большей пластичности стали, извлеченной после процесса дегазации;

• окисление растворенного углерода вместо хрома в процессе очистки нержавеющей стали.

После выхода из печи расплавленная сталь проходит через ковш. Перед заливкой в литейную машину или отливки сталь попадает в зону дегазации. Слой шлака накрывает ковш, что позволяет ему проникать глубоко в шноркели. Размер шноркелей составляет примерно 45 см. Как только ковш проникает в трубки, вакуумные насосы создают разрежение 0,5 мбар. При этом расплавленная сталь поступает в камеру, подготавливая ее таким образом к стадии дегазации.

Каждая вакуумная камера состоит из двух частей. Нижняя часть обеспечивает низкое давление, которое удаляет азот и водород из расплавленной стали. Сталь продолжает циркулировать до тех пор, пока нижняя часть вакуумной системы не разделит два газа. Обычно требуется около пяти минут, для того чтобы удалить водород и азот из расплавленной стали.

Способы дегазации стали

Существует три способа дегазации стали, в зависимости от типа насоса, который будет использован: циркуляционный, ковшовый и паровой. Наиболее распространенной является система с ковшом. Один из типов дегазации можно выбрать в зависимости от различных факторов, таких как эксплуатационные расходы, пропускная способность, тоннаж, потери температуры, капитальные вложения, время выполнения работ и наличие свободных площадей.

Некоторые производители нержавеющей стали применяют многоступенчатые пароструйные эжекторы, которые обеспечивают комбинацию систем циркуляции, ковша и пара. Это лучшие вакуумные насосы, доступные для дегазации стали. Но они также являются самыми дорогими. В вакуумной камере три системы объединяются и устраняют любые типы растворенных газов, присутствующих в расплавленной стали. Например, струя пара работает по механизму постоянного массового расхода, что позволяет вакуумному насосу поддерживать свой абсолютный объем на протяжении всего процесса дегазации.

Вакуумные насосы для дегазации стали

Для понимания устройства вакуумного насоса важно знать его конструкцию. Есть несколько факторов, которые производители учитывают перед проектированием насосов:

• Количество газов, которые будет удалять насос. Это помогает определить химический состав стали, абсолютное давление и расход аргона, которые влияют на скорость, с которой насос будет удалять эти газы. В большинстве случаев насосы должны удалять водород и азот.

• Нагрузка, которую расплавленная сталь будет оказывать на вакуумную камеру. Однако эту нагрузку необходимо измерять в сухом воздухе, а не в расплавленном состоянии. Нагрузка также должна соответствовать различным точкам абсолютного давления, рассчитанным на первом этапе.

• Время обработки насоса от стадии расплава до низкого вакуума. Это время от момента выхода из печи до попадания в вакуумную камеру.

• Помимо абсолютного давления на первой стадии, нужно также рассчитывают конечное абсолютное давление, которое определяет количество стадий, через которые расплав должен пройти для полной дегазации.

• Насосы требуют энергии для перемешивания и высокой скорости удаления растворенного газа. И поэтому становится крайне важным измерить количество аргона в вакуумной камере.

• Также потребуется информация о скорости утечки воздуха, затратах на пар и электроэнергию, температуре охлаждающей воды, давлении и температуре пара.

Вакуумная система с паровым эжектором

Пароструйные эжекторы используют принцип Вентури для создания вакуума путем нагнетания пара через сопло. Сопло обеспечивает контролируемое расширение пара, которое эффективно преобразует давление в скорость, создавая вакуум. При этом всасываются и уносятся все присутствующие газы, которые попадают в нижнюю часть. Пар смешивается с перекачиваемыми газами и выходит из эжектора.

Пароструйные эжекторы обычно применяются в несколько этапов для вакуумной дегазации путем их последовательного соединения трубопроводами, иногда с секциями конденсации между ними. В то время как одноступенчатый эжектор может обеспечить вакуум 40 мбар, многоступенчатые эжекторы могут достигать максимального давления 4 х 10-3 мбар. Преимуществом паровых эжекторов является отсутствие движущихся частей и, соответственно, высокая надежность и низкие затраты на техническое обслуживание. Основным критерием при выборе паровых эжекторов является доступность и стоимость пара.

Вакуумная система с паровым эжектором и водокольцевым  насосом

Одна из систем вакуумных насосов, используемых для вакуумной дегазации, сочетает в себе два паровых эжектора с водокольцевыми насосами. Водокольцевой насос считается объемным насосом мокрого типа. Как и все насосы мокрого типа, водокольцевой насос использует жидкость для обеспечения уплотнения между вращающимися лопатками и корпусом насоса. При вакуумной дегазации перед насосом устанавливаются паровые эжекторы, которые нагнетают в систему пар. Этот пар конденсируется на стадии конденсации, образуя жидкость, которая используется в качестве уплотнения насоса.

Вакуумная система с сухим винтовым насосом

Еще одной вакуумной системой, обычно используемой для вакуумной дегазации, является сухой винтовой насос. Винтовой насос представляет собой объемный насос сухого типа. Поскольку это сухой насос, то он не требует подачи жидкости в систему и, следовательно, ему не предшествуют паровые эжекторы. В сухом винтовом насосе используются два вращающихся винта, один левый и один правый, которые сцепляются, не соприкасаясь. Винты обрабатываются с жестким допуском, а расстояние между ними очень мало. Этот жесткий допуск в сочетании с движением вращающегося винта препятствует утечке газа через винты, создавая уплотнение. Вращение винтов переносит газ с одного конца насоса на другой. Винты сконструированы таким образом, что пространство между ними уменьшается по мере прохождения газа, и он сжимается, вызывая снижение давления на входе в насос. Этот насос отличается высокой производительностью, хорошей обработкой жидкости и устойчив к воздействию пыли и агрессивных сред. Как правило, может быть достигнуто предельное давление 1 х 10-3 мбар. Винтовые насосы имеют диапазон скоростей перекачки от 50 до 539 кубических метров в час.

Заключение 

Вакуумная дегазация играет решающую роль в производстве стали. Процесс вакуумной дегазации позволяет производить высококачественные низкоуглеродистые и сверх низкоуглеродистые стали и нержавеющие стали с минимальным загрязнением кислородом, водородом и азотом. Основные преимущества включают в себя:

• снижение содержания водорода во избежание охрупчивания стали;

• снижение содержания кислорода для повышения чистоты;

• улучшение распределения легирующих элементов и других добавок;

• контроль состава стали в соответствии с более жесткими химическими требованиями;

• улучшение механических свойств, таких как равномерная пластичность в поперечном направлении, сопротивление усталости и высокотемпературные характеристики и многое другое.