Способ вакуумирования и установка для обработки стали

005467 Настоящее изобретение относится к способу вакуумирования и установке для обработки стали,предназначенным для использования при вторичной переплавке стали и ее дегазации и/или обезуглероживании, а также в других аналогичных процессах. В настоящее время в черной металлургии для создания вакуума и удаления из ковша газов используют жидкостные (паровые) вакуум-эжекторы, создающие вакуум за счет всасывающего эффекта струи пара. Недостатком такого способа вакуумирования является необходимость получения и потребления большого количества пара с необходимыми давлением и температурой и соответствующее увеличение стоимости стали. Для создания вакуума непосредственно в ковше в настоящее время используют установки с паровыми эжекторами, образующими при их последовательном соединении несколько ступеней,соединенных с ковшом, внутри которого создается необходимый вакуум. Недостатком таких установок является наличие воды во всасывающей магистрали эжекторов, которая может попасть внутрь ковша и изменить состав создаваемой в нем атмосферы. В настоящем изобретении, которое решает эти проблемы, предлагаются способ вакуумирования и установка для обработки стали, позволяющие снизить эксплуатационные расходы за счет использования безмасляных (чистых) механических насосов, соединенных между собой параллельно и последовательно по особой схеме. В настоящем изобретении предлагается способ вакуумирования для обработки стали, при осуществлении которого на первой стадии создают низкий вакуум от 100 до 150 мбар путем суммирования низкого разрежения, создаваемого в нескольких точках, параллельно соединенных одной общей магистралью с ковшом. На второй стадии магистраль, соединяющую напрямую ковш с точками, предназначенными для создания низкого разрежения, перекрывают и эти точки последовательно соединяют с другим рядом точек, которые предназначены для создания среднего разрежения и которые соединены параллельно друг с другом и напрямую с ковшом, в котором в результате суммирования разрежения, создаваемого в точках, предназначенных для создания низкого вакуума и среднего вакуума, давление снижается до 10-20 мбар. И, наконец, на третьей стадии магистраль, соединяющую напрямую ковш с точками,которые предназначены для создания среднего разрежения, перекрывают и эти точки последовательно соединяют с другим рядом точек, которые предназначены для создания высокого разрежения и которые соединены параллельно друг с другом и общей магистралью соединены с ковшом. При суммировании разрежения, создаваемого в точках, предназначенных для создания низкого, среднего и высокого вакуума, давление в ковше снижается до 0,1-0,5 мбара. Предлагаемая в настоящем изобретении установка содержит ступень низкого вакуума, ступень среднего вакуума и ступень высокого вакуума, которые последовательно соединены между собой клапанами и параллельно соединены другими клапанами с соединенной с ковшом магистралью, при этом между ступенями низкого и среднего вакуума и между ступенями среднего и высокого вакуума установлены перепускные клапаны. В ступени низкого вакуума установлены механические вакуум-насосы, параллельно соединенные клапанами с коллектором и через продувочные клапаны с атмосферой. В ступенях среднего и высокого вакуума также установлены механические вакуум-насосы, соединенные параллельно клапанами с соответствующими коллекторами. К преимуществам изобретения можно отнести следующие: снижение эксплуатационных расходов, связанных с потреблением тепла и электрической энергии,повышение качества стали благодаря созданию в ковше высокого вакуума и чистой атмосферы,повышение эффективности процесса,относительная простота конструкции установки,возможность автоматизации установки,уменьшение занимаемого установкой пространства,возможность избежать загрязнения воды,снижение потребления технической воды. Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из возможных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показана пневматическая схема вакуумной установки, предназначенной для обработки стали. Предлагаемый в изобретении способ вакуумирования на установке для обработки стали основан на принципе сухого вакуумирования и предусматривает создание на первой стадии низкого вакуума путем суммирования низкого разрежения, создаваемого в нескольких соединенных параллельно с общей магистралью точках, и снижение давления в ковше от исходного атмосферного до давления, равного 100-150 мбарам. На второй стадии после снижения давления в ковше до указанного выше уровня магистраль, которая напрямую соединяет ковш с точками, предназначенными для создания низкого вакуума, перекрывают, и эти точки последовательно соединяют с другим рядом точек, которые предназначены для создания среднего вакуума и которые также параллельно соединены друг с другом и напрямую соединены с ковшом. При суммировании низкого разрежения, создаваемого в первой группе точек, и среднего разрежения, создаваемого во второй группе точек, давление в ковше можно снизить до 10-20 мбар.-1 005467 На третьей, последней, стадии после снижения давления в ковше до указанного выше уровня магистраль, которая напрямую соединяет ковш с точками среднего вакуума, перекрывают и эти точки последовательно соединяют еще с одним рядом точек, которые предназначены для создания высокого разрежения и которые также параллельно соединены друг с другом и одной магистралью соединены с ковшом. При суммировании разрежения, создаваемого в трех рядах точек, предназначенных для создания низкого, среднего и высокого разрежения, давление в ковше можно снизить до 0,1-0,5 мбара. Предлагаемая в изобретении вакуумная установка для обработки стали состоит из нескольких создающих вакуум ступеней, в частности из ступени А низкого вакуума, ступени Б среднего вакуума и ступени В высокого вакуума, соединенных последовательно открываемыми и закрываемыми клапанами 1 и 2 соответственно. Ступень А низкого вакуума состоит из механических вакуум-насосов 3 с сухой смазкой, всасывающие патрубки которых соединены параллельно через клапаны 4 с коллектором 5. Вакуум-насосы 3 соединены также через продувочные клапаны 6 с атмосферой. Ступень Б среднего вакуума состоит из механических вакуум-насосов 7 с сухой смазкой, нагнетательные патрубки которых параллельно соединены с трубопроводом 8, на котором установлен клапан 1,а всасывающие патрубки соединены через клапаны 9 с коллектором 10. Ступень В высокого вакуума, выполненная аналогично ступеням А и Б низкого и среднего вакуума,состоит из механических вакуум-насосов 11 с сухой смазкой, нагнетательные патрубки которых параллельно соединены с трубопроводом 12, на котором установлен клапан 2, а всасывающие патрубки соединены через клапаны 13 с коллектором 14. Каждый коллектор 5, 10 и 14 ступеней А, Б и В пневматически соединен через соответствующий клапан 15, 16 и 17 с трубопроводом 18, соединенным с внутренней полостью не показанной на чертеже камеры, в которой создается разрежение. На трубопроводе 18 между клапанами 16 и 17 ступеней Б и В установлен еще один клапан 19. Как уже было отмечено выше, в предлагаемой в изобретении вакуумной установке используются механические вакуум-насосы с "сухой" смазкой, вакуумные насосы Рутса или другие аналогичные вакуум-насосы без уплотняющих жидкостей, которые могут работать в тяжелых условиях в характерной для металлургических цехов атмосфере с очень высоким содержанием пыли. В каждой ступени А, Б и В в зависимости от количества обрабатываемой стали или от объема вакуумируемой камеры, количества высасываемого из нее газа и времени, необходимого для создания в ней разрежения, при котором происходит обработка стали, обычно используют от 1 до n вакуум-насосов 3, 7 и 11 соответственно. Как правило, количество вакуум-насосов в каждой ступени определяется в зависимости от указанных ниже величин снижения давления, создаваемого каждой ступенью на разных стадиях вакуумирования стали: ступень А низкого вакуума должна обеспечивать снижение давления в ковше от атмосферного до 100 мбар,ступень Б среднего вакуума должна обеспечивать снижение давления в ковше со 100 до 10 мбар,ступень В высокого вакуума должна обеспечивать снижение давления в ковше с 10 до 0,1 мбара. На предлагаемой в изобретении установке в зависимости от особенностей технологического процесса и от величины разрежения, необходимого для обработки стали, могут работать одна, две или три создающие вакуум ступени, соединенные с ковшом и между собой по соответствующей схеме. Переходить с одной схемы на другую можно автоматически непосредственно во время работы по соответствующей программе открытия или закрытия соответствующих клапанов. Так, например, открыв клапан 15, из контура вакуумирования даже при открытом клапане 16 можно исключить ступень Б среднего вакуума. Аналогичным образом, открыв клапан 19, из контура вакуумирования можно исключить ступень В высокого вакуума. Клапаны 16 и 17 предназначены для подключения к контуру вакуумирования ступеней Б и В среднего и высокого вакуума соответственно и открываются и закрываются в противофазе с клапанами 15 и 19, или, иными словами, когда клапан 15 открыт, клапан 16 должен быть закрыт (и наоборот), причем то же самое относится и к клапанам 19 и 17. Клапаны 4 предназначены для перекрытия магистралей, соединяющих контур вакуумирования с вакуум-насосами 3 ступени А низкого вакуума, клапаны 9 предназначены для перекрытия магистралей,соединяющих контур вакуумирования с вакуум-насосами 7 ступени Б среднего вакуума, а клапаны 13 предназначены для перекрытия магистралей, соединяющих контур вакуумирования с вакуум-насосами 11 ступени В высокого вакуума. Клапаны 1 и 2 перекрывают магистрали, соединяющие между собой ступени А, Б и В низкого,среднего и высокого вакуума, и, строго говоря, не являются принципиально необходимыми элементами,от которых зависит работа предлагаемой в изобретении установки. Предлагаемая в изобретении установка при вакуумно-кислородном обезуглероживании стали работает следующим образом. На первой стадии вакуумирования включаются вакуум-насосы 3 в ступени А низкого вакуума и открываются соединенные с ними клапаны 4, после чего открываются клапаны 15 и-2 005467 19, при этом все остальные клапаны должны быть закрыты. После снижения давления в рабочей камере до 100-150 мбар клапан 15 закрывается, а клапан 9 открывается и одновременно включаются вакуумнасосы 7 в ступени Б среднего давления. Ступени А и Б низкого и среднего вакуума продолжают работать до тех пор, пока разрежение в камере не достигнет 100-110 мбар, после чего, закрывая клапан 16 и открывая клапан 15, камеру отключают от ступени Б среднего вакуума, при этом клапан 1 остается открытым, и вакуум-насосы 7 ступени Б среднего вакуума продолжают работать. По достижении в камере указанного выше разрежения в нее начинают подавать кислород, откачивая по мере необходимости образующиеся в камере газы. Во время подачи в камеру кислорода вакуумнасосы 3 ступени А низкого вакуума необходимо периодически продувать, удаляя из них пыль, попадающую в них вместе с откачиваемыми из ковша газами. Эту операцию начинают с продувки насоса 31,закрывая на 1 с клапан 41 и одновременно открывая клапан 61. Затем клапан 61 закрывают и открывают клапан 41, соединяя всасывающий патрубок насоса 31 с атмосферой для его окончательной очистки от пыли. Таким же способом в непрерывном режиме продувают и вакуум-насос 32, для чего на 1 с закрывают клапан 42, одновременно открывая клапан 62, после чего клапан 42 вновь закрывают. Аналогичным образом, работая в непрерывном режиме, последовательно продувают все насосы 3 ступени А низкого вакуума. После продувки всех вакуум-насосов 3 ступени А низкого вакуума из рабочей камеры продолжают откачивать газы. Продувку вакуум-насосов 3 на установке для обработки стали выполняют в течение всего времени вакуумного обезуглероживания стали кислородом с частотой, которая зависит от технологических и конструктивных особенностей установки. В конце кислородного обезуглероживания стали частоту продувки насосов 3 можно уменьшить. В конце этой операции также закрывают клапан 15 и открывают клапан 16, снова соединяя рабочую камеру со ступенью Б среднего вакуума. По достижении разрежением в ковше уровня в 10-20 мбар открывают клапаны 17 и 13 и одновременно включают вакуум-насосы 11 и закрывают клапан 19, соединяя контур вакуумирования ковша со ступенью В высокого вакуума. Одновременная работа трех ступеней А, Б и В вакуумирования ковша продолжается до тех пор, пока давление в ковше не снизится до соответствующего предельно низкого уровня. Окончание процесса вакуумирования стали на предлагаемой в изобретении установке осуществляется выполнением в обратном порядке перечисленных выше операций путем закрытия клапанов 17, 13,2, 16, 9, 1, а затем и клапанов 4. При вакуумной дегазации, восстановлении водородом и дегазации водородом на предлагаемой в изобретении установке выполняют следующие операции: включают вакуум-насосы 3 ступени А низкого вакуума и открывают клапаны 4, 15 и 19. После снижения давления в рабочей камере до 100-150 мбар клапан 15 закрывают, включают вакуум-насосы 7 ступени Б среднего вакуума и открывают клапаны 16, 9 и 1. После снижения давления в рабочей камере до 10-20 мбар клапан 19 закрывают, включают вакуумнасосы 11, 13 и открывают клапан 2. Аналогично вакуумно-кислородному обезуглероживанию стали остановка установки при вакуумной дегазации, восстановлении водородом и дегазации водородом осуществляется выполнением в обратном порядке перечисленных выше операций, выполняемых при ее запуске. Вакуум-насосы 3 необходимо продувать приблизительно каждые 3 мин описанным выше способом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ вакуумирования на установке для обработки стали, отличающийся тем, что он основан на принципе сухого вакуумирования, при этом на первой стадии давление в ковше снижают до низкого вакуума, лежащего в пределах от 100 до 150 мбар, суммируя для этого низкое разрежение, создаваемое в нескольких точках, которые предназначены для создания низкого вакуума и параллельно соединены общей магистралью с ковшом, после чего на второй стадии магистраль, напрямую соединяющую ковш с точками, в которых создается низкое разрежение, перекрывают и эти точки последовательно соединяют с другим рядом точек, которые предназначены для создания среднего вакуума и которые соединены параллельно друг с другом и общей магистралью соединены с ковшом, в котором в результате суммирования разрежения, создаваемого в точках, предназначенных для создания низкого вакуума, и в точках,предназначенных для создания среднего вакуума, давление снижается до 10-20 мбар, после чего на третьей, последней, стадии магистраль, соединяющую напрямую ковш с точками, предназначенными для создания среднего вакуума, перекрывают и эти точки последовательно соединяют еще с одним рядом точек, которые предназначены для создания высокого вакуума и которые параллельно соединены друг с другом и общей магистралью соединены с ковшом, в котором в результате суммирования разрежения,-3 005467 создаваемого в трех рядах точек, предназначенных для создания низкого, среднего и высокого вакуума,давление снижается до 0,1-0,5 мбар. 2. Вакуумная установка для обработки стали, отличающаяся наличием ступени (А) низкого вакуума и расположенных за ней ступеней (Б) и (В) среднего и высокого вакуума соответственно, которые соединены между собой последовательно одними клапанами (1 и 2) и одновременно соединены параллельно другими клапанами (15, 16 и 17) с общей магистралью (18), на которой между двумя ступенями (Б и В) установлен еще один клапан (19). 3. Вакуумная установка для обработки стали по п.2, отличающаяся тем, что ступень (А) низкого вакуума содержит механические вакуум-насосы, параллельно соединенные через клапаны (4) с коллектором (5) и соединенные также продувочными клапанами (6) с атмосферой. 4. Вакуумная установка для обработки стали по п.2, отличающаяся тем, что ступени (Б и В) среднего и высокого вакуума содержат механические вакуум-насосы (7 и 11 соответственно), которые параллельно соединены клапанами (9 и 13 соответственно) с коллекторами (10 и 14 соответственно).