現(xiàn)代電爐煉鋼日趨特鋼化，產(chǎn)品以彈簧鋼、軸承鋼以及其它一些有特殊用途的鋼種為主，其爐外精煉要求較高。帶有氬氣攪拌功能的真空脫氣爐(VD爐)是目前較為常見(jiàn)的爐外精煉設(shè)備之一，具有脫氣、減少夾雜物、防止鋼液二次氧化等作用，能有效提高鋼液純凈度、改善其均勻化和合金化。

　　VD爐冶煉時(shí)，將鋼水包置于真空罐內(nèi)通過(guò)抽真空使罐內(nèi)壓力迅速降低，[H]、[N]含量隨之降低，從鋼包底部透氣磚吹入的氬氣在鋼液中形成氣泡，相當(dāng)于一個(gè)個(gè)小真空室，其中的氫、氮等氣體的分壓幾乎等于零，因此鋼液中的氫、氮等氣體不斷地向氬氣泡中擴(kuò)散并隨之上浮而得以去除。VD法具有脫氣、減少非金屬夾雜物，防止鋼液二次氧化等作用，達(dá)到提高鋼液純凈度、均勻化和合金化的目的。

1、設(shè)備組成和基本原理

　　常見(jiàn)真空泵形式有滑閥泵、旋片泵、螺桿泵、羅茨泵及噴射泵等。蒸汽式真空泵是噴射真空泵中的一種，是利用通過(guò)噴嘴的高速蒸汽將真空罐內(nèi)廢氣帶走的爐外精煉設(shè)備，具有抽氣能力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

　　其設(shè)備主要組成有：罐蓋車、真空罐、抽氣管道、真空泵、冷凝器、破空裝置、蒸汽系統(tǒng)、吹氬裝置、喂線裝置、檢測(cè)及控制系統(tǒng)等。根據(jù)系統(tǒng)流程及主體部分的串并聯(lián)關(guān)系，可以將系統(tǒng)簡(jiǎn)化如下：

圖1 真空爐系統(tǒng)簡(jiǎn)化示意圖

　　注：E1~E5為主噴射泵，E4a、E5a為輔助泵，C1~C3為冷凝器，另有三只逆止閥。

　　蒸汽式真空泵的工作原理可分成三個(gè)階段：蒸汽通過(guò)拉瓦爾噴嘴進(jìn)行加速：拉瓦爾噴嘴其實(shí)是一臺(tái)“減壓增速器”，它主要由兩段錐形管構(gòu)成(見(jiàn)圖2)。當(dāng)具有一定壓強(qiáng)的蒸汽通過(guò)A1段時(shí)，氣流遵循流體在管中運(yùn)動(dòng)時(shí)，截面小處流速大，截面大處流速小的原理而不斷加速，氣流到達(dá)窄喉Akr處時(shí)，流速Wkr已超過(guò)音速，而跨音速的流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)則遵循截面越大，流速越快的原理，氣流進(jìn)一步加速。圖中蒸汽氣流速度(W)-壓強(qiáng)(P)曲線圖顯示：噴嘴將蒸汽的壓強(qiáng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。因此拉瓦爾噴嘴出口處的蒸汽具有高速、低壓的特點(diǎn)。高速、低壓的蒸汽在混合室內(nèi)與廢氣進(jìn)行混合：工作蒸汽經(jīng)過(guò)拉瓦爾噴嘴加速后形成高速、低壓氣流進(jìn)入混合室，其引流作用使得混合室形成負(fù)壓，廢氣被吸入后與工作蒸汽進(jìn)行混合和能量交換，至真空泵喉口處時(shí)，氣流基本混合完成，其壓強(qiáng)增大至Pa，速度則下降至亞音速Wa。

圖2  拉瓦爾噴嘴原理圖

圖3  蒸汽噴射泵原理圖

　　混合氣流經(jīng)過(guò)泵體喉口進(jìn)入擴(kuò)壓段，至本級(jí)泵體出口，進(jìn)入下一級(jí)泵或冷凝器：混合氣流在真空泵中有明顯的減速增壓趨勢(shì)，因此真空泵也叫增壓泵，具有壓縮氣體的功能，其單級(jí)壓縮比Pd/Ps一般不超過(guò)10，因此要達(dá)到較高真空度需多級(jí)真空泵串聯(lián)。本文中的系統(tǒng)采用了五級(jí)真空泵串聯(lián)。

2、常見(jiàn)故障分析

　　真空爐設(shè)備的故障大致可分為系統(tǒng)泄漏、蒸汽供給故障、閥門(mén)故障、冷凝器故障、真空泵故障、儀表故障、模式設(shè)置錯(cuò)誤等。

2.1、系統(tǒng)泄漏

　　一般來(lái)說(shuō)，輕微的泄漏對(duì)系統(tǒng)的影響不大，但由于真空爐設(shè)備主要由多個(gè)部件：抽氣管道、噴射泵、冷凝器等.串聯(lián)而成，各處泄漏量的疊加會(huì)形成故障并導(dǎo)致抽氣耗時(shí)長(zhǎng)或無(wú)法進(jìn)入高真空。泄漏原因具體有以下幾種情況：

　　1、罐蓋及其附件的密封泄漏，主要由罐蓋錯(cuò)位、密封條燒損或鋼渣等異物進(jìn)入、法蘭聯(lián)接松動(dòng)等原因所致，此類故障易于發(fā)現(xiàn)，可及時(shí)排除。

　　2、抽氣管道及其附件泄漏，抽氣管道包含活動(dòng)彎管、管道本體、維修人孔、排污口等，其中E.和E.下方的排污口被異物堵塞或卡阻導(dǎo)致無(wú)法吸合的發(fā)生幾率較大，需經(jīng)常檢查清理。此類故障現(xiàn)象與第1項(xiàng)基本相同，處理難度不大。

　　3、閥門(mén)泄漏.真空爐裝配有大量的閥門(mén)，如蒸汽切斷閥、逆止閥、破空閥、壓渣閥等，其中蒸汽切斷閥數(shù)目最多、工況最差.壓差、溫度、振動(dòng)等.，其泄漏可能性較大。閥門(mén)的泄漏使得蒸汽或空氣進(jìn)入抽氣系統(tǒng)，影響噴嘴抽氣效果、增加真空泵的負(fù)荷。此類故障需停產(chǎn)處理、耗時(shí)較多，還會(huì)造成蒸汽的流失，因此關(guān)鍵閥門(mén)一般選用質(zhì)量可靠、性價(jià)比較高的品牌，如FISHER、KOSO等。

　　4、結(jié)構(gòu)性泄漏.泵體或抽氣管道受蒸汽、廢氣、顆粒物等沖刷和腐蝕，其設(shè)備本體或焊縫易發(fā)生破損、開(kāi)裂、脫焊等損壞。一般集中于各級(jí)泵的擴(kuò)壓段以及泵體與冷凝器的聯(lián)接部位，因此日常對(duì)這些部位需重點(diǎn)檢查維護(hù)。

2.2、蒸汽供給故障

　　真空爐噴射泵所使用的工作蒸汽由一臺(tái)設(shè)計(jì)能力為14t/h的快速鍋爐提供。蒸汽的壓強(qiáng)、溫度是判斷蒸汽質(zhì)量的兩項(xiàng)主要指標(biāo)。根據(jù)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)蒸汽壓強(qiáng)需穩(wěn)定在1.4~1.7Mpa之間。但在實(shí)際使用中，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)分汽包表壓低于1.45Mp.時(shí)，真空泵的抽氣能力就會(huì)明顯下降，并出現(xiàn)真空度反彈現(xiàn)象。蒸汽過(guò)熱還是飽和理論上對(duì)泵的抽氣性能影響不大，但由于蒸汽受管道熱損失以及在噴嘴中膨脹降溫等因素的影響，會(huì)形成一定量冷凝水，而冷凝水在氣壓較低的抽氣管道內(nèi)極易汽化并吸收大量的熱量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致噴嘴結(jié)冰堵塞，因此工作蒸汽一般需保證10~20℃的過(guò)熱度。此類故障以口徑最小的E1噴嘴最為敏感，其表現(xiàn)為E1開(kāi)啟后高真空進(jìn)不去甚至反彈。在分汽包及各蒸汽管道最低位置安裝疏水閥對(duì)此類情況有一定的改善效果。

2.3、閥門(mén)故障

　　現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)多為電控氣動(dòng)閥，除了閥體泄漏外,還會(huì)因?yàn)榭刂茪庠磯毫Φ汀⒖刂齐妷旱�、線路故障、電磁閥故障、閥門(mén)氣動(dòng)頭泄漏或卡阻、閥芯卡阻或脫落等原因，導(dǎo)致閥門(mén)不動(dòng)作或動(dòng)作不到位，其故障變現(xiàn)為該閥動(dòng)作時(shí)系統(tǒng)抽氣能力未提升或真空度反彈。若是冷凝水閥門(mén)故障，還會(huì)伴隨冷凝器溫度的異常升高、報(bào)警。

2.4、冷凝器故障

　　C1、C2、C3冷凝器按照功能需要，串聯(lián)在系統(tǒng)各級(jí)真空泵之間，其主要作用是去除混合氣體中的可凝性蒸汽，降低下級(jí)真空泵的負(fù)荷，末端冷凝器C3具有消音作用。冷凝水溫度過(guò)高、壓力或流量不足、分配不合理、噴嘴腐爛或堵塞、內(nèi)聯(lián)水管破損等原因都會(huì)導(dǎo)致冷凝器效果下降，沒(méi)有被及時(shí)冷凝的蒸汽堆積會(huì)增加真空泵的負(fù)荷。其故障現(xiàn)象為冷凝器溫度異常升高以及真空度反彈。另外真空泵在冷凝器內(nèi)抽氣口處設(shè)有擋水板，一旦這些擋水板腐爛缺失，冷凝水將進(jìn)入拉瓦爾噴嘴影響其抽氣能力。主冷凝器C3故障幾率相對(duì)高一些，其現(xiàn)象為后期抽氣速度較慢，特別是E1啟動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)真空度反彈。

2.5、真空泵故障

　　1、真空泵故障最常見(jiàn)原因是泵體內(nèi)壁冶煉粉塵堆積造成紊流，影響該級(jí)泵的抽氣能力。

　　2、拉瓦爾噴嘴作為真空泵的核心部件，發(fā)生異物堵塞、磨損、聯(lián)接法蘭墊片錯(cuò)位等情況時(shí)，噴嘴功能將下降或喪失，其故障表現(xiàn)為開(kāi)啟該級(jí)噴嘴時(shí)真空度無(wú)反應(yīng)或反彈。

　　3、噴嘴在混合室內(nèi)的蒸汽管道為普鋼材質(zhì),易腐爛、斷裂，損壞后會(huì)嚴(yán)重影響該級(jí)噴嘴的抽氣性能，當(dāng)其泄漏量較大時(shí)甚至?xí)��?dǎo)致系統(tǒng)蒸汽壓力的急劇下降。可考慮用不銹鋼管替代。

　　4、噴嘴與泵體采用法蘭聯(lián)接，兩者的同軸度要求較高，誤差值一般要求不超過(guò)1.5mm。拆檢、更換噴嘴或噴嘴前的聯(lián)接管道后，發(fā)現(xiàn)本級(jí)泵的抽氣能力下降，則需核查該真空泵噴嘴安裝及制作時(shí)造成的同軸度誤差是否符合要求。

2.6、真空儀表故障

　　鑒于儀表的量程、精度等原因，現(xiàn)場(chǎng)安裝有高、中、低三級(jí)真空表。通過(guò)各級(jí)真空表度數(shù)相互比較能初步判斷故障.如當(dāng)高真空表顯示1.0mba.時(shí),上級(jí)真空表讀數(shù)一般在2.2mba.左右.，也可以用麥?zhǔn)秸婵諆x等其它真空表來(lái)校驗(yàn)。真空表需按時(shí)送權(quán)威部門(mén)檢測(cè)校準(zhǔn)。

2.7、模式設(shè)置錯(cuò)誤

　　抽氣過(guò)程中，控制程序根據(jù)檢測(cè)到的罐內(nèi)真空度與模式設(shè)定進(jìn)行比較、判斷，自動(dòng)開(kāi)閉各級(jí)真空泵的蒸氣閥、逆止閥和冷凝水閥。若模式設(shè)置不當(dāng)或錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致蒸汽浪費(fèi)、抽氣效果差甚至失效。現(xiàn)場(chǎng)模式具體設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)模式設(shè)置表

　　例如.上表階段五中，用E5a替代E.使用會(huì)導(dǎo)致蒸汽耗量增加到12t/h左右，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)生蒸汽壓強(qiáng)下降至低于1.45Mpa，導(dǎo)致真空度反彈。

2.8、其它原因

　　如發(fā)生氬氣管路破損、閥門(mén)泄漏使得大流量氬氣進(jìn)入真空罐內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致抽真空耗時(shí)增加或高真空進(jìn)不去。另外，因鋼包凈空不足、鋼渣粘度大、碳氧反應(yīng)劇烈等原因，需要較頻繁地進(jìn)行壓渣操作，會(huì)影響抽真空的速度和效果。

3、結(jié)語(yǔ)

　　真空爐設(shè)備外表多包有消音、保溫材料，因此其故障具有較大的隱蔽性，判斷和處理的難度較大。因此在平時(shí)試車或生產(chǎn)過(guò)程中，需盡量積累一些數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn).如正常情況下各種介質(zhì)參數(shù).溫度、壓強(qiáng)、流量等.、各噴嘴蒸汽實(shí)際耗量、真空泵壓縮能力、抽至特定真空度耗時(shí)、管道及泵體易損部位的管壁厚度、系統(tǒng)保壓抗泄能力等，這些參數(shù)有助于快速判斷和處理設(shè)備故障。抽氣管道、真空泵、冷凝器等設(shè)備的日常清灰、檢查維護(hù)工作是控制真空爐故障率最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。需要特別注意的事項(xiàng).當(dāng)檢修、維護(hù)人員需進(jìn)入真空罐、真空泵、熱水井等部位時(shí)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，必須確認(rèn)區(qū)域內(nèi)沒(méi)有CO等有毒有害氣體，同時(shí)需保證內(nèi)部有足夠的氧氣含量，否則會(huì)造成作業(yè)人員窒息或CO中毒等事故。