真空感應爐真空機組中的前級泵，歷來使用滑閥泵。但因原材料的灰份多，泵油很容易污染，致使泵卡死。在3000磅真空感應爐上改用浙江真空設備集團有限公司生產的羅茨油環機組代替滑閥泵，取得了較好的效果。

1、前言

　　真空感應爐中冶煉Ni基、Fe基高溫合金所要求的真空度一般在0.133Pa(10^-3 Torr) 的數量級。真空系統由三級組成：油噴射增壓泵—— 羅茨真空泵——機械真空泵。而作為前級泵所用的多數為滑閥式機械真空泵。這種型號的泵有結構緊湊，占地面積小，安裝方便的優點。

　　滑閥式真空泵屬油封泵。吸入口進入的氣體經泵內轉子壓縮后，通過排氣閥片進入油箱。在泵運行時，油箱中的油通過電磁閥或小油泵潤滑泵的軸承及軸封。

　　滑閥泵的缺點是對大量的灰分污染比較敏感。而真空感應爐爐料中的灰分比較多，在抽真空和冶煉過程中會揮發出來，少部分被爐壁吸附，大部分被排至滑閥泵的油箱里，使泵油污染。時間長了，泵油變成淤泥狀。由于泵體與轉子之間的間隙很小，機械雜質進入泵腔內凝集成小塊，使轉子被劃傷，形成貫通的環形槽，從而使滑閥泵極限真空度降低，嚴重時使轉子卡死，不能轉動。真空感應爐冶煉工藝過程中，經常要加入鋁鎂等合金元素，這些元素極容易揮發，更加使滑閥泵的使用周期大大縮短。有時候，剛剛換上去的泵使用幾小時就被卡死，不能轉動，致使爐子不能繼續運行。不僅影響生產，同時增加了維修工作量和機械泵油、零部件的消耗，增加了運行費用。

　　它的另一缺點是對氣體中的水蒸汽很敏感，在初始抽真空階段，爐壁和爐料中吸附的水蒸氣被泵吸入，在壓縮室內被壓縮。在相應的溫度下(例如60℃) 水的飽和蒸汽壓為19918Pa( 149.4Torr) ，水蒸汽一旦達到上述壓強，則開始凝結為水，混入油中。使油的真空性能惡化，影響泵的極限壓力和抽氣速率。

　　鑒于此，為了解決長期困擾我廠3000 磅真空感應爐機械泵容易損壞的問題，我們選用與滑閥泵同樣抽速的國產的羅茨油環機組，代替H150滑閥泵，取得了較好的效果。

2、羅茨油環機組的特點

　　羅茨油環機組是由油環泵和羅茨泵兩部分組成，其抽氣速率由所配的羅茨泵決定。羅茨泵不用油潤滑泵腔，不存在油質劣化的問題：灰分也不會積聚在泵內，對灰分的污染不像機械滑閥泵那樣敏感。油環泵的功能是作為羅茨泵的前級泵，油環泵設計有油氣分離器，換熱器，止回閥等裝置。氣體由羅茨泵吸入，經油環泵第二次壓縮后進入油氣分離冷卻箱內，經油氣分離，氣體被排至大氣：箱內的油經冷卻后回到泵內。油環泵入口設有止回閥，防止停泵時，油返流至羅茨泵及真空系統。另外，油環泵設計有油箱，灰分和水蒸汽在油箱中被分離，沉淀，灰沉積在油箱的底部，可以很容易在線清洗，不影響生產運行。

3、機組的選型和設計計算

　　我廠使用的真空系統如圖1所示，油增壓泵的前級泵是一臺抽速為1556L/s 的RA7001羅茨泵，羅茨泵前級泵是三臺H150機械泵, 每臺抽速為150L/s，其中一臺作維持泵。在高真空階段，三臺機械泵都可以被切換到羅茨泵的前級。由于真空感應爐的極限真空和抽速是由三臺主泵(油噴射增壓泵)所決定的，因此在選配羅茨油環機組代替滑閥泵時，只要考慮所選的機組的抽速與原有的滑閥泵相同即可。

　　1.熔煉室　2.錠模室　3.油噴射增壓泵　4.過濾器　5.RA7001 羅茨泵　6.機械滑閥泵

　　圖1　改造前的真空機組

　　成套的國產的JLY-403羅茨油環機組的抽速為300L/s，由ZJ-300羅茨泵和2YK6油環泵組成。因此只需要一套羅茨油環機組就可代替二臺機械滑閥泵。油環機組中所配的油環泵的抽速為100L/s，因此在預抽階段，抽氣時間必然會延長。為了彌補油環泵抽速較小所引起的時間的延長，必須盡快使機組中的羅茨泵啟動。這就要提高油環機組中羅茨泵的進口壓強，這將使羅茨泵承受很大的壓差，因此必須設法提高ZJ-300羅茨泵的允許壓差。

　　用羅茨油環機組代替滑閥泵后的真空系統圖見圖2(選用二臺，一臺備用)。為了敘述和計算方便，我們稱原有的RA 7001羅茨泵為大羅茨泵，稱油環機組中的ZJ-300羅茨泵為小羅茨泵。

1.熔煉室　2.錠模室　3.油噴射增壓泵　4.過濾器　5. RA7001羅茨泵　6.機械滑閥泵

圖2　改造后的真空機組

　　下面對小羅茨泵的選用作相應的計算：如前所述，大羅茨泵的抽速為1550L/s，小羅茨泵的抽速為300L/s，大、小羅茨泵的配比為n1 =1556/300= 5.186，按原來使用的程序，大羅茨的啟動壓強為2133Pa(16 Torr)，則小羅茨的進口壓強為2133×5.186=11062Pa(83Torr)，小羅茨與油環泵間的配比為n2=300/100=3，小羅茨泵的出口壓強將要達到：P=11062×= 33186(250 Torr)，小羅茨泵的壓差為：33186-11062 = 22124(166 Torr) ，顯然,ZJ300型羅茨泵是難以承受這么大的壓差的。

　　為了解決這一難題，經與浙江真空設備集團有限公司咨詢、協商，利用該公司產品ZJ600 型羅茨泵(抽速600L/s) 降半速使用，即把原來的2極電動機改為4極電動機(機座相同) , 獲得該公司的大力支持。

　　經過改型的羅茨泵，降半速使用后抽速降低為300L/s，泵的允許壓差由原來的5332Pa( 40 Torr) 提高到9333Pa( 70 Torr ) ，短時間(3min內)允許壓差可提高到19950Pa( 150 Torr ) 。

　　另外，為了確保小羅茨泵長期穩定使用，將原機組中的大羅茨泵的啟動壓強重新較準為1600Pa( 12Torr)，則氣體經大羅茨泵壓縮后，大羅茨泵的出口壓強，即小羅茨泵的進口壓強為：1600×5.186= 8298Pa( 62 Torr )小羅茨泵進出口壓差為：8298×( 3- 1) = 16596Pa( 124 Torr)通過以上計算，可以看出，將ZJ600型羅茨泵降半速使用，小羅茨泵所承受的壓差在允許的范圍之內，完全可以滿足使用要求。改型后的羅茨泵型號為ZJ600D。

4、試驗和運行

　　在試驗時，真空機組啟動壓強設定如下：大羅茨泵( RA 7001)：1600Pa( 12 Torr )小羅茨泵( ZJ600D)：9600Pa( 72 Torr )

　　運行時，先啟動油環泵，打開相應的閥門，對熔煉室抽真空。15min后，熔煉室真空度達到133.3Pa( 1 Torr) 時，油噴射增壓泵即可開始工作。在試驗基礎上，又經過整個爐齡的冶煉運行，爐料中的灰分最后都被抽至油環泵的油箱內，很容易清除。一般地，兩個爐齡清洗一次油環泵的油箱，就能夠解決問題。由于油環機組對所使用的油不敏感，可以將舊油經沉淀后的重復使用，大大降低了運行費用。

5、結論

　　通過試驗和運行，可以得出如下結論：

　　(1) 在大型真空感應爐上，利用羅茨油環機組代替滑閥泵是完全可行的。

　　(2) 運行中，噪音比滑閥泵小。

　　(3) 由于油環泵結構比滑閥泵簡單得多，因此檢修、維護的工作量大大減少。

　　(4) 減少了滑閥泵零部件的耗損，降低了運行費用，提高了前級泵工作可靠性。