RH精煉爐真空系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究

杜雨時(shí)

摘 要 本文以唐山鋼鐵集團(tuán)不銹鋼公司為例，分析RH真空系統(tǒng)存在的問(wèn)題，并提出對(duì)應(yīng)的改善措施，以期對(duì)提高RH精煉爐真空抽取的速度及真空系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供幫助，以保證設(shè)備的正常使用，為穩(wěn)定順利生產(chǎn)打下基礎(chǔ)，從而提高生產(chǎn)效率，降低維護(hù)成本。

關(guān)鍵詞 RH精煉爐 抽真空 真空泵 密封氣囊 反沖洗過(guò)濾器

中圖分類號(hào)：TF748 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）01-0118-03

1 前言

RH精煉爐是一種利用真空環(huán)境進(jìn)行脫碳的二次精煉方式，是一種重要的爐外精煉的方法，它可以有效地降低生產(chǎn)成本、保證精煉效果、提高生產(chǎn)效率等特點(diǎn)，是提高鋼種附加價(jià)值的主要生產(chǎn)方式。真空系統(tǒng)（由真空泵、冷卻系統(tǒng)、抽氣管線、汽水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)組成）是RH精煉爐裝置的靈魂，真空抽取的速度和真空系統(tǒng)穩(wěn)定性的保持直接影響著高強(qiáng)度汽車鋼的產(chǎn)量。[1]唐鋼不銹鋼公司的RH精煉爐于2014年籌建，2015年正式投產(chǎn)。由于是一個(gè)從未接觸過(guò)的領(lǐng)域，在RH爐投產(chǎn)后的生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)了各種復(fù)雜的問(wèn)題，其中保障真空度成為了重中之重。根據(jù)公司規(guī)程體系文件（TB1-LG-0202第一版）RH技術(shù)規(guī)程要求，超低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)真空度≤2mbar。2020年一、二季度，隨著產(chǎn)量的不斷提高，真空泵組開(kāi)始出現(xiàn)停泵、尤其以羅茨泵停泵為主，停泵后造成冶煉過(guò)程中整體真空度下降，真空抽不下去連鑄降速、連鑄拉下等異常事件，造成鋼水質(zhì)量降低而改判，5月份最多時(shí)候出現(xiàn)停5臺(tái)羅茨泵的情況，24臺(tái)羅茨泵運(yùn)行的效率僅為79%，而2020年1-5月份RH因真空系統(tǒng)造成E類事故2次，總停機(jī)時(shí)間278分鐘，連鑄異常降速2次，占RH精煉爐設(shè)備總異常的18%，為了穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏，生產(chǎn)高品質(zhì)鋼種，真空泵停泵的問(wèn)題需要進(jìn)行解決。[2]

2 真空系統(tǒng)介紹

唐山鋼鐵集團(tuán)不銹鋼公司2015年竣工一座雙工位的RH精煉爐，單工位設(shè)計(jì)冶煉能力為110t，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)SPHETi-3汽車骨架用鋼，SPHD、SPHE與IF超低碳鋼，DP780C與DP980C等高強(qiáng)汽車鋼，H220Y與H220BH等磷強(qiáng)化超低碳深沖鋼。產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)領(lǐng)先國(guó)內(nèi)90%的鋼鐵企業(yè)，并以寶山鋼鐵、韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵等國(guó)際一流汽車鋼生產(chǎn)公司作為目標(biāo)，致力于生產(chǎn)世界一流汽車鋼。在整個(gè)冶煉過(guò)程中，RH精煉爐煉鋼主要在預(yù)熱24小時(shí)的耐火材料真空槽中進(jìn)行。[3]真空罐底部是兩根浸漬耐火材料的管道。真空罐上部通過(guò)L形熱彎管和氣體冷卻器與真空泵裝置系統(tǒng)相連。氧氣槍用于預(yù)熱真空罐并吹氧，在冶煉過(guò)程中通過(guò)真空攝像機(jī)觀察真空罐內(nèi)部情況，啟動(dòng)真空泵系統(tǒng)裝置，由于真空罐內(nèi)部壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)，鋼水通過(guò)浸漬管被吸入真空罐。在真空狀態(tài)中，鋼水通過(guò)提升管路連續(xù)排入真空罐，并通過(guò)下降管路返回到鋼包。啟動(dòng)真空泵裝置后，真空罐內(nèi)的鋼水環(huán)流形成時(shí)間約為0.5分鐘至1分鐘。尤其是在低真空條件下，上升管和下降管間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的湍流。鋼水從下降管流入鋼包，流速降低，然后緩慢流到鋼包底部，接著會(huì)向上加速流到上升管。整個(gè)冶煉過(guò)程是在真空條件中進(jìn)行的，在目前的條件下，開(kāi)始冶煉后必須發(fā)現(xiàn)并處理真空系統(tǒng)泄漏，發(fā)現(xiàn)和處理泄漏點(diǎn)的時(shí)間是不可控的。鋼水已經(jīng)多次由于真空度沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)而導(dǎo)致鋼水內(nèi)部含碳量高，這對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施造成了重大影響。

RH爐由A、B兩個(gè)冶煉工位、一套機(jī)械式真空泵系統(tǒng)及連接管線組成，A、B兩個(gè)工位交替生產(chǎn)。主體設(shè)備包括真空槽和氧槍座孔密封盒，上部槽分為上部槽和下部槽，下部槽連接浸漬管，上部槽連接L型熱彎管，上部槽受料口與下料系統(tǒng)的阻火板連接。

3 影響真空度的主要因素

在實(shí)際生產(chǎn)中，造成真空系統(tǒng)故障的原因是多方面的，由于RH真空設(shè)備的特殊性，很多故障難以判斷和發(fā)現(xiàn)，因此在判斷設(shè)備故障的過(guò)程中需要大量的精力和時(shí)間，RH真空系統(tǒng)的一些故障導(dǎo)致真空度偏高。若達(dá)不到生產(chǎn)要求，必須停止生產(chǎn)檢查處理，嚴(yán)重影響訂單的兌現(xiàn)和生產(chǎn)的連續(xù)性，要確保RH真空系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行，首先要了解真空系統(tǒng)故障的原因，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，蒸汽真空系統(tǒng)故障的原因有以下幾點(diǎn)。

3.1 真空系統(tǒng)外漏

真空系統(tǒng)的外部泄漏是指在抽真空過(guò)程中與大氣接觸的真空管及相關(guān)聯(lián)的鏈接設(shè)備存在間隙、孔洞、裂縫等問(wèn)題，空氣進(jìn)入真空管線的現(xiàn)象。真空系統(tǒng)外泄現(xiàn)象在實(shí)際生產(chǎn)中非常普遍，主要是空氣進(jìn)入真空管線后氣體量增加，抽氣平衡被破壞，每單位時(shí)間的氣體量超過(guò)真空泵設(shè)計(jì)的抽氣能力，達(dá)不到設(shè)計(jì)的真空度要求真空度在一定的值下不會(huì)下降。一方面，單獨(dú)的大漏點(diǎn)很容易檢查。另一方面，如果漏的是多個(gè)小漏點(diǎn)的話，檢查會(huì)很麻煩，而且很耗費(fèi)精力。

3.2 真空系統(tǒng)設(shè)備問(wèn)題

真空系統(tǒng)是一個(gè)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件的封閉系統(tǒng)，由多個(gè)單級(jí)泵、冷凝器和閥門(mén)串聯(lián)和并聯(lián)組成。水主要用作工作介質(zhì)，這一特點(diǎn)也使得故障發(fā)生后很難判斷故障的實(shí)際位置，只有在逐步檢查之后，才能確定故障的具體位置，因此導(dǎo)致搜索時(shí)間更長(zhǎng)。真空系統(tǒng)設(shè)備故障原因歸納如下：

1.真空泵體問(wèn)題。在整個(gè)鋼水處理過(guò)程中，系統(tǒng)真空度隨鋼水流量的減小而增大。處理前，系統(tǒng)真空度低，放氣量大。筆者認(rèn)為有必要增加前級(jí)泵的泵送能力。通常，多臺(tái)泵并聯(lián)使用，以提高系統(tǒng)的抽真空能力。為了減少蒸汽消耗和節(jié)約能源，需要關(guān)閉前級(jí)的多個(gè)并聯(lián)泵。因此，羅茨泵和螺桿泵泵體在高溫、高速蒸汽沖刷條件下長(zhǎng)期磨損本體會(huì)產(chǎn)生裂痕，管道會(huì)產(chǎn)孔洞，導(dǎo)致真空度無(wú)法下降到2mbr以下，不能滿足工藝要求。

2.設(shè)備位置偏移。由于RH生產(chǎn)過(guò)程中的真空槽可能發(fā)生振蕩，長(zhǎng)時(shí)間振蕩會(huì)磨損密封性，管道同心度與活動(dòng)連接位置的偏差，以及其他相關(guān)裝置的位移。影響真空效果。同時(shí)，導(dǎo)致真空度升高延遲的一個(gè)重要因素是真空系統(tǒng)關(guān)鍵裝置中真空泵霧化器的高度同心度，在安裝泵體時(shí)必須保證準(zhǔn)確定位和安裝質(zhì)量。

（1）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)氣囊破損的位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、破損位置進(jìn)行切口觀察鑄造情況。氣囊不是整體鑄造，膠粘位置強(qiáng)度不足，容易發(fā)生破裂。

（2）密封盒積渣未得到及時(shí)清理，導(dǎo)致補(bǔ)償器伸縮速度慢，高溫?zé)釟夂婵久芊馊r(shí)間長(zhǎng)，造成密封圈失效。

（3）密封條安裝到座孔時(shí)，環(huán)境溫度急劇上升導(dǎo)致密封條膨脹，從凹槽中擠出，需要對(duì)密封條進(jìn)行多次切割、調(diào)整。

（4）經(jīng)過(guò)查閱資料，現(xiàn)用密封膠耐熱溫度為260度，使用環(huán)境溫度在220-300度之間。在密封漏氣時(shí)拆解人孔發(fā)現(xiàn)密封膠已經(jīng)軟化、變性，并因?yàn)閴毫Σ疃粩D出結(jié)合面處。影響范圍大、處理困難。

（5）泵組反吹時(shí)間短，不能將轉(zhuǎn)子上的積灰吹掃干凈。積灰造成轉(zhuǎn)子卡阻，停泵，影響抽真空能力。

（6）氣冷器冷卻水管內(nèi)壁有水垢、外壁有積灰，在冷卻能力下降，造成二級(jí)泵停機(jī)，從而導(dǎo)致整組泵停機(jī)，嚴(yán)重影響抽真空能力。

（7）反沖洗過(guò)濾器堵塞，造成所有真空泵冷卻水流量不足，導(dǎo)致真空泵溫高停機(jī)，嚴(yán)重影響抽真空能力。

影響RH真空泵停泵的諸多因素有管路銹蝕，濾芯堵塞、回水壓差大，冷卻效果不好，真空泵組溫度超標(biāo)、冶煉雜質(zhì)沉積機(jī)械卡組等只要找到影響這些問(wèn)題的根源進(jìn)行解決，即可降低真空泵本體故障時(shí)間。

4 對(duì)應(yīng)改善策略

1.與氣囊生產(chǎn)廠家技術(shù)人員共同改善鑄造工藝，將氣囊鑄造為整體形勢(shì)，鑄造冒口選在氣囊進(jìn)氣口位置，使得整體強(qiáng)度滿足使用要求。

2.完善崗位規(guī)程，每次更換熱彎管或者發(fā)生噴濺事故后，對(duì)密封盒進(jìn)行拆解、清理。

3.制定密封條更換維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)溫差變化和密封條膨脹系數(shù)確定密封條切割長(zhǎng)度，避免線上人為調(diào)節(jié)造成密封條出現(xiàn)缺口。

4.重新對(duì)密封膠進(jìn)行選型，由耐熱260度改為耐熱400度。

5.將該吹掃程序時(shí)間由5S修改為300秒，且HMI數(shù)據(jù)可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。若連鑄機(jī)澆鑄大段面，生產(chǎn)節(jié)奏緊張，爐次間隔達(dá)不到300秒，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)提升操作面板按鈕提前結(jié)束反吹，進(jìn)入抽真空模式。每個(gè)冶煉批次結(jié)束后，真空泵要求運(yùn)行2小時(shí)候后才可以停泵，所以默認(rèn)7200秒反吹。同時(shí)也可以手動(dòng)修改。

6.完善點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)，增加氣冷器檢查標(biāo)準(zhǔn)、清理作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。增加反沖洗過(guò)濾器檢查、清理標(biāo)準(zhǔn)。

5 效果驗(yàn)證

不銹鋼RH精煉爐真空系統(tǒng)運(yùn)行越來(lái)越穩(wěn)定，真空系統(tǒng)主體設(shè)備故障率由1-5月份的平均55.6分鐘降低至0分鐘，生產(chǎn)降效異常停機(jī)次數(shù)也由2-6月份的平均每月2次降低至目前的0次。B工位氧槍密封氣囊在冶煉過(guò)程中破裂，造成2爐真空度超過(guò)2mbar，其余110爐真空度全部合格，合格率98%。A工位交班爐次冶煉時(shí)真空度4.9mbar，交班未確認(rèn)放灰閥密封面狀態(tài)。整改冶煉過(guò)程中，真空度合格率99.2%（詳情見(jiàn)圖1）。

直接經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算：

2020年1-5月真空泵停泵造成的事故總時(shí)間為278分鐘，平均每月278分鐘/5個(gè)月=55.6分鐘，為滿足生產(chǎn)要求特定目標(biāo)未0分鐘/月。

效益測(cè)算（月利潤(rùn)）：278分鐘/35分鐘每爐鋼×

110t×155元/噸凈利潤(rùn)=135425元

2020年1-6月份共計(jì)9次真空泵降效，共計(jì)9爐鋼，連鑄降速生產(chǎn)平均每爐鋼15分鐘，合計(jì)影響產(chǎn)量15分鐘*9爐*1噸鋼=135噸鋼，每噸鋼平均利潤(rùn)155元，合計(jì)135噸鋼×155元/噸鋼=20925元。

合計(jì)直接效益：135425元+20925元=156350元

材料費(fèi)：管材費(fèi)用9500元+閥門(mén)及彎頭約10000元

人工費(fèi)：6人×5天×7小時(shí)×55元/小時(shí)=11550元

過(guò)濾器費(fèi)用：24個(gè)×400元/個(gè)=9600元

總效益=156350-9500-10000-11550-9600= 115700元

間接效益：RH真空泵的穩(wěn)定運(yùn)行間接降低了整體的真空度，滿足2mbr的生產(chǎn)需求、穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏提高鋼水質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)總結(jié)、分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，解決了rh精煉爐波動(dòng)大、不穩(wěn)定、不符合真空要求等問(wèn)題，在不到一年的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了RH真空系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，保證了各類鋼的生產(chǎn)質(zhì)量，真空設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行率達(dá)到99%，真空率達(dá)到98%以上。確保右側(cè)真空系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的措施有：

1.法蘭面接觸的鏈接部位密封檢查和維護(hù)。在密封件安裝法蘭面接觸件之前，必須檢查法蘭面平面，接觸面必須無(wú)灰塵和雜物，密封介質(zhì)必須良好無(wú)損壞，卡口或螺釘必須均勻受力，連接后必須涂抹密封膠和膠帶，以防止生產(chǎn)過(guò)程中泄漏。建立使用過(guò)程中不同部件的定期更換、檢查和維護(hù)臺(tái)帳。

2.生產(chǎn)前對(duì)介質(zhì)進(jìn)行確認(rèn)。生產(chǎn)前通知?jiǎng)恿ο到y(tǒng)將冷卻水流量、壓力、溫度穩(wěn)定在要求的范圍。

3.耐材修砌的檢查。真空槽修砌過(guò)程中必須按照砌筑要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，必須把真空槽內(nèi)部，耐材表面的粘連鋼渣清理干凈，接觸部位的耐材磚不能超過(guò)法蘭面，并保持平整，上線煉鋼之前要對(duì)精煉工、相關(guān)方和設(shè)備管理人員進(jìn)行確認(rèn)，確保無(wú)誤后才能上線生產(chǎn)。[4]

4.生產(chǎn)前清空真空管。由于在生產(chǎn)之前。真空槽長(zhǎng)時(shí)間烘烤過(guò)程中內(nèi)部氣體燃燒和耐材內(nèi)部的水份產(chǎn)生的水蒸汽冷凝液化附著在管式冷卻器和板式冷卻器上，生產(chǎn)中抽氣時(shí)真空泵轉(zhuǎn)速降低。因此，在處理鋼水之前，應(yīng)排空真空管道中的水。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李英濤，渠超.轉(zhuǎn)爐煉鋼的新型自動(dòng)化機(jī)械控制技術(shù)初探[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2017（09）：76.

[2] 魏翔.轉(zhuǎn)爐煉鋼RH精煉爐發(fā)展過(guò)程[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（26）：59.

[3] 張亮亮，李月欣，王強(qiáng)，等.轉(zhuǎn)爐煉鋼中的常見(jiàn)問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（13）： 1228.

[4] 丁中.RH真空系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的研究與實(shí)踐[J].金屬世界，2012（15）：59.