RH真空精煉爐防爆燃研究與應用

陳傳盛，孟憲飛

（1.山鋼集團萊鋼設備檢修中心，山東萊蕪 271104；2.山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠，山東萊蕪 271104）

RH真空精煉爐防爆燃研究與應用

陳傳盛1，孟憲飛2

（1.山鋼集團萊鋼設備檢修中心，山東萊蕪 271104；2.山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠，山東萊蕪 271104）

通過RH真空精煉爐在預熱位烘烤時有可能發生煤氣爆燃的事故研究分析，設計制作一種采用輸送填充氮氣等惰性氣體進入熱彎管的裝置，以驅散、隔絕正在燃燒的氧氣、煤氣，進而阻止煤氣、氧氣堆積在熱彎管內發生爆燃事故的可能，輸送氮氣的裝置采用氣缸推動壓緊固定在熱彎管上，提高密封性和安全性。

RH真空精煉爐；預熱；煤氣烘烤；爆燃；填充氮氣

引言

目前煉鋼廠有2座RH真空精煉爐，屬真空脫氣設備，主要燃氣介質為焦爐煤氣及氧氣，產量145萬t/年，真空抽氣能力600 kg/h；焦爐煤氣消耗500 m3/h；吹氧能力1600 m3/h；熱彎管長度5800 mm；烘烤溫度800～1450℃。RH精煉主要通過鋼水的環流實現對成分、溫度的微調、夾雜物的上浮；在較高真空度下進行脫氫處理，可以處理對氣體含量有較高要求的鋼種，為合金冶煉的關鍵設備。冶煉前真空精煉爐采用煤氣烘烤真空槽和熱彎管，烘烤后真空槽伸入鋼包鋼水內部實施冶煉。由于煤氣中含有CO等成分，烘烤過程中熱彎管遇煤氣與氧含量過高堆積易發生爆炸，造成重大安全事故。對烘烤煤氣裝置進行研究改善，就顯得尤為重要。

1 現狀及問題分析

真空槽、熱彎管先在預熱位進行低溫烘烤，去除耐材水分。用橫移臺車載有真空槽、熱彎管處于烘烤位，預熱槍從熱彎管頂部伸入，然后通入煤氣、氧氣對熱彎管、真空槽烘烤。此時，熱彎管與抽真空系統的膨脹伸縮節脫開，熱彎管連接口處于敞開狀態，通常情況下，會在熱彎管連接口法蘭面安裝一個防火蓋進行封閉來防止烘烤煙氣從熱彎管溢出。由于熱彎管封閉區域較長、烘烤時間久，煤氣和少量氧氣堆積、聚集在熱彎管的長區域內，易發生爆炸起火，熱彎管連接口的防火蓋極易沖擊脫落傷人，給生產安全等帶來不利影響。

如圖1、圖2所示，真空槽熱彎管處于烘烤位時，預熱槍噴出氧氣和燃燒煤氣預熱熱彎管。其中燃燒不充分的煤氣，在熱彎管內的堆積，特別是在熱彎管連接口及熱彎管U型的長區域內堆積，達到一定濃度后，明火引燃煤氣，發生爆炸事故，會將防火蓋沖擊脫落、頂出傷人。

2 對策制定

通過分析研究，有可能引起爆燃事故的原因為熱彎管內的無法排出聚集的煤氣，濃度愈積愈高，導致預熱槍噴出的明火引燃煤氣，引發爆炸。解決本問題，首先考慮如何排出聚集的煤氣，減少堆積的隱患，阻斷明火和燃燒不充分煤氣、氧氣的接觸，從根本上解決爆燃事故的發生。

圖1 RH真空精煉爐結構圖

圖2 RH真空精煉爐熱彎管煤氣聚集圖

經研究決定，采用輸送填充氮氣等惰性氣體進入熱彎管的方式，驅散、隔絕正在預熱燃燒的氧氣、煤氣，阻止煤氣、氧氣堆積在熱彎管內發生爆燃事故，提高真空精煉預熱的安全穩定性。為了降低控制成本，惰性氣體用常見的氮氣作為隔絕中介物。設計便于控制的氮氣輸送裝置。

圖3 氮氣填充防爆燃示意圖

3 氮氣輸送裝置的設計

3.1 整體架構的設計

為了便于提高氮氣輸送裝置的穩定性和真空精煉爐的工作效率，氮氣輸送裝置采用集成整體式設計，將其安裝固定在預熱位熱彎管連接口所在位置。真空精煉前，移動臺車載著熱彎管進入預熱位，氮氣裝置采取與熱彎管連接口自動對接的方式，電磁閥控制氮氣氣源自動輸送氮氣進入熱彎管，并填充熱彎管內部的空間，氮氣在熱彎管內壓力保持在1.01個大氣壓強。預熱槍預熱時，噴射出的煤氣、氧氣等混合燃氣被填充氮氣包裹，燃燒不充分燃氣不再進入熱彎管的長區域發生煤氣堆積。

圖4 氮氣裝置安裝位置示意圖

圖5 氮氣裝置的結構圖

3.2 氮氣密封蓋板的設計

封堵熱彎管連接口的防火蓋，設計采用半球形厚20 mm的空心半球蓋扣壓在連接口上。半球蓋內部安裝保溫材料，外沿采用保溫材料作為密封條密封熱彎管連接口。

3.3 氣動壓緊回路的設計

RH真空精煉爐高溫冶煉環境有煤氣等較為復雜，首選壓縮空氣驅動氣缸壓緊半球蓋輸送氮氣，設計換向閥聯通0.7 MPa空氣壓力源驅動4個氣缸。

4 氮氣裝置的應用

4.1 使用前的準備

氮氣裝置的半球蓋能否精確對準熱彎管連接口是下一步預熱工作的關鍵。提前在預熱位移動臺車道軌上安裝機械限位，確保移動臺車載著熱彎管進入預熱位后，氣缸能夠準確壓緊半球蓋。

4.2 熱彎管預熱過程

（1）移動臺車進入預熱位，打開換向閥，4個氣缸活塞桿伸出頂住半球蓋壓靠在熱彎管連接口上，氣缸一直處于伸出狀態；

（2）打開電磁閥，氮氣從氮氣氣源管經電磁閥、氮氣管進入半球蓋，進入熱彎管中，保持電磁閥打開狀態；

（3）預熱槍從熱彎管頂部伸入，通入煤氣、氧氣對熱彎管、真空槽烘烤；熱量經由熱彎管內氮氣傳播擴散到熱彎管內壁加熱烘烤；

（4）預熱烘烤結束，預熱槍伸出熱彎管；（5）關閉電磁閥，氮氣停止進入熱彎管；（6）關閉換向閥，4個氣缸泄壓，半球蓋松開與熱彎管連接口的接觸；

（7）移動橫移臺車至工作位，進行冶煉。

4.3 氮氣裝置的維護

半球形防火蓋的密封性能和氮氣輸入量為本裝置能否正常發揮作用的關鍵因素。點檢設備確保氣缸的性能優異，氮氣正常輸入，為設備維護人員和精煉冶煉操作人員共同的責任。

5 結論

通過可能引起爆燃事故的研究，以及防止爆燃裝置的實際應用，在預熱位安裝氮氣防爆燃裝置，通過氣缸活塞桿推動半球蓋緊靠熱彎管連接口，并控制輸送氮氣進入熱彎管，以填充方式驅散隔絕正在預熱燃燒的氧氣、煤氣，阻止其堆積在熱彎管內。填充的氮氣代替了煤氣，燃燒的熱量通過氮氣傳熱至熱彎管內壁，不影響預熱效果，還降低了煤氣消耗，節約了成本。防爆燃的方法采用自動化操作，節約了人力，提高了工作效率，徹底消除了由于煤氣堆積有可能發生燃爆事故的設備隱患，提高了RH真空精煉冶煉生產的安全穩定性。

The Research and App lication of Anti-exp losion in RH Vacuum Refining Furnace

CHEN Chuansheng1，MENG Xianfei2
(1.The Equipment Repair Center of Laiwu Steel,Shangang；2.The Power Plant of Laiwu Steel,Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

Through analysis of possible gas explosion accident in RH refining furnace during baking at the preheating position,a device to deliver filling nitrogen and other inert gases into the heat pipe was designed,to disperse and isolate the burning oxygen and gas so as to prevent them accumulating and exploding in the hot bend pipe.The device of conveying nitrogen adopts cylinder pushing,pressed and fixed on the hot pipe to improve the sealing and safety effect.

RH refining furnace,preheat,gas baking,explode,filling nitrogen

TF088

B

1006-6764(2018)01-0024-03

2016－10－11

陳傳盛（1984－），男，2007年畢業于安徽工業大學機械設計制造及其自動化專業，工程師，現從事冶金設備維護工作。