RH 精煉爐真空系統穩定性的研究

杜雨時

（唐山不銹鋼有限責任公司，河北 唐山 063105）

1 前言

RH 精煉爐是一種利用真空環境進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成本、保證精煉效果、提高生產效率等特點，是提高鋼種附加價值的主要生產方式。真空系統（由真空泵、冷卻系統、抽氣管線、汽水系統和排水系統組成）是RH 精煉爐裝置的靈魂，真空抽取的速度和真空系統穩定性的保持直接影響著高強度汽車鋼的產量。[1]唐鋼不銹鋼公司的RH 精煉爐于2014 年籌建，2015 年正式投產。由于是一個從未接觸過的領域，在RH 爐投產后的生產過程中，出現了各種復雜的問題，其中保障真空度成為了重中之重。根據公司規程體系文件（TB1-LG-0202 第一版）RH 技術規程要求，超低碳鋼標準真空度≤2mbar。2020 年一、二季度，隨著產量的不斷提高，真空泵組開始出現停泵、尤其以羅茨泵停泵為主，停泵后造成冶煉過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，造成鋼水質量降低而改判，5 月份最多時候出現停5 臺羅茨泵的情況，24 臺羅茨泵運行的效率僅為79%，而2020 年1-5 月份RH 因真空系統造成E 類事故2 次，總停機時間278 分鐘，連鑄異常降速2 次，占RH 精煉爐設備總異常的18%，為了穩定生產節奏，生產高品質鋼種，真空泵停泵的問題需要進行解決。[2]

2 真空系統介紹

唐山鋼鐵集團不銹鋼公司2015 年竣工一座雙工位的RH 精煉爐，單工位設計冶煉能力為110t，主要負責生產SPHETi-3 汽車骨架用鋼，SPHD、SPHE 與IF 超低碳鋼，DP780C 與DP980C 等高強汽車鋼，H220Y 與H220BH 等磷強化超低碳深沖鋼。產品質量已經領先國內90%的鋼鐵企業，并以寶山鋼鐵、韓國浦項制鐵等國際一流汽車鋼生產公司作為目標，致力于生產世界一流汽車鋼。在整個冶煉過程中，RH 精煉爐煉鋼主要在預熱24 小時的耐火材料真空槽中進行。[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L 形熱彎管和氣體冷卻器與真空泵裝置系統相連。氧氣槍用于預熱真空罐并吹氧，在冶煉過程中通過真空攝像機觀察真空罐內部情況，啟動真空泵系統裝置，由于真空罐內部壓強低于大氣壓強，鋼水通過浸漬管被吸入真空罐。在真空狀態中，鋼水通過提升管路連續排入真空罐，并通過下降管路返回到鋼包。啟動真空泵裝置后，真空罐內的鋼水環流形成時間約為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產生強的湍流。鋼水從下降管流入鋼包，流速降低，然后緩慢流到鋼包底部，接著會向上加速流到上升管。整個冶煉過程是在真空條件中進行的，在目前的條件下，開始冶煉后必須發現并處理真空系統泄漏，發現和處理泄漏點的時間是不可控的。鋼水已經多次由于真空度沒有達到標準而導致鋼水內部含碳量高，這對生產計劃的實施造成了重大影響。

RH 爐由A、B 兩個冶煉工位、一套機械式真空泵系統及連接管線組成，A、B 兩個工位交替生產。主體設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的阻火板連接。

3 影響真空度的主要因素

在實際生產中，造成真空系統故障的原因是多方面的，由于RH 真空設備的特殊性，很多故障難以判斷和發現，因此在判斷設備故障的過程中需要大量的精力和時間，RH 真空系統的一些故障導致真空度偏高。若達不到生產要求，必須停止生產檢查處理，嚴重影響訂單的兌現和生產的連續性，要確保RH 真空系統高效穩定運行，首先要了解真空系統故障的原因，根據現場實際情況分析，蒸汽真空系統故障的原因有以下幾點。

3.1 真空系統外漏

真空系統的外部泄漏是指在抽真空過程中與大氣接觸的真空管及相關聯的鏈接設備存在間隙、孔洞、裂縫等問題，空氣進入真空管線的現象。真空系統外泄現象在實際生產中非常普遍，主要是空氣進入真空管線后氣體量增加，抽氣平衡被破壞，每單位時間的氣體量超過真空泵設計的抽氣能力，達不到設計的真空度要求真空度在一定的值下不會下降。一方面，單獨的大漏點很容易檢查。另一方面，如果漏的是多個小漏點的話，檢查會很麻煩，而且很耗費精力。

3.2 真空系統設備問題

真空系統是一個沒有運動部件的封閉系統，由多個單級泵、冷凝器和閥門串聯和并聯組成。水主要用作工作介質，這一特點也使得故障發生后很難判斷故障的實際位置，只有在逐步檢查之后，才能確定故障的具體位置，因此導致搜索時間更長。真空系統設備故障原因歸納如下：

1.真空泵體問題。在整個鋼水處理過程中，系統真空度隨鋼水流量的減小而增大。處理前，系統真空度低，放氣量大。筆者認為有必要增加前級泵的泵送能力。通常，多臺泵并聯使用，以提高系統的抽真空能力。為了減少蒸汽消耗和節約能源，需要關閉前級的多個并聯泵。因此，羅茨泵和螺桿泵泵體在高溫、高速蒸汽沖刷條件下長期磨損本體會產生裂痕，管道會產孔洞，導致真空度無法下降到2mbr 以下，不能滿足工藝要求。

2.設備位置偏移。由于RH 生產過程中的真空槽可能發生振蕩，長時間振蕩會磨損密封性，管道同心度與活動連接位置的偏差，以及其他相關裝置的位移。影響真空效果。同時，導致真空度升高延遲的一個重要因素是真空系統關鍵裝置中真空泵霧化器的高度同心度，在安裝泵體時必須保證準確定位和安裝質量。

（1）現場對氣囊破損的位置進行統計、破損位置進行切口觀察鑄造情況。氣囊不是整體鑄造，膠粘位置強度不足，容易發生破裂。

（2）密封盒積渣未得到及時清理，導致補償器伸縮速度慢，高溫熱氣烘烤密封圈時間長，造成密封圈失效。

（3）密封條安裝到座孔時，環境溫度急劇上升導致密封條膨脹，從凹槽中擠出，需要對密封條進行多次切割、調整。

（4）經過查閱資料，現用密封膠耐熱溫度為260 度，使用環境溫度在220-300 度之間。在密封漏氣時拆解人孔發現密封膠已經軟化、變性，并因為壓力差而被擠出結合面處。影響范圍大、處理困難。

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

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

（7）反沖洗過濾器堵塞，造成所有真空泵冷卻水流量不足，導致真空泵溫高停機，嚴重影響抽真空能力。

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、冶煉雜質沉積機械卡組等只要找到影響這些問題的根源進行解決，即可降低真空泵本體故障時間。

4 對應改善策略

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

2.完善崗位規程，每次更換熱彎管或者發生噴濺事故后，對密封盒進行拆解、清理。

3.制定密封條更換維修作業標準，根據溫差變化和密封條膨脹系數確定密封條切割長度，避免線上人為調節造成密封條出現缺口。

4.重新對密封膠進行選型，由耐熱260 度改為耐熱400 度。

5.將該吹掃程序時間由5S 修改為300 秒，且HMI數據可根據生產實際情況進行調整。若連鑄機澆鑄大段面，生產節奏緊張，爐次間隔達不到300 秒，可通過現場提升操作面板按鈕提前結束反吹，進入抽真空模式。每個冶煉批次結束后，真空泵要求運行2 小時候后才可以停泵，所以默認7200 秒反吹。同時也可以手動修改。

6.完善點檢標準，增加氣冷器檢查標準、清理作業標準。增加反沖洗過濾器檢查、清理標準。

5 效果驗證

不銹鋼RH 精煉爐真空系統運行越來越穩定，真空系統主體設備故障率由1-5 月份的平均55.6 分鐘降低至0 分鐘，生產降效異常停機次數也由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程中破裂，造成2 爐真空度超過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真空度4.9mbar，交班未確認放灰閥密封面狀態。整改冶煉過程中，真空度合格率99.2%（詳情見圖1）。

圖1 2020 年度RH 真空系統故障生產降效次數

直接經濟效益測算：

2020 年1-5 月真空泵停泵造成的事故總時間為278 分鐘，平均每月278 分鐘/5 個月=55.6 分鐘，為滿足生產要求特定目標未0 分鐘/月。

效益測算（月利潤）：278 分鐘/35 分鐘每爐鋼×110t×155 元/噸凈利潤=135425 元

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

合計直接效益：135425 元+20925 元=156350 元

材料費：管材費用9500 元+閥門及彎頭約10000 元

人工費：6 人×5 天×7 小時×55 元/小時=11550 元

過濾器費用：24 個×400 元/個=9600 元

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

間接效益：RH 真空泵的穩定運行間接降低了整體的真空度，滿足2mbr 的生產需求、穩定生產節奏提高鋼水質量。

6 結語

通過總結、分析和現場實踐，解決了rh 精煉爐波動大、不穩定、不符合真空要求等問題，在不到一年的時間內實現了RH 真空系統的高效穩定運行，保證了各類鋼的生產質量，真空設備的穩定運行率達到99%，真空率達到98%以上。確保右側真空系統穩定運行的措施有：

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

2.生產前對介質進行確認。生產前通知動力系統將冷卻水流量、壓力、溫度穩定在要求的范圍。

3.耐材修砌的檢查。真空槽修砌過程中必須按照砌筑要求和標準進行，必須把真空槽內部，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法蘭面，并保持平整，上線煉鋼之前要對精煉工、相關方和設備管理人員進行確認，確保無誤后才能上線生產。[4]

4.生產前清空真空管。由于在生產之前。真空槽長時間烘烤過程中內部氣體燃燒和耐材內部的水份產生的水蒸汽冷凝液化附著在管式冷卻器和板式冷卻器上，生產中抽氣時真空泵轉速降低。因此，在處理鋼水之前，應排空真空管道中的水。