原作者:张洪钢 唐同炜 刘仁华 出处:(第二炼钢厂)
【论文摘要】介绍了武钢第二炼钢厂2号RH真空处理装置在线加热系统改造为煤气加热系统的情况，以及改造后对提高钢水质量、降低生产成本等方面取得的成效。
武钢第二炼钢厂2号RH真空处理装置1988年从前联邦德国引进，设计能力为年处理钢水量50万t。这套装置通过蒸汽喷射泵对真空室抽真空，在大气压差和引入的驱动气体膨胀做功的作用下，推动钢液经上升管进入真空室底部，再经下降管返回盛钢桶中，形成钢水循环，从而在真空条件下对钢水进行脱碳、脱氧、合金化、净化和减少钢中夹杂等的钢质精炼处理。它是武钢生产优质钢材的关键设备。二炼钢厂在不断消化吸收国外先进技术的基础上，对这套设备的在线加热系统进行了改造，并取得成功。
1 改造前的电加热装置
2号RH真空处理装置原设计为在线电加热。通过安装在真空室中部的石墨电极两端与直流电联接，将电能转变为热能，保证真空室内壁温度维持在1100℃左右(见图1)。
图1 2号RH真空处理装置电加热示意图
图2 改造前所采用的真空室电加热保温方式
图3 改造后所采用的真空室煤气加热保温方式
图4 在线煤气加热系统加装氮封
图5 加装遥控煤气加热装置
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电加热能防止真空室结瘤，避免合金孔和烘烤孔堵塞，还能避免真空室内衬因急冷急热引起的剥落。但是， 它存在着致命的缺点，在处理钢水过程中，因电极断裂落入钢水中，引起钢水增碳的事故时有发生。因此，造成钢水碳含量波动范围大,很难适应超低碳钢的生产和对钢种成份范围越来越窄的工艺要求。另外，耗电量大，每年耗电2.92×106kWh。电极消耗高，平均每天消耗三套电极。工人劳动强度大，耗时长且成本高，越来越不能适应连续生产和市场激烈竞争的要求。
目前，国外类似设备普遍应用天然气/氧气加热装置取代电加热装置进行在线加热。如英国Part Talbot工厂，在1993年进行了此种改造，在降低能源消耗方面取得了令人瞩目的成效。
1996年8月，武钢第二炼钢厂对2号RH真空处理进行了焦炉煤气/氧气在线加热取代电加热的技术改造，并且一次试车成功。
2 在线加热改造
2.1 将在线电加热改造为焦炉煤气/氧气加热
武钢第二炼钢厂2号RH设计为两个真空室交替处理钢水；A室在线处理钢水时,只能使用电加热,同时B室在待机位置用煤气加热(见图2)。
取消了电加热装置后，处于处理位置的真空室在处理钢水的间隙时间内，只需使用改造前只能在待机位置使用的焦炉煤气/氧气加热装置——烘烤枪进行加热作业，并能可靠地消除真空室内壁的钢渣结瘤。
经改造后，两个真空室都用焦炉煤气/氧气加热装置烘烤。只是处在处理位置的真空室的烘烤是在处理钢水的间隙时间内进行的(见图3)。
2.2 增设氮封装置
真空室在煤气烘烤过程中产生的热废气上升会对真空泵系统产生不良影响，而且废气中的水份等会对管道阀门产生腐蚀作用。因此，改造时在真空泵系统的滑阀之前加一氮封装置(见图4)。
在废气管道附近通上氮气，使真空滑阀到真空室顶部的废气管道区域形成微正压区，这样可使燃烧火焰流向插入管，对真空泵系统及滑阀、防爆阀等起到保护作用。
2.3 改造烘烤枪升降装置
2号RH真空处理装置的烘烤枪升降装置原设计为链式传动。由于烘烤枪孔道结瘤，经常卡住烘烤枪，导致传动链条断裂，处理这类故障时间长，而在线煤气加热又只能在处理两炉钢水的间隙进行，链式传动就很不适应。这次改造中，用钢绳卷扬传动取代链式传动，投入使用半年来未发生过断绳故障，烘烤枪升降装置的故障率大大降低。实践证明，它比原设备更快捷可靠。
2.4 增设煤气加热遥控装置
煤气加热装置原设计为待机位置作业，只能采用就地手动操作，而操作柜远离处理位置的主控室，不适合于频繁启用烘烤装置的要求。改造后，重新在主控室内增设了煤气加热控制柜，并在烘烤枪附近安装了摄像头，监视烘烤枪及烘烤孔盖的动作情况，实现了在操作室中的遥控操作，这样就适应了在线煤气加热的时间限制和频繁启动的要求(见图5)。
由于点火实现了遥控自动化操作，从而缩短了每次点火的操作时间，使处理两炉钢水的间隙时间充分用于烘烤流渣(见表1)。
表1 改造前、后一次点火所需时间比较 |
钢水处理
间隙时间
min |
改造前平均
点火时间
min |
改造后平均
点火时间
min |
| 15～35 |
6 |
1.5 |
2.5 增设接渣盆
原电加热作用是阻止结瘤，改造后在线煤气加热是在每炉处理钢水后，把处理钢水过程中形成的结瘤熔化掉，并通过插入管流出真空室。为此，设计了一个小渣盆，安放在盛钢桶运输车上，用于接收从插入管流出的熔渣。这样便于运输、更换接渣盆和接渣时的准确停位。
2.6 封闭电极孔和取消电加热设备
由于用煤气加热取代了电加热，取消了电极孔的异型砖砌筑，便于真空室修砌，同时取消了直流电加热的庞大整流设备，停止了相关的冷却水运作，使现场变得宽敞。
3 改造效果
3.1 碳含量波动范围变小
用电加热时，由于石墨电极质量差，安装质量不高，电极断裂的事故时有发生，断裂的电极落入处理的钢水中，造成钢水碳含量增高(见表2)。
表2 断电极时对钢水碳含量的影响 |
| W20B钢种 |
钢 样 |
| R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R5 |
R6 |
433炉次［C］
% |
0.0353 |
0.0145 |
0.0041 |
0.0025 |
0.0027 |
0.0029 |
434炉次［C］
% |
0.0321 |
0.0127 |
0.0050 |
0.0127 |
0.0113 |
0.0120 |
处理时间
min |
0 |
5 |
10 |
15 |
28 |
28 |
表2列举的是断电极时影响钢水碳含量波动的典型情况。第434炉次处理到10～15min之间，发生电极断裂，钢水碳含量突然大幅度上升，这种情况对于超低碳钢生产是个严重威胁。改为煤气加热后，电极断裂增碳的情况杜绝了，从而使钢水碳含量的波动范围从1996年上半年的0.002%～0.0124%缩小到1997年上半年的0.0019%～0.0047%，为提高二炼钢厂超低碳钢质量和炼成率，发挥了很大作用。
3.2 降低能耗，节约成本
由于武钢有丰富的焦炉煤气资源，而电能又很紧张，且价格贵。为了充分利用现有资源，使用煤气在线加热真空室，吨钢成本显著下降。表3和表4分别示出在线电加热和煤气加热的主要能耗指标。
表3 电加热主要能耗指标(1996年1～6月) |
| 项 目 |
数 值 |
| 电加热功率，kW |
417 |
| 电价，元/kWh |
0.32 |
| 电极消耗，套/d |
3 |
| 电极单价，元/套 |
4300 |
| 生产天数，d |
148 |
| 产量，万t |
25.125 |
| 项 目 |
数 值 |
| 煤气流量，m3/h |
900 |
| 氧气流量，m3/h |
300 |
| 流渣时间，h/d |
2 |
| 煤气单价，元/m3 |
0.144 |
| 氧气单价，元/m3 |
0.364 |
| 生产天数，d |
147 |
| 产 量，万t |
25.013 |
根据表3计算，电加热成本为9.485元/t钢；根据表4计算，煤气加热成本为0.281元/t钢。采用煤气加热取代电加热后，2号RH真空处理在线加热吨钢成本降低了9.204元。按武钢第二炼钢厂2号RH真空处理装置年处理能力为50万t钢水计算，每年可降低成本460万元，节省电耗2.92×106kWh。
3.3 真空室无结瘤
在RH处理的脱碳期，由于在真空状态下碳氧反应剧烈，引起钢水喷溅，一般喷溅高度为3～5m，溅起的钢渣附着在真空室内壁上形成结瘤。当真空室结瘤严重时，会堵塞合金溜槽和烘烤孔。RH真空处理在线电加热时，就是为了熔化附着在真空室内壁的结瘤，保证合金溜槽和烘烤孔畅通。在线煤气加热取代电加热后，在处理两炉钢之间的间隙时间内，采用煤气加热来消除结瘤，也能保证合金溜槽和烘烤孔畅通。改造半年来，未发生过一起堵塞合金溜槽和烘烤孔的事故。
4 工艺操作效果
4.1 更利于控制全连铸生产
用RH处理钢水周期时间一般是轻处理40min，本处理为60min。采用在线电加热时，更换电极只能在处理钢水间隙时间内进行，一般要耗时10min。当出现电极孔粘钢等异常情况时，更换电极时间会长达20min以上，且这种情况都是突发性的。这样就会造成连铸浇钢周期时间紧张，严重时会造成断浇，或者被迫降低连铸拉坯速度，造成铸坯质量问题，影响全连铸生产。使用在线煤气加热后，烘烤枪动作一次时间仅为1.5min，基本上不影响连铸浇钢生产周期。
4.2 彻底消除了电极孔漏气
由于电极孔经常开启，容易导致密封不严，是真空室经常出现漏气的地方，给生产带来严重威胁。取消在线电加热后，原电极孔封死,彻底消除了电极孔漏气现象。
4.3 降低了工人劳动强度
使用在线电加热，由于采用了人工更换电极，且工作环境严劣，增多次发生职工在工作时中暑昏倒事件。由于劳动强度高且环境差，导致了电极安装质量无法保证，这也是造成电极断裂的原因。使用煤气在线加热后，取消了更换电极操作，实现了煤气点火烘烤自动化，大大减轻了工人的劳动强度。
5 结 论
(1)武钢2号RH真空处理在线电加热改造为焦炉煤气/氧气加热系统，工艺合理，设备安全、可靠，操作检修方便，成效显著。
(2)彻底消除了因电加热带来的钢水增碳事故，使处理钢水碳含量波动范围减小。
(3)降低了生产成本，使2号RH真空处理装置在线加热费用从9.485元/t钢降低到0.281元/t钢，每年降低生产成本460万元，省电2.92×106kWh。
张洪钢，男，工程师 |
