提升RH真空系統密封穩定性的實踐與研究

王艷軍，王寶中，王 崇，杜方友

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司煉鋼作業部，河北 唐山 063200）

RH系統是轉爐煉鋼工序后用于鋼水精煉的一套真空循環脫氣裝置，RH保持較高的真空度是冶煉高附加值品種鋼的必備條件，鋼水在真空槽內真空循環，以達到鋼水脫碳、脫氣、成分精調的目的[1-2]。IF鋼作為首鋼京唐公司的戰略產品，w（C）判定很低，如SPCEN等鋼種w（C）判定要求在15×10-6以下，因此，只有達到足夠快的抽氣速度，并維持較高的真空度，才能滿足鋼水冶煉的條件。

以IF鋼為例，真空度需在8 min內降到200 Pa以下，若抽下不來則需要進行人工查漏處理。如果在時間允許的情況下，可以適當延長脫碳時間，如果澆注時間不允許，就只能降速或改煉，更嚴重的會造成斷澆。但延長脫碳時間會造成能源介質極大的浪費，人工查漏堵漏工作強度大，更換、維修備件成本高，此外真空度抽不下來，還會影響脫氣效果，從而對鋼水質量產生較大影響，因此提升RH真空系統密封穩定性具有重要意義。

1 首鋼京唐RH真空系統概況

首鋼京唐鋼鐵公司配有兩座300 t雙工位RH精煉爐，于2009年3月13日投產，是目前較大的國產化設備，采用五級真空泵系統。蒸汽噴射泵是以中低壓蒸汽為工作介質，經過收縮至擴張噴嘴，蒸汽的勢能變為動能，速度達到超音速，壓強降至負壓，并在混合室中與被抽氣體混合，然后混合氣體經擴壓器減速增壓后排出（至下一級泵或大氣）。由于單級泵的壓縮比值（排出壓強／吸入真空）有一定限制，為達到較高的真空度，蒸汽噴射真空系統采用多級式串聯布置。真空抽氣系統界面如圖1所示，在本系統中C1冷凝器前的B1、B2和B3泵為增壓泵，之后的S4和S5泵為噴射泵，具體真空系統主要參數如表1所示[2]。

圖1 RH真空抽氣系統示意圖

表1 真空系統主要參數表

2 RH真空系統的主要漏氣故障及原因分析

鋼水冶煉溫度在1 600℃左右，易與鋼水接觸的真空槽密封連接處及頂槍通道中的氣囊多采用氟橡膠制品，這兩部分雖設有冷卻保護卻也極易出現燒損和刮壞的情況，此外真空系統泵體、管路易被氣流、顆粒粉塵沖刷造成破損漏氣，導致真空度抽不下來、下降慢或反彈等情況[4]。根據RH生產一線經驗積累，對常遇到的、影響比較大的漏氣問題進行了如下分析研究。

2.1 真空槽連接影響分析

在真空槽連接處（面與面連接處）存在密封膠墊，RH設備連接面上的燕尾槽寬度為16 mm，圓柱膠墊直徑為20 mm，在嵌入時易造成膠墊損傷（圖2），此外RH設備自投產以來已經使用十幾年，面與面間存在輕微變形，原有直徑為20 mm的膠墊已經達不到密封效果。

圖2 真空槽密封連接膠墊示意圖

2.2 密封通道氣囊影響分析

氣囊的位置在RH熱彎管的上部密封通道中，在氣囊打開狀態時，氧槍可以下降，達到吹氧位以后，氣囊充氣抱死，起到密封效果。由于吹氧升溫，存在噴濺現象，部分鋼渣粘在氧槍上，在氧槍上下移動的過程中會對氣囊產生剮蹭，造成氣囊損壞而漏氣，從而導致真空度抽不下來，如圖3所示為破損氣囊情況。

圖3 氣囊破損示意圖

2.3 投料系統真空鎖密封圈及下料溜管影響分析

部分投料系統在冶煉過程中需要保持真空狀態，其密封穩定性至關重要，真空鎖密封圈位于真空料倉的上下椎體中（見圖4），椎體打開時，斜固定在椎體外側的密封圈受壓差影響容易脫落，從而造成漏氣，影響真空度。

圖4 真空鎖密封膠圈固定方式示意圖

RH常用到的冷卻廢鋼、錳、鐵等原料形狀多為不規則狀，在管道里下溜的過程中，與管道會發生摩擦，造成管道損傷，尤其是在溜管的拐彎處，物料對管壁形成的沖刷打擊尤為嚴重，會導致溜管變薄、鼓包、漏氣等。圖5為漏氣后補焊堵漏的溜管。

圖5 下料溜管破損補焊示意圖

2.4 真空泵主體及排污閥的影響分析

由于真空管道內存在粉塵砂礫，在噴射蒸汽時夾帶的砂礫會對管道造成沖刷，最終使真空泵管壁變薄，導致漏氣（見圖6）。

圖6 真空管道破損示意圖

排污閥位于真空泵下部，不抽真空時，排污閥處于打開狀態，起排污作用，當抽真空時，排污閥受吸力影響處于關閉狀態。RH排污閥上的密封墊在抽力作用下使其中部凸起（見圖7），對固定螺栓周圍的密封墊造成撕扯，進而導致漏氣。

圖7 排污閥密封膠墊撕扯示意圖

3 RH真空系統密封穩定性的改善提升

3.1 密封通道氣囊相關的改進

針對氧槍粘渣刮蹭氣囊問題采取了以下措施：將氧槍冷卻水從71 m3/h提高至76 m3/h進行控制，以改善冷卻效果，從目前看，粘渣量明顯減少，同時易于人工對粘渣的清理；在不影響真空度的情況下，對氣囊進行了擴徑，將內徑從284 mm擴至293 mm，加大與氧槍之間的間距，減少刮蹭；此外與研究所共同開發，對氣囊進行了改造，將原有的1道密封改為了2道，提升了氣囊的密封效果。

3.2 真空槽連接的改進

通過研究，將RH設備原有的圓柱型膠墊改為凸型膠墊，底部凸出的部分為半圓柱狀體，直徑小于燕尾槽寬度，落入槽內起固定作用，上部為方形，起密封作用，這樣就避免了原膠墊在嵌入時發生損傷，同時將方形墊厚度從20 mm增加至24 mm，來彌補投產十幾年來設備的輕微變形所造成的原密封膠墊厚度達不到密封效果的缺陷。

3.3 投料系統真空鎖密封圈及下料溜管的改進

針對密封圈脫落問題，對原來密封圈固定方式進行改良，將密封膠圈斜固定的方式改為了內嵌固定方式，同時對密封圈的形狀也進行了改變，并將密封圈置于凸臺法蘭上，這樣，即使在壓差較大時也不容易脫落漏氣。

針對溜管磨損漏氣問題，在原有的20號普通鋼管內增加了耐磨襯板，延長了溜管的使用壽命，以此提升密封穩定性。

3.4 真空泵主體及排污閥的改進

針對真空泵體受沖刷易漏氣的現象，根據生產經驗，對真空泵收縮段、喉口、擴張段這種易被沖刷磨損的地方進行預防性地抱箍防護，以此來延長使用壽命，提升密封穩定性。

抽真空時，針對原有排污閥上密封墊中部易凸起，撕扯損壞邊緣密封墊導致漏氣的情況，經過研究，對密封墊的固定方式進行了改良，在原膠墊的中部增加了碳鋼擋板，以此避免密封墊的凸起損壞，進而提升密封穩定性。

4 結語

RH真空系統是一個龐大的整體，出現真空度不好的原因很多，且不易被排查，因此，根據生產一線對常出現的漏氣問題進行了研究，并做了改進優化。目前，以單個工位進行統計，RH系統更換氣囊頻率由原有的2 d一換提升到了平均5 d才更換一個；真空鎖密封膠圈從每月都有脫落現象，提升到三個月未出現一次因脫落導致的漏氣情況；泵體、溜管的使用壽命也隨著防護措施的執行而有所延長。因此，RH真空系統密封穩定性得到了很大提高。在今后的生產實踐中，RH真空系統仍然需要長時間的維護，并且隨著科學技術的提升還需不斷進行優化改善，以保證生產的穩定順行。