RH精煉真空料斗設(shè)備的研究

孟 娜，劉 嵐

(中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

為了強(qiáng)化高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)，國內(nèi)各主要鋼鐵廠紛紛采取措施。爐外精煉在提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量、擴(kuò)大品種、提高煉鋼生產(chǎn)能力、保障連鑄順行、實現(xiàn)全連鑄、降低成本、優(yōu)化煉鋼生產(chǎn)工藝等方面發(fā)揮著極其重要的作用，而RH真空精煉又是現(xiàn)代化鋼廠爐外精煉技術(shù)的核心。隨著RH真空精煉冶金功能的發(fā)展，轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧合金化和成分微調(diào)的任務(wù)轉(zhuǎn)移到RH真空精煉爐來，因此要求RH配備一套完整的合金加料系統(tǒng)。

真空加料系統(tǒng)故障率高的問題一直制約著RH精煉爐的連續(xù)生產(chǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)錐閥卡料、關(guān)閉不到位、管路密封損壞等情況，導(dǎo)致系統(tǒng)真空度不能滿足生產(chǎn)要求。為了保證高附加值鋼種的正常冶煉，本文對西昌鋼釩煉鋼廠真空料斗錐閥連接軸、氣缸連接方式以及管式給料機(jī)等進(jìn)行了研究，改造后滿足了RH的生產(chǎn)要求。

1 200t RH真空精煉

1.1 真空料斗工藝流程

真空料斗系統(tǒng)用于真空處理期間將合金元素添加到鋼水中，實現(xiàn)真空下合金化的目的。通過鐵合金添加系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)溜槽完成合金料斗、Al料斗及C料斗的裝料。工藝流程如圖1所示。

1.2 主要設(shè)備及參數(shù)

西昌煉鋼廠共有兩套加料系統(tǒng)。每套真空料斗裝備包括鐵合金真空料斗、鐵合金振動給料機(jī)、AI/C真空料斗、AI/C振動給料機(jī)、下料溜管、伸縮接頭等部分。

(1)鐵合金真空料斗。鐵合金真空料斗由受料倉、上部料倉、下部料倉、真空鎖、振動給料機(jī)及密封鋼結(jié)構(gòu)容器組成。鐵合金真空料斗允許真空處理期間將合金元素從大氣下加入到真空環(huán)境下的真空槽內(nèi)的鋼液中。鐵合金料斗由4.2 m3具有真空鎖結(jié)構(gòu)的料倉構(gòu)成。4.2 m3料斗分為上下兩個料倉，上部倉容積2.0 m3，下部倉容積2.2 m3，此配置可滿足單批、多批及大批量下料，縮短下料間隔和時間。上部倉頂部與受料倉連接，接受合金;下部倉底部帶管式給料機(jī)，通過下料容器和管道通達(dá)真空槽。兩料倉中間用一套真空鎖(錐閥)隔開，該閥與頂部受料斗的錐閥構(gòu)成真空鎖結(jié)構(gòu)，通過順序控制實現(xiàn)上下真空鎖與大氣/真空回路的狀態(tài)切換。上部料鐘接收鐵合金添加系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)溜槽排放下來的合金物料后，關(guān)閉上部真空鎖，合金倉預(yù)抽真空;其后開啟下部真空鎖，在真空狀態(tài)下將合金物料送入下部料鐘，并最終添加到真空槽內(nèi)的鋼液中。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

(2)AI/C真空料斗。AI/C真空料斗由受料倉、儲料倉、振動給料機(jī)及密封鋼結(jié)構(gòu)容器組成。AI/C真空料斗由AI和C兩個獨立的真空料斗構(gòu)成，設(shè)有內(nèi)置的稱量料斗及稱重儀表，用于AI/C元素的存儲和真空處理期間AI/C元素設(shè)定量的下料稱量。在非處理期間，由合金添加系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)溜槽選擇轉(zhuǎn)向AL/C真空料斗，進(jìn)行重新裝料。受料口采用板焊鋼結(jié)構(gòu)，并裝有一個特殊設(shè)計的真空密封氣動真空鎖。稱量料斗為自撐式板焊鋼結(jié)構(gòu)，帶有接受振動給料機(jī)懸掛吊架的出口法蘭和下部錐體上。每套振動給料機(jī)均安裝在AI/C各自的真空料斗下面的箱式容器內(nèi)，專用于將AI/C元素排放到真空槽內(nèi)的鋼液中。

2 使用過程中存在的問題及產(chǎn)生原因

由于初始設(shè)計的缺陷和RH設(shè)備的復(fù)雜性，在生產(chǎn)過程中暴漏出很多問題，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

(1)合金料倉內(nèi)部錐閥連接軸極易松動。圖2為合金料倉接料斗。錐閥和氣缸之間靠連接軸相連，氣缸通過連接軸帶動錐閥上下運動，進(jìn)而實現(xiàn)加料和關(guān)閉密封系統(tǒng)。上下部分螺紋連接均為右旋，在生產(chǎn)過程中，錐閥頻繁開啟和關(guān)閉極易引起錐閥連接軸松動，進(jìn)而導(dǎo)致氣缸偏離中心晃動，甚至脫落，破環(huán)真空體系。錐閥連接處結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 合金料倉接料斗Fig.2 Alloy silo hopper

圖3 錐閥連接放大圖Fig.3 Cone valve connected enlargement

(2)無法直觀觀察到錐閥的開啟和關(guān)閉，且氣缸更換時間長。在初步設(shè)計過程中，為了將整體設(shè)備高度降低，僅考慮高度因素，氣缸推桿被安裝在料斗內(nèi)部，如圖4所示。在調(diào)試和生產(chǎn)過程中，無法觀察到合金下部料斗內(nèi)部錐閥的開啟和關(guān)閉，僅依靠限位開關(guān)無法準(zhǔn)確判斷加料情況，特別是料斗內(nèi)部的密封情況，同時不方便氣缸的更換，并且更換錐閥密封圈時必須將氣缸連同錐閥整體吊出料斗，這樣檢修高度必須達(dá)到4.5 m左右，但現(xiàn)場無法滿足這樣的高度要求。

圖4 真空料箱Fig.4 Vacuum hopper

(3)管式給料機(jī)無法正常工作。管式給料機(jī)用于真空處理期間將合金元素添加到鋼水中。當(dāng)真空度67Pa時，由于負(fù)壓作用，F(xiàn)MC管式給料機(jī)上下軟管連接部位倒吸，使得左側(cè)支架上移脫離彈簧，整個給料機(jī)重心轉(zhuǎn)移到右側(cè)彈簧上，給料機(jī)本體發(fā)生嚴(yán)重傾斜，如圖5所示。這使得整個加料系統(tǒng)無法正常給料，容易發(fā)生卡料現(xiàn)象。在真空度較高時(內(nèi)部壓差較大)，甚至導(dǎo)致軟管部位受損，破環(huán)整個系統(tǒng)的密封性，同時也縮短了給料機(jī)壽命，增加了設(shè)備成本。

圖5 管式給料機(jī)Fig.5 Tubing feeder

3 設(shè)備的改進(jìn)方案

(1)對合金料斗錐閥連接部位進(jìn)行了優(yōu)化，重新設(shè)計、制造連接處的螺紋。將氣缸、錐閥連接軸、錐閥之間的右旋螺紋改成上端左旋，下端右旋，并且為細(xì)牙螺紋連接，使用M36×3六角薄螺母，這樣即便在加料過程中錐閥頻繁開啟關(guān)閉，也不容易引起螺紋松動、錐閥偏離中心等情況，起到一定的防松作用。

(2)對真空料箱進(jìn)行了優(yōu)化，如圖6所示。設(shè)計四根φ36×1070支桿將氣缸支撐在料斗上部，圖7為氣缸支架連接處俯視圖。

圖6 改造后的真空料箱Fig.6 Vacuum hopper after transformation

圖7 氣缸俯視圖Fig.7 Cylinder vertical view

這樣就可以在料斗外部直接觀察氣缸推桿的上下運動，判斷設(shè)備內(nèi)部錐閥的開啟和關(guān)閉，同時可以在料斗外部方便的檢修和更換氣缸，且在拆掉氣缸后將錐閥整體吊出，進(jìn)行錐閥密封性能的測定和密封圈的更換。

(3)對管式給料機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，如圖8所示。在上部軟管連接內(nèi)部加入管徑φ406×10×170鋼管(材質(zhì)20)，在下部軟管連接內(nèi)部加入管徑φ426×10×175鋼管(材質(zhì)20)。在67Pa工況條件下，鋼管對軟管起到保護(hù)作用，防止軟管倒吸。在左側(cè)支座上部加入和下部一樣的彈簧。用雙螺栓將其與管式給料機(jī)左側(cè)支架相連，如果上部有吸力，根據(jù)作用力與反作用力原理，這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生往下的拉力，以保證給料機(jī)在工作時呈水平狀態(tài)。

圖8 改造后的管式給料機(jī)Fig.8 Tubing feeder after transformation

4 改造效果

真空料斗進(jìn)行改造后，經(jīng)過半年的生產(chǎn)實踐證明，系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高，氣缸錐閥可以平穩(wěn)上下運動，管式給料機(jī)能夠正常給料，充分保證了管線鋼等高品質(zhì)鋼的冶煉，并為產(chǎn)品的開發(fā)、經(jīng)濟(jì)效益的提高奠定了堅實的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

(1)將氣缸與連接軸的右旋螺紋連接、連接軸與錐閥之間的右旋螺紋連接改為上端左旋、下端右旋，可以防止產(chǎn)生松動現(xiàn)象;

(2)合金料斗氣缸連接部位采用四根φ36×1070支架結(jié)構(gòu)，容易觀察料斗內(nèi)部情況，且方便檢修和維護(hù)氣缸和錐閥;

(3)在FMC管式給料機(jī)入口兩側(cè)加入彈簧，上部軟連接內(nèi)部加入管徑φ406×10×170鋼管，下部軟連接內(nèi)部加入管徑φ426×10×175鋼管，可以避免67Pa真空條件下發(fā)生給料機(jī)傾斜，使整個加料系統(tǒng)平穩(wěn)正常的給料。

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