關(guān)于RH加料系統(tǒng)的優(yōu)化探討

王世豪

(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司煉鋼事業(yè)部，重慶 401122)

RH真空精煉裝置因具有脫氣、強(qiáng)脫碳、脫氧、合金化及凈化鋼液等豐富的冶金功能，已成為現(xiàn)代煉鋼工藝技術(shù)必不可少的組成部分[1]。加料系統(tǒng)是RH關(guān)鍵系統(tǒng)之一，主要實(shí)現(xiàn)在真空狀態(tài)下向鋼液中加入合金及脫氧劑等。近些年來，隨著一些鋼廠鋼種品種的增加或調(diào)整，原有RH真空加料系統(tǒng)暴露出一些問題，主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：①加料過程時(shí)間長(zhǎng)，增加真空處理時(shí)間，影響生產(chǎn)節(jié)奏和設(shè)備維護(hù)[2]；②稱量精度不夠，影響鋼水合金成分調(diào)整。本文結(jié)合某鋼廠120t RH的生產(chǎn)情況對(duì)加料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化及使用進(jìn)行一些探討。

1 RH加料系統(tǒng)工藝布置

目前常規(guī)的RH加料系統(tǒng)主要由貯料倉、稱量設(shè)備、物料轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備、真空投料設(shè)備這幾部分組成?？傮w的工藝布置主要有低位料倉垂直皮帶提升形式(方案一，見圖1)和高位料倉溜管直接加料形式(方案二，見圖2)。

圖1 RH加料系統(tǒng)方案一

圖2 RH加料系統(tǒng)方案二

方案一的特點(diǎn)是貯料倉及稱量設(shè)備布置在RH主體結(jié)構(gòu)平臺(tái)標(biāo)高范圍內(nèi)，能整體降低平臺(tái)及廠房標(biāo)高，節(jié)約投資，但稱量后的物料需要經(jīng)過若干條皮帶機(jī)的轉(zhuǎn)運(yùn)加入到真空料斗，加料過程時(shí)間較長(zhǎng)。方案二的特點(diǎn)是貯料倉及稱量設(shè)備布置在真空槽及真空料斗的上方，稱量后的物料可通過溜管直接加入到真空料斗，加料過程全封閉、無轉(zhuǎn)運(yùn)，易于操作，但RH平臺(tái)及廠房標(biāo)高會(huì)抬高，投資較大。這兩種加料系統(tǒng)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前方案一形式相對(duì)較多，具體選型時(shí)要結(jié)合生產(chǎn)品種、場(chǎng)地條件、投資、冶煉工藝等方面綜合考慮。

2 RH加料時(shí)間分析及優(yōu)化

2.1 加料時(shí)間控制

RH真空處理流程如圖3所示。

圖3 RH真空處理流程

如圖3所示，RH合金化過程主要在真空處理的中后期。對(duì)于以脫氫為主要目標(biāo)的鋼種，真空處理時(shí)間不小于12 min，考慮較好的去除夾雜物，真空處理時(shí)間不小于15 min，除特殊要求外，在處理過程中合金加入后要保證5 min以上循環(huán)均勻時(shí)間[3]。某鋼廠120 t RH真空處理時(shí)間約20 min，在處理約10 min時(shí)測(cè)溫取樣，化驗(yàn)時(shí)間約3～4 min，考慮合金化后均勻時(shí)間4～5 min，合金加料時(shí)間須控制在2～3 min。

近些年來，隨著煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏的不斷提高，縮短RH真空處理時(shí)間，提升冶煉效能是大勢(shì)所趨。因此，目前國(guó)內(nèi)許多鋼廠普遍要求將RH合金加料時(shí)間控制在3 min以內(nèi)，這對(duì)加料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及高效使用提出了更高的要求。

2.2 加料時(shí)間長(zhǎng)問題分析

RH合金加料過程一般包括如下幾個(gè)過程：①合金稱量配料；②合金轉(zhuǎn)運(yùn)至真空料斗；③合金投料(從真空料斗投料至熔池)。其中過程③時(shí)間比較穩(wěn)定，影響整個(gè)加料過程時(shí)間的環(huán)節(jié)往往是①和②，主要表現(xiàn)在如下方面：

(1)合金倉位分布不合理導(dǎo)致稱量過程中的等待。一般情況下對(duì)于某在線鋼種，如果其常用類合金分布在同一稱量斗對(duì)應(yīng)的貯料倉中，配料時(shí)合金B(yǎng)需在合金A稱量結(jié)束后方可稱量，由此會(huì)造成時(shí)間等待。

(2)稱量不準(zhǔn)確導(dǎo)致的返料及重復(fù)配料。對(duì)于一些加入量精度要求很高的合金，如果稱量精度控制不夠，超過允許誤差時(shí)，要進(jìn)行事故排料或者補(bǔ)料，時(shí)間浪費(fèi)大。

(3)從稱量斗排料后物料輸送路徑過長(zhǎng)，致使轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)。

(4)加料系統(tǒng)程序設(shè)置不完善，稱量、排料過程全自動(dòng)程度不夠。RH加料的操作過程較為復(fù)雜，如果各環(huán)節(jié)中設(shè)備的啟停及邏輯銜接未能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)，過程中多次在畫面中手動(dòng)操作，往往會(huì)因人員的差異而造成加料過程效率低下。

2.3 加料系統(tǒng)時(shí)間優(yōu)化

綜合2.2小節(jié)中所述因素，結(jié)合一些鋼廠真空加料系統(tǒng)的使用情況，本文對(duì)RH加料系統(tǒng)加料時(shí)間的優(yōu)化有如下建議。

2.3.1 合理配置料倉與稱量斗，提高自動(dòng)化水平

RH合金化過程具有合金種類多、精度要求高的特點(diǎn)，加料系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)貯料倉下稱量斗數(shù)量不宜太少，常規(guī)的硅鐵類、錳鐵類合金應(yīng)分別配置1個(gè)稱量斗，鋁粒和碳粉宜設(shè)置1個(gè)稱量斗、其他類合金應(yīng)至少設(shè)置1個(gè)稱量斗，稱量斗數(shù)量不宜少于4個(gè)。料倉布料時(shí)應(yīng)充分考慮到各類合金合理的對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的稱量斗，同時(shí)要優(yōu)化程序，盡量做到加料過程的自動(dòng)化操作，減少配料時(shí)不同類合金之間的順序干擾及時(shí)間等待。

2.3.2 優(yōu)化物料轉(zhuǎn)運(yùn)路徑

如本文第1節(jié)所述，采用方案二的布置形式可大大縮短轉(zhuǎn)運(yùn)路徑。如果煉鋼車間為新建車間，在前期設(shè)計(jì)時(shí)宜采用方案二形式。對(duì)于在舊廠中新建RH，由于受限于車間高度，往往采用方案一，其工藝布置應(yīng)盡量緊湊，并盡量縮短運(yùn)距。

2.3.3 提高合金稱量配料的準(zhǔn)確率

合金稱量配料是RH加料系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)，配料精度直接關(guān)系到加料時(shí)間和節(jié)奏。下文3.2小節(jié)會(huì)對(duì)加料系統(tǒng)稱量精度的優(yōu)化進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

3 RH加料系統(tǒng)稱量精度優(yōu)化

3.1 RH稱量精度問題分析

RH具有合金微調(diào)的功能，在冶煉一些高品質(zhì)合金鋼鋼種時(shí)要嚴(yán)格對(duì)合金元素進(jìn)行微調(diào)，某些合金稱量精度要控制在1 kg[4]。目前RH加料系統(tǒng)在稱量精度方面的問題均可能導(dǎo)致成分調(diào)整不準(zhǔn)，主要表現(xiàn)在如下方面：

(1)稱重程序參數(shù)設(shè)置不合理導(dǎo)致稱量終點(diǎn)值偏差大。對(duì)于不同類型的合金，其比重、粒度等特性有明顯的差異，若稱量程序中相關(guān)參數(shù)不能與物料特性及振動(dòng)設(shè)備特性有效的匹配，會(huì)造成終點(diǎn)稱量值與目標(biāo)值的偏差較大。

(2)進(jìn)入真空料斗中實(shí)際物料量和稱量值有偏差。稱量合格的合金通過加料系統(tǒng)皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入真空料斗中，最終通過真空料斗加入到真空槽熔池中。目前許多鋼廠RH采用多條皮帶機(jī)組合來轉(zhuǎn)運(yùn)稱量后的鐵合金，在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中存在合金破碎、濺落、揚(yáng)塵等現(xiàn)象，致使合金實(shí)際加入量和稱量值有偏差，超出了允許偏差范圍。

(3)稱重傳感器讀數(shù)跳動(dòng)。稱量斗稱重傳感器為精密度較高的儀表類設(shè)備，其精度直接關(guān)系到稱量的準(zhǔn)確性。RH加料系統(tǒng)各平臺(tái)多為鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，稱量斗稱重傳感器一般都直接安裝在平臺(tái)鋼梁上，當(dāng)平臺(tái)及框架受到大型設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)或沖擊而發(fā)生擾動(dòng)后，傳感器讀數(shù)會(huì)有波動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)稱量值造成干擾。

(4)真空狀態(tài)下稱重?cái)?shù)據(jù)漂移。目前許多RH加料系統(tǒng)會(huì)設(shè)置1～2個(gè)帶稱量的真空料斗(在真空料斗中設(shè)置一個(gè)可連續(xù)下料的稱量罐)用于加鋁粒等。真空料斗在一次裝料后關(guān)閉上部密封錐閥，長(zhǎng)時(shí)間處于真空下，多次加料時(shí)直接與炙熱的真空槽連通，內(nèi)部溫度變化劇烈，環(huán)境惡劣。有用戶反映生產(chǎn)時(shí)稱重?cái)?shù)據(jù)會(huì)時(shí)常發(fā)生漂移的現(xiàn)象，且在精度不準(zhǔn)時(shí)較秤困難，影響生產(chǎn)節(jié)奏。

3.2 RH稱量精度設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.2.1 均勻合金粒度、優(yōu)化振動(dòng)設(shè)備

目前，合金稱量配料的常規(guī)模式為通過控制稱量斗上方的振動(dòng)給料機(jī)的下料量以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)稱重值達(dá)到輸入目標(biāo)值，基本原理為通過程序設(shè)置振動(dòng)給料機(jī)的強(qiáng)振、弱振及轉(zhuǎn)換點(diǎn)、余量等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)精確稱量。實(shí)際操作中精確稱量控制過程往往受到物料及設(shè)備特性的影響。某鋼廠在進(jìn)行RH調(diào)試時(shí)，分別在不同的料倉內(nèi)裝入鋁粒、碳粉、硅鐵、錳鐵來調(diào)試加料系統(tǒng)稱量精度，其誤差情況如圖4所示。

圖4 合金稱量誤差統(tǒng)計(jì)

過程中發(fā)現(xiàn)如下情況：①鋁粒、碳粉這類粒度小且均勻的物料，將稱量誤差控制在1 kg的準(zhǔn)確率在90%以上，2 kg內(nèi)的準(zhǔn)確率為100%；② 硅鐵這類比重較輕，粒度大且不均勻的合金，其稱量誤差能控制在±3 kg，誤差在±2 kg的準(zhǔn)確率約為75%；③錳鐵這類比重大，粒度大且不均勻的合金，其稱量誤差控制在3 kg的準(zhǔn)確率約55%，45%的批次誤差在4～8 kg。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)分析，所試硅鐵、錳鐵粒度普遍較大，且物料粒度參差不齊，很不均勻。圖5為錳鐵稱量時(shí)給料機(jī)停振后槽體口邊緣合金的堆積狀態(tài)，處于跌落邊緣的合金粒度很不均勻，其中有些合金塊度能到80～90 mm，單塊的質(zhì)量達(dá)到0.7 kg。如此，在振動(dòng)給料機(jī)下料時(shí)，累計(jì)稱重值線性變化較差，停振終點(diǎn)難以控制。錳鐵這類比重大的合金，如果停振稍早，下料量達(dá)不到目標(biāo)值，停振稍晚，下料量又會(huì)超過目標(biāo)值，造成較大的控制偏差，而硅鐵的稱量精度的控制相對(duì)較好。

圖5 錳鐵合金物料狀態(tài)

因此，對(duì)于稱量精度要求高的合金，必須要控制其粒度大小及均勻性，其粒度直徑應(yīng)至少控制在50 mm(最好能控制在30 mm)內(nèi)，而且如果合金粒度均勻性太差，有必要對(duì)其進(jìn)行篩分或者粒度分級(jí)。

此外，有必要對(duì)振動(dòng)給料機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)[5]提出通過在給料機(jī)出口設(shè)置擋板來控制停振余量，改善稱量精度。本文根據(jù)對(duì)合金特性的分析，提出如下優(yōu)化建議：

(1)對(duì)于用量少的合金應(yīng)配置窄槽體、給料能力較小的給料機(jī)，其給料能力宜不大于60 t/h，槽寬宜在300～400 mm，或者設(shè)計(jì)斷面為圓弧形的槽體；

(2)用量較大的常用類合金，如硅鐵、錳鐵，應(yīng)分別設(shè)置小型振動(dòng)給料機(jī)和常規(guī)型振動(dòng)給料機(jī)，前者設(shè)置要求如(1)中所述，后者給料機(jī)能力宜在100～120 t/h，槽體寬度宜在500～600 mm。使用中，可設(shè)置切換點(diǎn)，通過二者相互配合將稱量誤差控制在最小的范圍內(nèi)。

3.2.2 稱量斗及工藝布置優(yōu)化

為了能直觀地體現(xiàn)進(jìn)入真空料斗的實(shí)際物料質(zhì)量，并消除外部干擾因素造成儀表數(shù)據(jù)的波動(dòng)及真空料斗中進(jìn)行稱量的弊端，本文對(duì)加料系統(tǒng)稱量斗的布置形式的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，如圖6所示。

圖6 加料系統(tǒng)工藝布置

此布置主要特點(diǎn)：①在真空鋁料斗上方設(shè)置鋁粒直接稱量斗，在線稱量鋁粒，消除環(huán)境對(duì)傳感器的影響，并方便現(xiàn)場(chǎng)儀表校驗(yàn)及維護(hù)；相應(yīng)的縮小了真空鋁料斗及高度空間，鋁料斗補(bǔ)料不受非真空條件的限制；②設(shè)置合金快速投料真空料斗(真空料斗B)，在其上方設(shè)置終端稱量斗，用于精調(diào)及小批量合金的二次稱量驗(yàn)證和投料，真空料斗B直接通過下部錐閥開閉，快速投入合金；③設(shè)置真空料斗A，用于精度要求不高或大量合金的投料，為防止大量合金集中投入造成浸漬管的堵塞，在真空料斗A下方設(shè)置振動(dòng)給料機(jī)進(jìn)行投料。

此外，稱重傳感器會(huì)產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象，要確保儀表的準(zhǔn)確性，傳感器需定期進(jìn)行校準(zhǔn)，某鋼廠平均一個(gè)星期校驗(yàn)一次，且RH稱重儀表校驗(yàn)建議采用砝碼校驗(yàn)或者儀表校驗(yàn)后須用砝碼進(jìn)行驗(yàn)證。RH結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免加料系統(tǒng)平臺(tái)與廠房柱共柱或共基礎(chǔ)，真空泵等大功率設(shè)備底座需考慮降振措施，盡量避免對(duì)鋼結(jié)構(gòu)框架的擾動(dòng)。加料系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少物料通過皮帶機(jī)的轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，帶速不宜過快，并做好皮帶機(jī)的密封與監(jiān)控。

4 結(jié) 語

(1)為適應(yīng)高效的生產(chǎn)節(jié)奏，RH加料系統(tǒng)合金加料時(shí)間宜控制在3 min內(nèi)。

(2)為縮短合金加料過程時(shí)間，在RH設(shè)計(jì)和使用時(shí)，要合理的配置料倉與稱量斗，料倉下稱量斗數(shù)量不宜少于4個(gè)；盡量選擇較短的轉(zhuǎn)運(yùn)路徑，如果為新建車間，設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用加料系統(tǒng)高位布置形式；改善設(shè)備稱量精度，提高合金配料的準(zhǔn)確率。

(3)為提高稱量精度，要控制RH用鐵合金粒度大小及均勻性，合金粒度直徑宜控制在50 mm(最好能控制在30 mm)內(nèi)，粒度均勻性差時(shí)有必要進(jìn)行粒度分級(jí)。

(4) 加入量較少的合金稱量時(shí)應(yīng)配置窄槽體、能力較小的給料機(jī)；加入量大的常用類合金，如硅鐵、錳鐵，應(yīng)分別設(shè)置小型振動(dòng)給料機(jī)和常規(guī)振動(dòng)給料機(jī)，并在使用中，通過二者相互配合將稱量誤差控制在最小的范圍內(nèi)。

(5) 對(duì)加料系統(tǒng)的布置優(yōu)化，可改善合金稱量精度，提高加料效率。