RH炉顶枪系统优化

张群胜（天津天铁冶金集团热轧板有限公司，河北涉县056404）



RH炉顶枪系统优化

张群胜
（天津天铁冶金集团热轧板有限公司，河北涉县056404）

［摘要］为解决天铁热轧板有限公司RH炉顶枪系统在使用中存在的问题，对RH顶枪和顶枪密封通道进行优化，延长了顶枪的使用寿命，降低了密封气囊的损坏率，节约了生产成本，为RH炉品种钢的冶炼提供良好的设备基础。

［关键词］RH炉；顶枪；系统；优化；成本

1　引言

天铁热轧板有限公司RH真空冶炼炉采用双工位进行冶炼，RH设备的主要用途是脱氢、脱碳、脱氧和微调钢水成分及温度等。在每个处理工位装有一个顶枪系统配合生产，它具有补吹氧气、脱碳、处理过程中加热钢水，以及在冶炼处理间隙加热真空室内部耐材的功能。所需的全部的气体（氧、氮、氩、焦炉煤气）均经由顶枪吹入真空室，在主控室经由基础自动化系统进行自动控制。

顶枪升降过程中要通过一个真空密封装置，顶枪停止后，通过联锁，密封气囊充气形成密封环境，确保整个系统的真空度。

2　顶枪及密封装置组成

2.1顶枪

该顶枪采用水冷多层管结构，氧气、氮气、氩气、加热煤气和冷却水软管与顶枪采用法兰固定在顶枪小车上。喷头采用拉瓦尔喷头形式。枪头为铜材质和20 g接管焊接，枪体内部通氧气和煤气管材为不锈钢，通水管材质为20 g。

为了保证安全，在吹氧或煤气加热后，要用氮气吹扫顶枪。顶枪还设有冷却水进回水流量监测、回火或熄火检测，并与控制系统连锁。

2.2顶枪密封装置

真空密封装置包括硬密封和充气密封两种方式，安装在一个密封通道，密封装置座在真空室顶部的下枪孔法兰上。

硬密封和充气密封封住枪和枪孔之间的缝隙以防止漏气。这在顶枪升降和停止过程中才不会影响真空度。

充气密封件是一种可膨胀橡胶。气源通过联锁控制在顶枪运动过程中排出气体，留出运动空间，而在顶枪停止运行时，吹气膨胀使顶枪通道密封。在此密封装置内侧下部装有一个除渣刮板，可在顶枪运动过程中刮除枪上的结渣。另外装有一个补偿器，可防止顶枪垂直运动时微量倾斜造成的机械损伤。

3　 RH顶枪使用现状

由于天铁热轧板有限公司使用的焦炉煤气，虽经脱硫脱萘，但仍有硫成分的残余。顶枪还承担着真空室的烘烤任务（由～800℃加热到～1 000℃），使真空室达到备用状态。而煤气中的硫、氢等元素，与氧气燃烧生成酸性物质，对原设计中20 g的顶枪外管形成腐蚀。

遭到腐蚀的外管，表面产生铁锈和坑洞见图1，再有飞溅的钢水、渣的粘连，使顶枪升降过程中对橡胶的密封气囊造成拉扯损坏，而腐蚀的进一步加剧，直接造成管壁的变薄，时间长会造成漏水。如在烘烤中发现漏水，能及时进行更换处理。假如不能在烘烤中发现，而在冶炼过程中出现漏水，轻则影响一炉品种钢的冶炼，影响生产节奏，重则由于钢水在真空室中循环，漏水直接进入钢水后剧烈反应，可能产生爆炸事故。

图1　顶枪外管的侵蚀情况

由于顶枪为新日铁设计，外管尺寸为∮216×6，国内进行询价时没有相关尺寸的管材，为确保备件的互换性，需要采购相近管径的管材进行二次加工，周期较长。

4　RH顶枪系统的相关优化

4.1 RH顶枪的逐步优化

（1）鉴于原设计中的20 g外管，在现场使用的焦炉煤气中含硫，烘烤中产生的酸性气体结合水分形成酸性环境，侵蚀影响顶枪外管的使用效果和使用寿命。由于不锈钢材质的管材有耐酸、耐碱性环境的特性，可确保使用的枪体在烘烤的燃烧气体产生的酸性环境中不被腐蚀，同时由于不锈钢材质在损坏了表层，可进行自我修复，重新形成“钝化膜”，起保护作用。因此选用不锈钢材质18Cr-9Ni-Ti进行替代，延长顶枪使用寿命。

（2）由于在国内没有∮216×6的标准管。要确保备件互换性，可采取两个方案：一是直接进口，由于进口备件采购周期长、成本高，故此方案进行否定；二是采购相近管径来进行二次加工，经过与管材生产厂家交流，在确保外管管壁厚度和相关尺寸情况下，选用最接近的∮219×8的不锈钢管。

（3）在逐步改造过程中，修复更换下的顶枪时，将侵蚀在下部600 mm左右的外管，直接利用机加工进行加工外径车削3 mm，使之达到∮216×6.5满足更换要求。对于侵蚀部位不确定，长于600 mm位置的，厂内不能自主加工，需要进行外委加工。外委加工一根6 000 m管周期在30天，算上运输在35天左右，加工成本在万元以上。

因此，在逐步优化后，选用最接近的∮219×8的不锈钢管直接进行改造，改造后其内径比原来小1 mm，冷却效果变化可忽略不计，外径则增大3 mm。由于现场使用的顶枪外管有效长度8 500 mm，处于烘烤气体内的实际长度为5 800 mm，对于更换下需要更换外管的顶枪切除6 000 mm，打坡口加工，将采购来的外管两头打坡口后，直接安装至更换下的位置，调整同心度，上口位置使用氩弧焊焊接后，利用抛光机进行打磨，使之接口错口位置能够平滑过渡。下口位置利用各管安装完顶枪枪头后，将与外管部位氩弧焊焊接，错口位置进行打磨抛光平稳过渡。枪体其余位置不做改变。由于还存有∮216的顶枪枪头，为避免备件的浪费，枪头仍然使用原枪头进行更换，待备件消耗完后，与厂家沟通采购∮219枪头。

4.2对顶枪密封通道进行优化

（1）密封气囊尺寸需要适用于改造后顶枪。

将密封气囊由原来的∮292*∮220*30 FKM优化为耐磨的∮292*∮225*30 FKM配合∮219不锈钢管优化。紧固气囊的压板内径进行加工，加工至∮295。

（2）对密封通道其他部件的优化。

将密封通道的导向轮进行调整，使之满足219枪体的运动。硬密封为石墨盘根环，将其内径调整增大6 mm，确保升降。将刮渣板进行加工，内径加大6 mm。即除密封气囊外的其余影响枪体运动的部分，全部增加6 mm。

5　RH顶枪的优化使用效果

5.1顶枪的优化效果

（1）顶枪外管材质的优化效果

经优化为18Cr-9Ni-Ti材质的外管后，鉴于不锈钢的耐酸碱性和自修复性，外管由原来的每3个月就会漏水换枪达到不因外管漏水而换枪，而换外管就意味着枪头也需要更换，造成极大浪费，而优化完成后，经10个多月的使用，枪头因到达使用寿命损坏成为换枪的主要原因。因此，改材质后每年节约枪头备件数量可观，换枪次数大大减少，减轻了职工检修工作量。

（2）顶枪外管直径的优化效果

顶枪外管原设计为∮216×6，为保持原设计，就需要采购同通径、同材质管。国内没有标准管件，从国外进口费用过高，周期过长。而采购相近尺寸，由于顶枪对垂直度要求较高，管道必须通长加工才能满足使用要求。而通长加工本厂不具备加工条件，外委加工成本比管材本身要高，周期在1个月1根。因此，将外管直径优化成国内有成品的∮219×8管，大大节约备件加工费用，缩短顶枪的维修周期。在维修中秉承节约的理念，只对有效长度进行更换，减少维修工作量，确保同心度。而且对原采购的顶枪枪头采用同样原则进行处理，充分使用已采购的备件进行处理，杜绝浪费，待已采购备件消耗殆尽，对于新采购备件附加技术要求进行说明，达到使用效果。

5.2对密封通道进行优化效果

对于密封通道，秉承着能自主加工的要进行自主加工，不能自主加工的，对采购的备件提出技术要求并提供相应尺寸进行采购，使之满足现场实际要求。首先，对于密封气囊属于不能自己加工的备件，将改造密封气囊的尺寸提供给厂家进行制作后安装，满足优化后的顶枪的运动，加之外管无侵蚀，气囊更换量大大减少。其次，对密封通道内其余部件属于金属件，能利用机加工进行相应尺寸改造，同样满足顶枪的升降，由于不是易损件，改造一次后就可长期使用。

6　结束语

通过对RH炉顶枪系统的优化，在不改变其现有功能的情况下，既实现备件采购的国产标准化，便于备件采购和加工，又实现延长顶枪的使用周期，减少备件加工产生的二次费用和加工周期。这样使顶枪的维修正常化，具有时效性。在外管材质优化后，密封气囊的损坏率大大降低，确保系统使用过程中的密封性，为RH炉品种钢的冶炼提供良好的设备基础，对于节约备件成本、节约检修时间以及减轻职工检修负担起到较好的作用。在逐步实施的改造过程中，充分考虑已采购到现场的备件情况，采取措施加以控制，杜绝备件的浪费对资金的占用，效果较好。

Optimization of RH Furnace Top Lance System

ZHANG Qun-sheng
（Hot Rolling Plate Mill，Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co.，Ltd.，She County，Hebei Province，China 056404）

AbstractIn order to solve the problems existing in the application of RH furnace top lance system，RH top lance and lance sealing channel were optimized at Hot Rolling Plate Mill. The service life of top lance was prolonged and the damaged rate of sealing bladder reduced. Production cost was saved as well. A good equipment foundation was provided for the melting of grade steel in RH furnace.

Key wordsRH furnace；top lance；system；optimization；cost

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2016.03.015

收稿日期：2016- 02- 08修回日期：2016- 02- 25

作者简介：张群胜（1983—），男，本科，工程师，主要从事检修技术工作。