RH真空精炼炉防爆燃研究与应用

陈传盛，孟宪飞

（1.山钢集团莱钢设备检修中心，山东莱芜 271104；2.山钢股份莱芜分公司炼钢厂，山东莱芜 271104）

RH真空精炼炉防爆燃研究与应用

陈传盛1，孟宪飞2

（1.山钢集团莱钢设备检修中心，山东莱芜 271104；2.山钢股份莱芜分公司炼钢厂，山东莱芜 271104）

通过RH真空精炼炉在预热位烘烤时有可能发生煤气爆燃的事故研究分析，设计制作一种采用输送填充氮气等惰性气体进入热弯管的装置，以驱散、隔绝正在燃烧的氧气、煤气，进而阻止煤气、氧气堆积在热弯管内发生爆燃事故的可能，输送氮气的装置采用气缸推动压紧固定在热弯管上，提高密封性和安全性。

RH真空精炼炉；预热；煤气烘烤；爆燃；填充氮气

引言

目前炼钢厂有2座RH真空精炼炉，属真空脱气设备，主要燃气介质为焦炉煤气及氧气，产量145万t/年，真空抽气能力600 kg/h；焦炉煤气消耗500 m3/h；吹氧能力1600 m3/h；热弯管长度5800 mm；烘烤温度800～1450℃。RH精炼主要通过钢水的环流实现对成分、温度的微调、夹杂物的上浮；在较高真空度下进行脱氢处理，可以处理对气体含量有较高要求的钢种，为合金冶炼的关键设备。冶炼前真空精炼炉采用煤气烘烤真空槽和热弯管，烘烤后真空槽伸入钢包钢水内部实施冶炼。由于煤气中含有CO等成分，烘烤过程中热弯管遇煤气与氧含量过高堆积易发生爆炸，造成重大安全事故。对烘烤煤气装置进行研究改善，就显得尤为重要。

1 现状及问题分析

真空槽、热弯管先在预热位进行低温烘烤，去除耐材水分。用横移台车载有真空槽、热弯管处于烘烤位，预热枪从热弯管顶部伸入，然后通入煤气、氧气对热弯管、真空槽烘烤。此时，热弯管与抽真空系统的膨胀伸缩节脱开，热弯管连接口处于敞开状态，通常情况下，会在热弯管连接口法兰面安装一个防火盖进行封闭来防止烘烤烟气从热弯管溢出。由于热弯管封闭区域较长、烘烤时间久，煤气和少量氧气堆积、聚集在热弯管的长区域内，易发生爆炸起火，热弯管连接口的防火盖极易冲击脱落伤人，给生产安全等带来不利影响。

如图1、图2所示，真空槽热弯管处于烘烤位时，预热枪喷出氧气和燃烧煤气预热热弯管。其中燃烧不充分的煤气，在热弯管内的堆积，特别是在热弯管连接口及热弯管U型的长区域内堆积，达到一定浓度后，明火引燃煤气，发生爆炸事故，会将防火盖冲击脱落、顶出伤人。

2 对策制定

通过分析研究，有可能引起爆燃事故的原因为热弯管内的无法排出聚集的煤气，浓度愈积愈高，导致预热枪喷出的明火引燃煤气，引发爆炸。解决本问题，首先考虑如何排出聚集的煤气，减少堆积的隐患，阻断明火和燃烧不充分煤气、氧气的接触，从根本上解决爆燃事故的发生。

图1 RH真空精炼炉结构图

图2 RH真空精炼炉热弯管煤气聚集图

经研究决定，采用输送填充氮气等惰性气体进入热弯管的方式，驱散、隔绝正在预热燃烧的氧气、煤气，阻止煤气、氧气堆积在热弯管内发生爆燃事故，提高真空精炼预热的安全稳定性。为了降低控制成本，惰性气体用常见的氮气作为隔绝中介物。设计便于控制的氮气输送装置。

图3 氮气填充防爆燃示意图

3 氮气输送装置的设计

3.1 整体架构的设计

为了便于提高氮气输送装置的稳定性和真空精炼炉的工作效率，氮气输送装置采用集成整体式设计，将其安装固定在预热位热弯管连接口所在位置。真空精炼前，移动台车载着热弯管进入预热位，氮气装置采取与热弯管连接口自动对接的方式，电磁阀控制氮气气源自动输送氮气进入热弯管，并填充热弯管内部的空间，氮气在热弯管内压力保持在1.01个大气压强。预热枪预热时，喷射出的煤气、氧气等混合燃气被填充氮气包裹，燃烧不充分燃气不再进入热弯管的长区域发生煤气堆积。

图4 氮气装置安装位置示意图

图5 氮气装置的结构图

3.2 氮气密封盖板的设计

封堵热弯管连接口的防火盖，设计采用半球形厚20 mm的空心半球盖扣压在连接口上。半球盖内部安装保温材料，外沿采用保温材料作为密封条密封热弯管连接口。

3.3 气动压紧回路的设计

RH真空精炼炉高温冶炼环境有煤气等较为复杂，首选压缩空气驱动气缸压紧半球盖输送氮气，设计换向阀联通0.7 MPa空气压力源驱动4个气缸。

4 氮气装置的应用

4.1 使用前的准备

氮气装置的半球盖能否精确对准热弯管连接口是下一步预热工作的关键。提前在预热位移动台车道轨上安装机械限位，确保移动台车载着热弯管进入预热位后，气缸能够准确压紧半球盖。

4.2 热弯管预热过程

（1）移动台车进入预热位，打开换向阀，4个气缸活塞杆伸出顶住半球盖压靠在热弯管连接口上，气缸一直处于伸出状态；

（2）打开电磁阀，氮气从氮气气源管经电磁阀、氮气管进入半球盖，进入热弯管中，保持电磁阀打开状态；

（3）预热枪从热弯管顶部伸入，通入煤气、氧气对热弯管、真空槽烘烤；热量经由热弯管内氮气传播扩散到热弯管内壁加热烘烤；

（4）预热烘烤结束，预热枪伸出热弯管；（5）关闭电磁阀，氮气停止进入热弯管；（6）关闭换向阀，4个气缸泄压，半球盖松开与热弯管连接口的接触；

（7）移动横移台车至工作位，进行冶炼。

4.3 氮气装置的维护

半球形防火盖的密封性能和氮气输入量为本装置能否正常发挥作用的关键因素。点检设备确保气缸的性能优异，氮气正常输入，为设备维护人员和精炼冶炼操作人员共同的责任。

5 结论

通过可能引起爆燃事故的研究，以及防止爆燃装置的实际应用，在预热位安装氮气防爆燃装置，通过气缸活塞杆推动半球盖紧靠热弯管连接口，并控制输送氮气进入热弯管，以填充方式驱散隔绝正在预热燃烧的氧气、煤气，阻止其堆积在热弯管内。填充的氮气代替了煤气，燃烧的热量通过氮气传热至热弯管内壁，不影响预热效果，还降低了煤气消耗，节约了成本。防爆燃的方法采用自动化操作，节约了人力，提高了工作效率，彻底消除了由于煤气堆积有可能发生燃爆事故的设备隐患，提高了RH真空精炼冶炼生产的安全稳定性。

The Research and App lication of Anti-exp losion in RH Vacuum Refining Furnace

CHEN Chuansheng1，MENG Xianfei2
(1.The Equipment Repair Center of Laiwu Steel,Shangang；2.The Power Plant of Laiwu Steel,Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

Through analysis of possible gas explosion accident in RH refining furnace during baking at the preheating position,a device to deliver filling nitrogen and other inert gases into the heat pipe was designed,to disperse and isolate the burning oxygen and gas so as to prevent them accumulating and exploding in the hot bend pipe.The device of conveying nitrogen adopts cylinder pushing,pressed and fixed on the hot pipe to improve the sealing and safety effect.

RH refining furnace,preheat,gas baking,explode,filling nitrogen

TF088

B

1006-6764(2018)01-0024-03

2016－10－11

陈传盛（1984－），男，2007年毕业于安徽工业大学机械设计制造及其自动化专业，工程师，现从事冶金设备维护工作。