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RH 真空室更换方式及其选择

王逸名，许海虹，李 智，张钟蓓

（ 中冶南方工程技术有限公司炼钢事业部，武汉 430223）

[摘 要] 真空室更换方式的选择是确定 RH 工艺布置的必然步骤，针对 RH 真空室更换的不同方式，进行了对比分析。 总结了 RH 真空室更换方式选择时应遵循的基本原则： 国内新建 RH 通常采用真空室平移式；RH 单工位通常配置双室平移更换式，或选用双工位布置；适用于双工位布置的准双室平移式是一种较好折中的更换方式；空室顶部单室平移式优于本体单室平移式；改扩建 RH 需综合多种因素，创造性地灵活选用。 该分析有助于深化对 RH 工序的理解，为钢铁企业在设计选型时提供依据。

[关键词] 精炼 技术 真空室 型式 更换方式

1 引言

自从 1959 年德国的 Ruhrstahl AG 和 Heraeus 发明 RH 真空精炼技术以来，RH 真空工艺在提高质量、扩大品种方面得到了广泛应用和长足发展。 特别是近几年来，随着社会的进步和发展，各行各业对钢材质量的要求越来越高， 而且纯净钢的需求量不断增加，RH 多功能精炼技术得到了迅速发展[1]。

由于 RH 真空室属于周转件，真空室耐材需要定期维护和更换，因此真空室在处理位的运输更换操作不可避免。 由于真空室布置形式的多样化，真空室的更换方式也各不相同， 而不同的真空室更换方式在RH 设计产量、占地面积、投资费用、生产调度等方面又各有优缺点，因此如何选用合适的型式，是企业用户在建设 RH 时首先面对的重要问题。

2 RH 真空室多种更换方式分类[2-3]

真空室更换是指将待更换的真空室从处理位运输至维修位，而将待用的真空室运输至处理位，继续生产的过程。 按真空室运行方式的不同可以划分为旋转式，升降式，平移式，固定式；平移式又可以分为横移式和纵移式。 按真空室运行的部位不同可以划分为真空室整体移动式，本体移动式和顶部移动式。 按每个处理位配套的待机真空室数量可以划分为单室更换式，双室更换式和准双室更换式。

2.1 真空室旋转更换式

真空室旋转更换式是指将真空室置于旋转臂上，在处理位和待机位/维修位之间通过旋转进行切换。适用于单工位或双工位布置，可配置单室或双室更换式。 RH 真空室与钢液的浸入方式分为真空室升降式（ 又称上动式） 和钢包升降式（ 又称下动式） 。 当采用单室更换时，常与真空室升降式的插入管浸入方式配合使用；当采用双室更换式，常与钢包升降式的插入管浸入方式配合使用。 待机位可以进行真空室的修砌、喷补、更换插入管等工作。 双室更换式可以获得更高的设备作业率，从而提高产量。

2.2 真空室升降更换式

真空室升降更换式是指将真空室顶部和真空室本体等置于一套升降机构上，通过液压或卷扬等方式来驱动真空室升降。 当需要更换时，先将顶部利用天车吊出，与此同时将一个定制的支撑结构置于钢包车上，然后升降机构下降，直至将真空室置于支撑结构上，通过钢包车将真空室运出，利用天车实现真空室吊运和更换。 真空室升降更换式适用于 RH 单工位或双工位布置，其特点在于，不需要设置液压顶升装置，避免出现液压系统与钢包热源太近，因溅渣、漏钢等事故造成火灾的情况；但是，需要解决与真空室相连的真空管道等的动态密封及设备使用寿命问题；真空室更换往往需要依次吊运真空室顶部和真空室本体，耗时较长。

2.3 真空室平移更换式

图 2 为中冶南方设计的多种真空室平移更换式。真空室平移更换式是目前国内最常见的真空室更换形式。 下面结合不同的分类方法对常见的几种型式进行介绍。

2.3.1 真空室整体平移式

真空室整体是指包括真空室顶部和真空室本体等在内的整体。 真空室整体平移式适用于 RH 单工位或双工位布置，是指将真空室整体等置于真空室台车上，需要更换时，将载有旧真空室的真空台车开至待机位，利用天车吊运实现更换。 真空室整体平移式是在真空室升降更换式的基础上发展起来的，多用于双室和准双室更换式。

2.3.2 真空室本体平移式

真空室本体平移式适用于 RH 单工位或双工位布置，是指将真空室本体和顶部分离，把真空室顶部布置在平台上，通过液压缸进行升降驱动；把真空室本体置于真空室台车上，可以在待机位和处理位之间进行切换。这是对整体平移式的改进。当需要更换时，先将顶部通过液压缸顶升，实现真空室顶部和本体的分离， 然后将载有旧真空室的真空台车开至待机位，从而实现更换。 真空室本体平移式是目前常用的一种真空室更换方式，根据需求的不同，可以配置为单室、双室、准双室等多种更换形式。

2.3.3 真空室顶部平移式

真空室顶部平移式充分利用了真空室不同部位使用寿命的差异，仅将真空室顶部等置于真空室台车上，当需要更换时，先将顶部通过车载液压缸顶升，实现真空室顶部和本体的分离，然后将载有真空室顶部的真空台车开至待机位，通过吊车将真空室本体从处理位吊出，实现更换。

2.3.4 双室平移式

双室平移式可以实现真空室的快速更换，适用于RH 单工位或双工位布置， 双工位配置时又称四车六工位布置。 双室平移式的每个处理位配置两个待机位，有两个真空室用于切换，当一个真空室用于生产时，另一真空室在待机位烘烤待用；一旦需要更换真空室时，可以迅速将需更换的真空室移到空位，再将另一个待机位准备好的真空室移至处理位继续处理钢水。 通常真空室更换的时间可以在 10 min 以内，可以利用辅助作业时间更换真空室， 从而实现连续作业。

2.3.5 单室平移式

单室平移式通常见于 RH 双工位布置，可以配置为双车三工位或双车四工位布置。 每个处理位配置一个待机位、一个真空室，或者两个处理位共用一个待机位。 当其中一个处理位需要更换真空室时，直接将真空室台车开至待机位，然后用吊车吊出需更换的真空室至修砌区，并从烘烤区将待用的真空室调至处理位，完成真空室更换。 这一过程通常需要 2~4 h，期间单室平移式仅能按单工位模式组织生产，此时的处理周期受辅助作业时间的限制。 单室平移式又可以分为横移式和纵移式。

2.3.6 准双室平移式

准双室平移式通常出现于 RH 双工位布置，又称三车五工位布置。 每个处理位配置一个待机位，一个真空室， 同时在两个处理位之间设置第三个待机位，第三个真空室。 中间的真空室可以在两个处理位和一个待机位共三个位置进行切换， 从而可以灵活调度，保证每个处理位可以有两个待机位来进行辅助作业，从而实现连续作业。 当中间待机位的真空室正在其中一个处理位工作时，这一处理位的真空室互换可以视为双室横移式，而另一个处理位仅能按单室横移式考虑。 因此，三车五工位布置并非真正意义上的双室平移式布置，其调度的要点在于尽量将中间待机位的真空室处于备用状态。

3 真空室更换方式的对比

3.1 不同运行方式的真空室更换方式对比（ 见表 1）

RH 早期多是以真空室升降式或旋转式更换型式出现的，而后随着对真空密封效果、设备维护和设备利用率等各方面的要求越来越高，更多的工厂选用了真空室平移更换式。 但由于各个国家处在不同的发展阶段，对布置形式的选择有不同的出发点，目前全世界范围内使用的真空室更换方式存在多样性。

3.2 不同运行部位的真空室更换方式对比

3.2.1 真空室整体更换式与真空室本体更换式对比

以单工位真空室双室更换为例，表 2 列出了真空室整体更换式与真空室本体更换式的对比情况。 从表2 中可知，真空室本体更换式在设备投资、工艺布置灵活性、设备维护等多方面均明显优于真空室整体更换式，前者是对后者技术的显著改进。

3.2.2 真空室本体更换式与真空室顶部更换式对比

以双工位真空室单室更换为例，表 3 列出了真空室本体更换式与真空室顶部更换式的对比情况。 从表3 中可知，真空室顶部更换式在设备投资和设备维护方面有优势；真空室本体更换式可以在待机位设置烘烤装置来实现真空室升温。 当然，我们也可以通过离线烘烤器来实现真空室升温。 在实际使用时，可以通过在吊运过程中进行隔热防护和利用顶枪来实现真空室升温等方法，来解决相关的问题。

3.3 按每个处理位配套的待机真空室数量划分的更换方法的对比（ 见表 4）

以双工位为例，对单室、双室和准双室平移式更换方法进行了对比分析。 以某工厂为例， 公称吨位150 t，年产量 143.7 万 t。

双室平移式拥有最大的设备作业率，准双室平移式次之，单室平移式的设备作业率最低。 与此同时，双室平移式的设备投资也最大， 准双室平移式次之，单室平移式的设备投资最低。 因此，准双室平移式是结合设备投资和设备作业率等因素综合考虑之后很好的一个折中方案。 当然在实际选择时，仍应结合其他因素统一考虑。

4 真空室更换方式的选择

工艺设计方案的确定是一个多次反复对比优选的过程。 设计过程中，在确定采用 RH 真空精炼工艺后，首先应结合全厂的金属平衡、产品大纲、生产工艺大纲、车间布置（ 包括项目建设性质，如属于新建，改建或扩建）等确定 RH 工序的基本需求；其次，据此确定设备选型，如真空室型式、真空室更换方式、钢包运输方式、插入管浸入方式、插入管维修方式等；结合工艺需求，设备投资，物流运行情况等综合判断决策。在确定真空室更换方式时可以遵循一些基本原则：

4.1 真空室平移式

由于具有较高的设备作业率、较好的设备可维护性和真空密封效果，目前，国内新建 RH 通常采用真空室平移式。

4.2 双室横移或双工位布置

目前连铸已经普及，为方便生产调度，确保连铸工序的多炉连浇，RH 单工位通常配置双室横移更换式，或者选用双工位布置。

4.3 折中的方式

为保证设备的最大利用率，可以优先选用双室平移式，但是应结合设备投资和能源消耗等因素统一考虑。 在双工位布置时，准双室平移式是一个较好折中的更换方式。

4.4 优先考虑选用方式

与真空室本体单室平移式相比，真空室顶部单室平移式在基建、设备投资方面有优势，且两者设备作业率相当，因此应优先考虑选用后者。

4.5 选用方式根据实际情况

改扩建 RH 需综合考虑车间厂房高度、 吊车配置、车间场地等因素，深入地分析实际情况，创造性地对不同的真空室更换方式灵活选用。 武钢三炼钢2#RH 和武钢一炼钢 1#RH 就是两个很好的实例，是中冶南方在透彻理解 RH 工艺的基础上，充分利用现有车间条件，并加以合理运用的产物[4]。

5 结语

近年来，真空精炼比有不断提高的趋势，尤其是RH 精炼技术发展很快。钢铁企业在进行建设决策时，需要对真空室型式、真空室更换方式、钢包运输方式、插入管浸入方式、 插入管维修方式等进行仔细分析，对比得出结论。 对真空室更换方式的系统分类和对比有利于深化对 RH 工艺布置的理解，从而促进对新工艺布置的创新思考，这与当前倡导的以节能环保为前提的工艺创新等要求相辅相成，值得深入思考。

参考文献

[1] 殷瑞钰.合理选择二次精炼技术，推进高效率低成本“ 洁净钢平台”建设[J].炼钢，2010，26（ 1）：1-6.

[2] 王殿禄，洪保仪.钢液真空处理[M].北京:冶金工业出版社，1979.[3] 赵沛.炉外精炼及铁水预处理实用技术手册[M].北京:冶金工业出版社，2004.

[4] 许海虹.中冶南方在 RH 真空精炼领域的技术创新成果[N].世界金属导报，2010-08-24（ 08）.