機械真空VD精煉工藝優化設計

張敏娟，楊寶成，羅榮彬

（重慶鋼鐵集團設計院有限公司，重慶 400080）

引言

VD裝置是一種應用廣泛的真空精煉設備，具有良好的脫氫、脫氧、脫碳和脫氮等功能[1]。傳統的VD精煉裝置真空系統多采用蒸汽噴射泵，依賴于蒸汽、能耗高、設備占地面積大和維護量大。經過國內外近十年來工業應用證明，機械真空泵系統具有節能環保、運行可靠、生產效率高、設備維護量少和脫氣效果好等優點[2-4]，同時國家鼓勵鋼水精煉處理系統采用機械真空泵系統。機械真空泵系統主要是由羅茨泵和螺桿泵組、過濾除塵裝置、氣體冷卻裝置等系統組成，機械真空泵系統能夠完全替代傳統的蒸汽噴射泵系統應用于RH、VD和VOD爐外真空精煉過程。

1 鋼水真空精煉現狀

國內某鋼廠主要產品為特殊鋼，要求處理后的鋼水潔凈度高、氫氧含量低和夾雜物含量少。由于已有生產線不能滿足真空處理要求，鋼材真空處理鋼種僅為24%，真空處理能力嚴重不足，不能完全滿足鋼材質量要求和客戶需求。因此采用節能、環保的機械真空系統處理鋼水，真空泵泵組有6套真空泵脫氣模塊，每個模塊包括2臺羅茨泵和1臺螺桿泵，同時對100 tVD處理工藝進行優化設計，滿足用戶對工藝控制和產品質量的要求。

2 工藝優化設計方案

機械真空VD精煉工藝優化設計方案采用高架式布局、預抽真空工藝，設置液壓擋渣板保護密封圈和液壓移動彎管切換裝置，同時采用氣冷器和過濾器使用灰罐卸灰等創新技術。創新技術應用后，設備運行更穩定，產品質量顯著提高，節能、節水、環保效果明顯。

2.1 采用高架式布置和預抽真空工藝

該VD裝置采用雙罐一蓋高架式布置（二罐一車）方式，設有兩套真空罐和一套移動真空罐蓋車，交替對鋼水進行處理，并可以實現對真空管道進行預抽真空，縮短處理周期和減少溫降。同時對真空管道進行預抽真空，在真空主閥附近設置管徑較小的旁通管道和閥門，避免打開真空閥時壓力波動過大影響機械泵正常運行，降低真空脫氣效果。

2.2 采用液壓擋渣板和移動彎管

為了防止鋼渣掉落燒壞密封圈，傳統的蒸汽泵VD裝置采用冷卻水系統，且每爐需要清理鋼渣。采用液壓移動擋渣板，不需要冷卻水，密封圈壽命延長，減少排水管道投資，提高密封圈壽命。同時液壓移動擋渣板比氣動擋渣板運行更加平穩，更易調節，對位更加準確。

真空主管道設置移動彎管和密封裝置，移動彎管和真空支管連接抽真空，通過液壓缸驅動移動彎管在兩個工位之間進行切換。操作方便，密封效果好，運行可靠穩定。移動彎管結構如圖1所示。

圖1 機械真空VD精煉移動彎管裝置

2.3 氣冷器和真空過濾器卸灰方式優化

機械泵需要配備可靠的氣體冷卻、除塵和排灰系統，以保護其免受過多灰塵和高溫氣體的影響。機械真空VD精煉處理過程中，移動彎管使工作工位的VD真空罐的真空管道接入氣冷器，氣冷器作用是降低溫度（≤60℃），同時初步除去氣體中的較大顆粒粉塵、再進入真空過濾器從而保護真空泵。系統設計能夠保證最小的壓降，從而達到泵組最大的抽氣能力。氣冷器和過濾器通常采用卸灰閥卸灰，平均400爐卸一次灰，卸灰周期短，粉塵污染大。經過工藝優化后采用環保灰罐卸灰，平均1000爐卸一次灰，降低了卸灰次數，減少了真空泄漏量，同時解決了粉塵污染的問題。

若真空罐耐火磚采用濕法砌磚，真空罐的排水時間可能需要1個月。該項目真空罐耐火磚采用干法砌磚，大大縮短工期，保證了正常投產時間。真空罐壁與龍門鉤的退鉤距離為200 mm，為避免出現龍門鉤碰壞耐火磚，頻繁補耐火磚影響生產節奏的問題，因此設計增加了一圈2 m高厚度為10 mm鋼板保護耐火磚。鋼水事故接盤設置在真空罐內，和渣盤合用，與事故坑設在真空罐外相比，操作更加方便，減少投資，節約了空間。

3 采用優化設計后的運行效果

3.1 工藝指標對比

采用優化方案后，設備運行穩定，操作更加方便，設備維護量降低，工藝更加合理安全，各項性能指標滿足要求，產品質量顯著提高。鋼水經過該VD裝置處理后，真空泄漏量降低10 kg/h；達到67 Pa的時間為5～6 min，滿足≤7 min的要求；極限真空度（真空主閥位置）≤20 Pa，滿足工藝指標要求；終點氧含量約為（5～9）×10-6（[C]為0.42%～0.44%），滿足≤10×10-6的要求；終點氫含量約1.2×10-6，部分爐次達到0.5×10-6，滿足≤1.5×10-6的要求。同時，機械真空泵系統指標明顯優于蒸汽噴射泵，機械真空和蒸汽泵工藝指標對比見表1。

表1 機械真空和蒸汽泵工藝指標對比

3.2 技術經濟指標對比

優化后的機械泵系統技術經濟指標明顯優于與蒸汽泵系統，機械泵系統和蒸汽泵系統技術經濟指標對比見表2。

表2 機械泵系統和蒸汽泵系統技術經濟指標

應用機械泵VD裝置按年處理鋼水60萬t計算，和蒸汽泵VD裝置比較，機械泵不消耗蒸汽，噸鋼節約蒸汽100 kg；機械泵系統VD裝置噸鋼節約3.48 m3，每年減少節約208萬m3循環水量；機械泵系統VD裝置噸鋼節約能耗9.25 kgce，每年節約5550 tce。

3.3 產生的經濟效益和社會效益

創新技術應用后的VD裝置，處理的鋼水清潔度提高，終點[H]含量≤1.5×10-6，夾雜物減少，鋼材附加值顯著提高，噸鋼售價提高50元以上，按照年產60萬t進行計算，每年產生直接經濟效益約3000萬元。

根據機械泵系統VD裝置比蒸汽泵系統VD裝置每年節約能耗5550 tce，按照650元/tce計算，機械泵系統VD裝置比蒸汽泵系統每年節約能耗產生經濟效益361萬元。

該項目每年產生的經濟效益共3361萬元。

機械泵系統VD裝置廢氣排放濃度小于10 mg/m3，而且不產生蒸汽泵系統的污泥，不會造成二次污染。同時該系統沒有污水處理系統和鍋爐系統，節能、節水、環保，并且設備維護量減少。

4 成果應用和推廣前景

機械泵真空VD裝置采用國家鼓勵的機械真空泵抽真空，和蒸汽泵相比，不依賴蒸汽，不需要蒸汽鍋爐，蒸汽輸送管路，以及相應的設備、場地投資和相關的維護費用。由于沒有污水產生，也不需要污水處理系統。同時機械泵運行噪音小，運行成本是蒸汽泵的1/8～1/9，控制簡單，啟動迅速，檢修維護方便，模塊化設計，配置靈活，變頻調節，真正實現控制自動化。設備維護量大大減少，僅需每年更換機械泵油和定期更換過濾布袋。

優化后的機械真空VD工藝采用了高架式布局、預抽真空工藝、液壓擋渣板保護裝置和液壓移動彎管切換裝置，氣冷器和真空過濾器灰罐卸灰等創新技術，可根據產品質量和工藝控制的要求滿足生產需求，減少了勞動強度，高效利用有限空間，節約了投資，增加了產品附加值，節能環保，取得較好的經濟效益和社會效益，可廣泛應用于VD工藝中。

[1]顧文兵，黃宗澤，尹小東.VD精煉脫胎過程的工藝因素分析[J].鋼鐵研究學報，2006，18（8）：19-20.

[2]劉曉峰，安昌遐，杜亞偉，等.VD真空精煉技術與裝備的發展現狀[J]. 中國冶金，2013，23（5）:7－9.

[3]江成斌，羅坤鵬.基于干式機械泵的 SW718H脫氫工藝技術研究[J]. 寶鋼技術，2016，4：67-70.

[4]侯祥松.蒸汽噴射泵和干式機械泵真空系統運行成本的比較[J].冶金能源，2017，36（4）：24-27.