機(jī)械真空VD精煉工藝優(yōu)化設(shè)計

張敏娟，楊寶成，羅榮彬

（重慶鋼鐵集團(tuán)設(shè)計院有限公司，重慶 400080）

引言

VD裝置是一種應(yīng)用廣泛的真空精煉設(shè)備，具有良好的脫氫、脫氧、脫碳和脫氮等功能[1]。傳統(tǒng)的VD精煉裝置真空系統(tǒng)多采用蒸汽噴射泵，依賴于蒸汽、能耗高、設(shè)備占地面積大和維護(hù)量大。經(jīng)過國內(nèi)外近十年來工業(yè)應(yīng)用證明，機(jī)械真空泵系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保、運行可靠、生產(chǎn)效率高、設(shè)備維護(hù)量少和脫氣效果好等優(yōu)點[2-4]，同時國家鼓勵鋼水精煉處理系統(tǒng)采用機(jī)械真空泵系統(tǒng)。機(jī)械真空泵系統(tǒng)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(tǒng)組成，機(jī)械真空泵系統(tǒng)能夠完全替代傳統(tǒng)的蒸汽噴射泵系統(tǒng)應(yīng)用于RH、VD和VOD爐外真空精煉過程。

1 鋼水真空精煉現(xiàn)狀

國內(nèi)某鋼廠主要產(chǎn)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(chǎn)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(yán)重不足，不能完全滿足鋼材質(zhì)量要求和客戶需求。因此采用節(jié)能、環(huán)保的機(jī)械真空系統(tǒng)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，滿足用戶對工藝控制和產(chǎn)品質(zhì)量的要求。

2 工藝優(yōu)化設(shè)計方案

機(jī)械真空VD精煉工藝優(yōu)化設(shè)計方案采用高架式布局、預(yù)抽真空工藝，設(shè)置液壓擋渣板保護(hù)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(chuàng)新技術(shù)。創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用后，設(shè)備運行更穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保效果明顯。

2.1 采用高架式布置和預(yù)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(shè)有兩套真空罐和一套移動真空罐蓋車，交替對鋼水進(jìn)行處理，并可以實現(xiàn)對真空管道進(jìn)行預(yù)抽真空，縮短處理周期和減少溫降。同時對真空管道進(jìn)行預(yù)抽真空，在真空主閥附近設(shè)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(jī)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(tǒng)的蒸汽泵VD裝置采用冷卻水系統(tǒng)，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(wěn)，更易調(diào)節(jié)，對位更加準(zhǔn)確。

真空主管道設(shè)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(qū)動移動彎管在兩個工位之間進(jìn)行切換。操作方便，密封效果好，運行可靠穩(wěn)定。移動彎管結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)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(yōu)化

機(jī)械泵需要配備可靠的氣體冷卻、除塵和排灰系統(tǒng)，以保護(hù)其免受過多灰塵和高溫氣體的影響。機(jī)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(jìn)入真空過濾器從而保護(hù)真空泵。系統(tǒng)設(shè)計能夠保證最小的壓降，從而達(dá)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(jīng)過工藝優(yōu)化后采用環(huán)?；夜扌痘?，平均1000爐卸一次灰，降低了卸灰次數(shù)，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(chǎn)時間。真空罐壁與龍門鉤的退鉤距離為200 mm，為避免出現(xiàn)龍門鉤碰壞耐火磚，頻繁補(bǔ)耐火磚影響生產(chǎn)節(jié)奏的問題，因此設(shè)計增加了一圈2 m高厚度為10 mm鋼板保護(hù)耐火磚。鋼水事故接盤設(shè)置在真空罐內(nèi)，和渣盤合用，與事故坑設(shè)在真空罐外相比，操作更加方便，減少投資，節(jié)約了空間。

3 采用優(yōu)化設(shè)計后的運行效果

3.1 工藝指標(biāo)對比

采用優(yōu)化方案后，設(shè)備運行穩(wěn)定，操作更加方便，設(shè)備維護(hù)量降低，工藝更加合理安全，各項性能指標(biāo)滿足要求，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高。鋼水經(jīng)過該VD裝置處理后，真空泄漏量降低10 kg/h；達(dá)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(biāo)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(dá)到0.5×10-6，滿足≤1.5×10-6的要求。同時，機(jī)械真空泵系統(tǒng)指標(biāo)明顯優(yōu)于蒸汽噴射泵，機(jī)械真空和蒸汽泵工藝指標(biāo)對比見表1。

表1 機(jī)械真空和蒸汽泵工藝指標(biāo)對比

3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

優(yōu)化后的機(jī)械泵系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯優(yōu)于與蒸汽泵系統(tǒng)，機(jī)械泵系統(tǒng)和蒸汽泵系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比見表2。

表2 機(jī)械泵系統(tǒng)和蒸汽泵系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

應(yīng)用機(jī)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(jī)械泵不消耗蒸汽，噸鋼節(jié)約蒸汽100 kg；機(jī)械泵系統(tǒng)VD裝置噸鋼節(jié)約3.48 m3，每年減少節(jié)約208萬m3循環(huán)水量；機(jī)械泵系統(tǒng)VD裝置噸鋼節(jié)約能耗9.25 kgce，每年節(jié)約5550 tce。

3.3 產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)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(chǎn)60萬t進(jìn)行計算，每年產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益約3000萬元。

根據(jù)機(jī)械泵系統(tǒng)VD裝置比蒸汽泵系統(tǒng)VD裝置每年節(jié)約能耗5550 tce，按照650元/tce計算，機(jī)械泵系統(tǒng)VD裝置比蒸汽泵系統(tǒng)每年節(jié)約能耗產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益361萬元。

該項目每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益共3361萬元。

機(jī)械泵系統(tǒng)VD裝置廢氣排放濃度小于10 mg/m3，而且不產(chǎn)生蒸汽泵系統(tǒng)的污泥，不會造成二次污染。同時該系統(tǒng)沒有污水處理系統(tǒng)和鍋爐系統(tǒng)，節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保，并且設(shè)備維護(hù)量減少。

4 成果應(yīng)用和推廣前景

機(jī)械泵真空VD裝置采用國家鼓勵的機(jī)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(yīng)的設(shè)備、場地投資和相關(guān)的維護(hù)費用。由于沒有污水產(chǎn)生，也不需要污水處理系統(tǒng)。同時機(jī)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(hù)方便，模塊化設(shè)計，配置靈活，變頻調(diào)節(jié)，真正實現(xiàn)控制自動化。設(shè)備維護(hù)量大大減少，僅需每年更換機(jī)械泵油和定期更換過濾布袋。

優(yōu)化后的機(jī)械真空VD工藝采用了高架式布局、預(yù)抽真空工藝、液壓擋渣板保護(hù)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(chuàng)新技術(shù)，可根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量和工藝控制的要求滿足生產(chǎn)需求，減少了勞動強(qiáng)度，高效利用有限空間，節(jié)約了投資，增加了產(chǎn)品附加值，節(jié)能環(huán)保，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可廣泛應(yīng)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(xué)報，2006，18（8）：19-20.

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

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

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