50 t VOD 爐改造為單嘴精煉爐的實(shí)踐

周友軍，屈薛勇，張 明，喬進(jìn)鋒

(中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

某煉鋼廠有主要工藝設(shè)備2 座50t 轉(zhuǎn)爐、4座50t LF、2 臺(tái)50t VOD、3 臺(tái)連鑄機(jī)。由于產(chǎn)品升級(jí)，該鋼廠需要大量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、彈簧鋼等鋼種，因此需要更多的高純凈度的鋼水，但現(xiàn)有精煉設(shè)備不能滿足要求，因此要對其進(jìn)行改造。

1 50 t VOD 爐存在的問題

圖1為原50 t VOD 爐的主要設(shè)備圖。該煉鋼廠煉鋼車間鋼水真空脫氣處理存在以下問題:

圖1 原來VOD 爐的主要設(shè)備圖Fig.1 Main equipment of the VOD

(1)原2 臺(tái)VOD 真空脫氣裝置的精煉周期較長，不利于與轉(zhuǎn)爐及連鑄的生產(chǎn)匹配，鋼水的真空精煉比比較低，生產(chǎn)能力不能滿足要求;

(2)由于VOD 真空脫氣裝置是將鋼包放在真空室內(nèi)進(jìn)行脫氣，在真空室內(nèi)脫氣過程中鋼水和鋼渣在鋼包中噴濺比較厲害，往往從鋼包口溢至真空罐內(nèi)。這樣，清罐工作量很大，不僅嚴(yán)重影響生產(chǎn)，而且惡化了工人的勞動(dòng)條件，也給工人的人身安全造成隱患;

(3)VOD 真空脫氣裝置對鋼包凈空的要求較高，一般需要800～1200 mm，若滿足該凈空要求，勢必要減少轉(zhuǎn)爐出鋼量，降低車間的產(chǎn)鋼量;若不滿足該凈空要求，又容易造成鋼水外溢，增加了安全隱患及清理真空罐的工作時(shí)間。

2 單嘴精煉爐的優(yōu)點(diǎn)

將煉鋼車間一座50 t VOD 爐拆除，改造為一座50 t 多功能單嘴精煉爐，有效地解決了原煉鋼車間存在的問題。圖2為改造后的設(shè)備圖。

圖2 單嘴精煉爐的設(shè)備圖Fig.2 Main equipment of the single-snorkel refining furnace

(1)單嘴精煉爐與VOD 爐相比，脫氣效果較好、脫氣速度快、生產(chǎn)節(jié)奏快、能與轉(zhuǎn)爐、連鑄很好的協(xié)調(diào)、匹配。

(2)單嘴精煉爐在處理過程中是將真空槽的下部浸漬管插入鋼水中，與真空系統(tǒng)形成一個(gè)密閉的真空環(huán)境，通過不斷從鋼包底部吹入氬氣，促使鋼水在真空槽內(nèi)不斷循環(huán)脫氣，鋼包里液面波動(dòng)不大，幾乎沒有噴濺。

(3)單嘴精煉爐對鋼包凈空的要求較低，一般為200～300 mm。由于鋼包里鋼液面比較平穩(wěn)，可在起重機(jī)吊運(yùn)鋼水能力以內(nèi)，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)爐的出鋼量，提高鋼水精煉產(chǎn)量。

(4)原有真空系統(tǒng)和合金加料系統(tǒng)可以利舊，節(jié)約了投資成本。

3 改造措施

3.1 多功能頂槍系統(tǒng)(圖3)

多功能頂槍系統(tǒng)主要有頂槍本體、密封通道、升降小車、支撐架和控制閥站五部分組成。

原VOD 爐的氧槍系統(tǒng)的主要功能是在真空狀態(tài)下以幾倍于音速的速度向鋼液中提供一定強(qiáng)度的氧氣，以達(dá)到使鋼液快速脫碳的目的。

改造后的多功能頂槍系統(tǒng)不僅可以通過頂槍吹氧快速脫碳生產(chǎn)超低碳鋼，還可以通過加鋁吹氧進(jìn)行化學(xué)升溫，通過頂吹燃?xì)夂脱鯕饪梢栽谔幚砦蛔鳛檎婵詹蹆?nèi)的補(bǔ)充加熱裝置使用，處理間隙時(shí)進(jìn)行加熱可使真空槽壁保持1450℃以上的高溫，從而減少RH 處理時(shí)的溫降，還可消滅粘附在真空槽壁上的冷鋼，從而避免各鋼種之間的互相混雜，提高真空槽耐火材料的壽命。

圖3 多功能頂槍系統(tǒng)Fig.3 Multi-functional top lance

3.2 真空槽及槽車系統(tǒng)(圖4)

真空槽一般分為水冷彎管、熱彎管、真空槽本體、浸漬管四部分，通過水冷彎管和真空泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)密封相連，浸漬管插入鋼水中，與真空系統(tǒng)形成一個(gè)大型的密閉真空環(huán)境，通過不斷從鋼包底部吹入的氬氣，實(shí)現(xiàn)鋼水在真空槽內(nèi)不斷循環(huán)脫氣。槽臺(tái)車主要有車架、驅(qū)動(dòng)裝置、拖鏈三部分組成，車架臺(tái)面上有工作走臺(tái)、梯子、扶手等保護(hù)設(shè)施。槽臺(tái)車的用途是攜帶真空槽沿其走行的軌道上在處理工位和待機(jī)工位之間交替運(yùn)送真空槽。能源介質(zhì)通過拖鏈系統(tǒng)提供給車上的各個(gè)用戶點(diǎn)。

圖4 真空槽及槽車系統(tǒng)Fig.4 Vacuum vessel and vessel car system

3.3 鋼包運(yùn)輸車系統(tǒng)和液壓頂升系統(tǒng)(圖5)

圖5 鋼包運(yùn)輸車系統(tǒng)和液壓頂升系統(tǒng)Fig.5 Ladle car system and hydraulic lifting system

鋼包運(yùn)輸車系統(tǒng)由鋼包臺(tái)車、電纜卷筒、軌道、底吹氬系統(tǒng)等組成。鋼包臺(tái)車用于將鋼包由鋼水承接工位運(yùn)輸至處理工位并定位，之后再由鋼包頂升裝置將鋼包提升至浸漬管，插入鋼液中所需的深度為止。真空處理后再往鋼包喂絲，保溫劑投入工位，最后輸送到鋼包吊位位置。

液壓頂升系統(tǒng)主要由鋼包頂升裝置與液壓系統(tǒng)設(shè)備組成。鋼包頂升裝置由升降油缸、升降框架、導(dǎo)軌等部件組成。

鋼包頂升裝置用于頂升盛有鋼水的鋼包和鋼包臺(tái)車，直到浸漬管浸入鋼水一定的深度為止。處理結(jié)束后，將鋼包及鋼包托盤降落到臺(tái)車上。頂升設(shè)備安裝在處理工位正下方的地坑內(nèi)。升降框架沿導(dǎo)軌垂直運(yùn)動(dòng)，由頂升油缸驅(qū)動(dòng)?？蚣茼敳科脚_(tái)上砌筑有保護(hù)耐材。

為在真空處理期間保持鋼包位置不變，液壓缸的主管路上裝有鎖定用單向閥。

液壓頂升系統(tǒng)在控制室內(nèi)的操作臺(tái)上操作。為了減輕升降過程的慣性沖擊，升降速度可高低速轉(zhuǎn)換。在停電或其他緊急事故狀態(tài)下，能在液壓室的控制閥臺(tái)上操作手動(dòng)閥門，使鋼包安全下降。因此，即使在管路失壓的情況下，鋼包下降也不會(huì)失控。

在鋼水接受跨，承裝轉(zhuǎn)爐冶煉后鋼水的鋼包由該跨110/20 t 鑄造橋式起重機(jī)運(yùn)至鋼包運(yùn)輸車上，接通吹氬管，打開底吹閥門，開始吹氬攪拌。承載著鋼包的鋼包運(yùn)輸車駛向單嘴精煉爐真空處理工位。

當(dāng)鋼包車駛至真空槽下方，用鋼包頂升裝置將鋼包車頂起，直到真空槽的浸漬管埋入鋼水中為止，然后進(jìn)行測溫、取樣的操作，在此之后打開主真空閥，啟動(dòng)真空泵，降低真空系統(tǒng)壓力，這時(shí)真空槽內(nèi)與外界的壓差會(huì)使鋼液上升進(jìn)入真空槽中;通過鋼包底部吹入的惰性氣體的帶動(dòng)，使鋼水在真空槽內(nèi)和鋼包之間不斷循環(huán);在約20 kPa 壓力下可以進(jìn)行吹氧脫碳;繼續(xù)降低系統(tǒng)壓力，進(jìn)行真空下的脫氣處理;測溫取樣，成分合格后就可以準(zhǔn)備結(jié)束處理;破除真空;降下鋼包臺(tái)車，行駛至吊包及喂絲工位，在該工位，進(jìn)行底吹軟攪拌和喂絲操作，之后，拔吹氬管，吊運(yùn)鋼包至方坯連鑄大包回轉(zhuǎn)臺(tái)。

3.4 工藝流程

單嘴精煉爐的工藝流程如圖6 所示。

圖6 工藝流程框圖Fig.6 Process flow

4 改造效果

50 t VOD 改造為50 t 單嘴精煉爐后各主要指標(biāo)見表1。

從表1 可看出各項(xiàng)主要指標(biāo)都優(yōu)于原來的VOD 爐。

表1 50 t VOD 改造為50 t 單嘴精煉爐后主要指標(biāo)比較Tab.1 Comparison between the 50 t VOD and single-snorkel refining furnace

該煉鋼廠50 t 單嘴精煉爐工程建成后，每年可生產(chǎn)72 萬t 高附加值產(chǎn)品。從目前市場行情預(yù)測，高附加值鋼材與普通精煉鋼材至少高出在200～300 元左右，扣除單嘴精煉爐噸鋼增加處理成本50～70 元，噸鋼增加利潤在150 元以上。即使按年處理高附加值鋼材50%計(jì)，年可獲利～5400 萬元左右。項(xiàng)目建成不到一年即可收回全部靜態(tài)投資，同時(shí)還可以增加公司產(chǎn)品的市場競爭力和市場占有率。

5 結(jié)束語

在改造的過程中，參考了國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮了該項(xiàng)目的節(jié)能環(huán)保、現(xiàn)場操作及維護(hù)人員的安全問題。

(1)單嘴精煉爐產(chǎn)生煙塵經(jīng)氣體冷卻除塵器冷卻過濾后，再被冷凝水吸收成濁環(huán)水，濁環(huán)水經(jīng)沉淀處理后循環(huán)使用。經(jīng)多級(jí)處理后的煙塵含量小于50 mg/Nm3，低于國家標(biāo)準(zhǔn);

(2)對蒸汽噴射泵、冷凝器采用隔音包扎措施，使環(huán)境噪音降至80dB 以下;

(3)單嘴精煉爐熱井池采取密閉措施，真空泵與熱井池的CO 廢氣放散管引至廠房屋頂以上2～4 m;

(4)單嘴精煉爐鋼包運(yùn)輸車設(shè)置漏鋼溜槽，并設(shè)置事故漏鋼坑，防止漏鋼鋼水浸入地下液壓頂升機(jī)構(gòu);

(5)設(shè)置氮?dú)夤蓿睙挼吞间摶蚴鹿蕰r(shí)采用氮?dú)庀♂屍普婵铡?/p>

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