50 t VOD 炉改造为单嘴精炼炉的实践

2014-04-09周友军屈薛勇乔进锋

重型机械 2014年2期

周友军，屈薛勇，张明，乔进锋

(中国重型机械研究院股份公司，陕西西安 710032)

0 前言

某炼钢厂有主要工艺设备2 座50t 转炉、4座50t LF、2 台50t VOD、3 台连铸机。由于产品升级，该钢厂需要大量生产优质碳素结构钢、合金结构钢、轴承钢、弹簧钢等钢种，因此需要更多的高纯净度的钢水，但现有精炼设备不能满足要求，因此要对其进行改造。

1 50 t VOD 炉存在的问题

图1为原50 t VOD 炉的主要设备图。该炼钢厂炼钢车间钢水真空脱气处理存在以下问题:

图1 原来VOD 炉的主要设备图Fig.1 Main equipment of the VOD

(1)原2 台VOD 真空脱气装置的精炼周期较长，不利于与转炉及连铸的生产匹配，钢水的真空精炼比比较低，生产能力不能满足要求;

(2)由于VOD 真空脱气装置是将钢包放在真空室内进行脱气，在真空室内脱气过程中钢水和钢渣在钢包中喷溅比较厉害，往往从钢包口溢至真空罐内。这样，清罐工作量很大，不仅严重影响生产，而且恶化了工人的劳动条件，也给工人的人身安全造成隐患;

(3)VOD 真空脱气装置对钢包净空的要求较高，一般需要800～1200 mm，若满足该净空要求，势必要减少转炉出钢量，降低车间的产钢量;若不满足该净空要求，又容易造成钢水外溢，增加了安全隐患及清理真空罐的工作时间。

2 单嘴精炼炉的优点

将炼钢车间一座50 t VOD 炉拆除，改造为一座50 t 多功能单嘴精炼炉，有效地解决了原炼钢车间存在的问题。图2为改造后的设备图。

图2 单嘴精炼炉的设备图Fig.2 Main equipment of the single-snorkel refining furnace

(1)单嘴精炼炉与VOD 炉相比，脱气效果较好、脱气速度快、生产节奏快、能与转炉、连铸很好的协调、匹配。

(2)单嘴精炼炉在处理过程中是将真空槽的下部浸渍管插入钢水中，与真空系统形成一个密闭的真空环境，通过不断从钢包底部吹入氩气，促使钢水在真空槽内不断循环脱气，钢包里液面波动不大，几乎没有喷溅。

(3)单嘴精炼炉对钢包净空的要求较低，一般为200～300 mm。由于钢包里钢液面比较平稳，可在起重机吊运钢水能力以内，适当增加转炉的出钢量，提高钢水精炼产量。

(4)原有真空系统和合金加料系统可以利旧，节约了投资成本。

3 改造措施

3.1 多功能顶枪系统(图3)

多功能顶枪系统主要有顶枪本体、密封通道、升降小车、支撑架和控制阀站五部分组成。

原VOD 炉的氧枪系统的主要功能是在真空状态下以几倍于音速的速度向钢液中提供一定强度的氧气，以达到使钢液快速脱碳的目的。

改造后的多功能顶枪系统不仅可以通过顶枪吹氧快速脱碳生产超低碳钢，还可以通过加铝吹氧进行化学升温，通过顶吹燃气和氧气可以在处理位作为真空槽内的补充加热装置使用，处理间隙时进行加热可使真空槽壁保持1450℃以上的高温，从而减少RH 处理时的温降，还可消灭粘附在真空槽壁上的冷钢，从而避免各钢种之间的互相混杂，提高真空槽耐火材料的寿命。

图3 多功能顶枪系统Fig.3 Multi-functional top lance

3.2 真空槽及槽车系统(图4)

真空槽一般分为水冷弯管、热弯管、真空槽本体、浸渍管四部分，通过水冷弯管和真空泵系统实现密封相连，浸渍管插入钢水中，与真空系统形成一个大型的密闭真空环境，通过不断从钢包底部吹入的氩气，实现钢水在真空槽内不断循环脱气。槽台车主要有车架、驱动装置、拖链三部分组成，车架台面上有工作走台、梯子、扶手等保护设施。槽台车的用途是携带真空槽沿其走行的轨道上在处理工位和待机工位之间交替运送真空槽。能源介质通过拖链系统提供给车上的各个用户点。

图4 真空槽及槽车系统Fig.4 Vacuum vessel and vessel car system

3.3 钢包运输车系统和液压顶升系统(图5)

图5 钢包运输车系统和液压顶升系统Fig.5 Ladle car system and hydraulic lifting system

钢包运输车系统由钢包台车、电缆卷筒、轨道、底吹氩系统等组成。钢包台车用于将钢包由钢水承接工位运输至处理工位并定位，之后再由钢包顶升装置将钢包提升至浸渍管，插入钢液中所需的深度为止。真空处理后再往钢包喂丝，保温剂投入工位，最后输送到钢包吊位位置。

液压顶升系统主要由钢包顶升装置与液压系统设备组成。钢包顶升装置由升降油缸、升降框架、导轨等部件组成。

钢包顶升装置用于顶升盛有钢水的钢包和钢包台车，直到浸渍管浸入钢水一定的深度为止。处理结束后，将钢包及钢包托盘降落到台车上。顶升设备安装在处理工位正下方的地坑内。升降框架沿导轨垂直运动，由顶升油缸驱动。框架顶部平台上砌筑有保护耐材。

为在真空处理期间保持钢包位置不变，液压缸的主管路上装有锁定用单向阀。

液压顶升系统在控制室内的操作台上操作。为了减轻升降过程的惯性冲击，升降速度可高低速转换。在停电或其他紧急事故状态下，能在液压室的控制阀台上操作手动阀门，使钢包安全下降。因此，即使在管路失压的情况下，钢包下降也不会失控。

在钢水接受跨，承装转炉冶炼后钢水的钢包由该跨110/20 t 铸造桥式起重机运至钢包运输车上，接通吹氩管，打开底吹阀门，开始吹氩搅拌。承载着钢包的钢包运输车驶向单嘴精炼炉真空处理工位。

当钢包车驶至真空槽下方，用钢包顶升装置将钢包车顶起，直到真空槽的浸渍管埋入钢水中为止，然后进行测温、取样的操作，在此之后打开主真空阀，启动真空泵，降低真空系统压力，这时真空槽内与外界的压差会使钢液上升进入真空槽中;通过钢包底部吹入的惰性气体的带动，使钢水在真空槽内和钢包之间不断循环;在约20 kPa 压力下可以进行吹氧脱碳;继续降低系统压力，进行真空下的脱气处理;测温取样，成分合格后就可以准备结束处理;破除真空;降下钢包台车，行驶至吊包及喂丝工位，在该工位，进行底吹软搅拌和喂丝操作，之后，拔吹氩管，吊运钢包至方坯连铸大包回转台。

3.4 工艺流程

单嘴精炼炉的工艺流程如图6 所示。

图6 工艺流程框图Fig.6 Process flow

4 改造效果

50 t VOD 改造为50 t 单嘴精炼炉后各主要指标见表1。

从表1 可看出各项主要指标都优于原来的VOD 炉。

表1 50 t VOD 改造为50 t 单嘴精炼炉后主要指标比较Tab.1 Comparison between the 50 t VOD and single-snorkel refining furnace

该炼钢厂50 t 单嘴精炼炉工程建成后，每年可生产72 万t 高附加值产品。从目前市场行情预测，高附加值钢材与普通精炼钢材至少高出在200～300 元左右，扣除单嘴精炼炉吨钢增加处理成本50～70 元，吨钢增加利润在150 元以上。即使按年处理高附加值钢材50%计，年可获利～5400 万元左右。项目建成不到一年即可收回全部静态投资，同时还可以增加公司产品的市场竞争力和市场占有率。