VD真空精炼技术与装备的发展现状_刘晓峰

作 者 简 介 ：刘 晓 峰 （１９８３— ），男 ，大 学 本 科 ，助 理 工 程 师 ； Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｑｌｘｆ８３＠１６３．ｃｏｍ； 收 稿 日 期 ：２０１２－０７－１１
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中国冶金
第 ２３ 卷
序号 １ ２
３பைடு நூலகம்
发展阶段
表１ ＶＤ 技术发展阶段及重要事件一览表 Ｔａｂｌｅ １ ＶＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｇｅ ａｎｄ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｖｅｎｔ
功能多元化 发 展 阶 段 ［６－９］
２０世纪８０年代中后期，德 国 Ｄｉｌｌｉｎｇｅｎ 钢 铁 公 司、克 鲁 伯－曼 内 斯 曼 Ｈｕｔｔｅｎ 钢 厂 开 发 成 功 了 生 产 极 低 硫 钢 （ｗ（［Ｓ］）≤０．００１０％）的 ＶＴＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｔａｎｋ Ｄｅｇａｓｓｅｒ）真 空 大 流 量 搅 拌 精 炼 工 艺。 法 国 Ｓｏｌｌａｃ Ｆｌｏｒａｎｇｅ钢 厂的１套 ＶＤ 装置月处理钢水约１２万ｔ，其中４２％供给板坯连铸（主要为ＩＦ 钢）。加拿大 Ｄｏｆａｓｃｏ钢 厂 １９８７ 年建成的 ＶＤ 装置，采用 ＢＯＦ－ＬＦ－ＶＤ－ＣＣ 生产工艺，年产超低碳钢（ｗ（［Ｃ］）＜０．００４％）１８万ｔ。
第２３卷 第５期 ２０１３年 ５ 月
中国冶金 Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ
Ｖｏｌ．２３ Ｎｏ．５ Ｍａｙ ２０１３
ＶＤ 真空精炼技术与装备的发展现状
刘 晓 峰１， 安 昌 遐１， 杜 亚 伟２， 陈 登 国３
（１．重庆钢铁股份有限公司二炼钢厂，重庆 ４０１２５８；２．安阳钢铁股份有限公司，河南 安阳 ４５５００４； ３．新钢集团公司第二炼钢厂，江西 新余 ３３８００１）
重要事件
早期研发 起 步 阶 段 ［３－５］
１９４０年前后，苏联莫斯科钢学院在电冶实验室开 始 减 压 条 件 下 的 脱 氢 、脱 氧 试 验。１９５２ 年 到 １９５３ 年，工 业 规模的钢包精炼设备在苏联多个工厂普及应 用 。１９５８ 年，西 德 芬 克 尔 父 子 （Ｆｉｎｋｌｅ ＆ Ｓｏｎ）公 司 开 发 了 钢 包 用塞棒型管吹氩的方法。１９５３年，斯拜尔等人通 过 在 钢 包 底 部 设 置 吹 氩 透 气 砖，开 发 了 ＧＡＺＩＤ 法，于 １９６３ 年在法国实现了工业化。１９６２年，美国共和公司设置有电 磁 搅 拌 功 能 的 钢 包 精 炼 设 备 开 始 用 于 所 有 钢 种 生 产。１９６８年，日本住友金属（株）小仓制铁所最先使 用 了Ｉｎｔｅｒｓｔｏｐ方 式 的 滑 动 水 口 工 业 化 试 验，并 实 现 实 用 化。中国在２０世纪５０年代中后期就在大冶等地的工厂建立了 ＶＤ 真空脱气装置生产电工硅钢等钢种。
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｃｔｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｄｅｇａｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
ＬＩＵ Ｘｉａｏ－ｆｅｎｇ１， ＡＮ Ｃｈａｎｇ－ｘｉａ１， ＤＵ Ｙａ－ｗｅｉ ２， ＣＨＥＮ Ｄｅｎｇ－ｇｕｏ３
（１．Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｐｌａｎｔ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１２５８，Ｃｈｉｎａ；２．Ａｎｙａｎｇ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．，Ａｎｙａｎｇ ４５５００４，Ｈｅ’ｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｐｌａｎｔ，Ｘｉｎｙｕ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｘｉｎｙｕ ４０１２５８，Ｊｉａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ＶＤ ｖａｃｕｕｍ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｃｔｕａｌｉｔｙ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＶＤ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ．ｔｏ ｆｏｃｕｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｃａｒ－ ｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ，ｄｅｅｐ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｅｐ ｄｅｇａｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ＶＤ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ＶＤ ｖａｃｕｕｍ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍｅ－ ｃｈａｎｉｃａｌ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａ ｖｉａｂｌｅ ｏｐｔｉｏｎ ｉｎ ｖａｃｕｕｍ ｒｅｆｉｎｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖａｃｕｕｍ ｄｅｇａｓｓｉｎｇ；ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ；ｄｅｅｐ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ；ｄｅｅｐ ｄｅｇａｓ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ
用 ＢＯＦ＋Ａｒ＋ＣＣ 工艺路线吨钢可降低铝合金消 耗 ２０ 多 元 。
舞钢［１７］采用９０ｔＥＡＦ－ＶＤ－ＬＦ－ＶＤ 工艺生 产 低 碳 钢，控 制 电 炉 终 点 ｗ （［Ｃ］）＜ ０．０８％、 ｗ（［Ｏ］）＝０．０８０％ ～０．１０％，出 钢 后 钢 包 钢 水 大 于 １ ６００ ℃，禁止加入任何脱氧剂及渣料。ＶＤ 真空精 炼时间１０～１２ ｍｉｎ，真空度达到 ２００～２５０Ｐａ，开抽 温度 要 控 制 在 １ ５９０～１ ６４０ ℃，真 空 过 程 温 降 为 （２．２±０．２）℃／ｍｉｎ，氩 气 流 量 控 制 在 ２ ｍ３／ｈ 左 右。 经此处理后，钢 水 ｗ（［Ｃ］）＜０．０１％，成 品 ｗ（［Ｃ］） ＜０．０５％。 在 抽 真 空 操 作 中，防 止 钢 水 剧 烈 沸 腾 引 起溢渣，真 空 度 达 到 ２６．７ｋＰａ 左 右 和 ４ｋＰａ 左 右 时 ，进 泵 速 度 均 匀 平 衡 。
２ ＶＤ 工艺技术的发展
２．１ 真 空 脱 碳 技 术 理论上，ＶＤ 具 有 良 好 的 脱 碳 条 件。 国 外 部 分
钢厂（法国 Ｓｏｌｌａｃ钢 厂、法 国 Ｄｕｎｋｅｒｑｕｅ钢 厂、加 拿 大 Ｄｏｆａｓｃｏ钢厂）［８－９］采用 ＶＤ 处 理 来 生 产 极 低 碳 或 超 低 碳 钢 ，已 获 得 了 很 好 的 处 理 效 果 。 国 内 宝 钢 、舞 钢、汉 冶 特 钢 等 钢 厂 也 已 采 用 ＶＤ 真 空 脱 碳 试 生 产 低／超低 碳 钢 ，首 ［１３－２０］ 钢［１６］转 炉 生 产 Ｈ０８ 钢 终 点 ｗ（［Ｃ］）＝０．０４％，采 用 ＢＯＦ＋ＶＤ＋ＣＣ 工 艺 比 采
ＶＤ 与 ＲＨ 相比，生产低 碳 钢／超 低 碳 钢 在 装 备 上和流程上存在一 定 缺 陷，如 钢 包 净 空 高 度 要 求 较 高、真空室高度较 低、无 钢 水 加 热 功 能、生 产 流 程 较 长、深脱碳能 力 弱 等，但 通 过 相 关 设 备 改 造，ＶＤ 真 空脱碳效果 也 可 大 大 提 高。Ｄｏｆａｓｃｏ 钢 厂 原 ［９］ 钢 包 自由净高度只有 ５００～７００ ｍｍ，通 过 对真空室顶盖
的改造，使自由 净 空 高 度 达 到 １ ５００ ｍｍ，吹 氩 流 量 的可控范围大大提高，改善了 ＶＤ 脱碳处理效果。 ２．２ 真 空 脱 硫 技 术
ＶＤ 在炉外精炼流程的 脱 气 操 作 中 发 挥 着 重 要 作用，但是其 脱 硫 功 能 往 往 被 忽 略。ＶＤ 脱 硫 具 有 良好的热力 学 和 动 力 学 条 件，精 炼 温 度 通 常 比 ＬＦ 高６０ ℃左右，曼内斯曼指数控制在０．２～０．４之间， 硫的分配 比 可 达 到 ８０ 以 上［２２］，搅 拌 能 是 ＬＦ 的 ８ 倍 。 ［２１］
１ ＶＤ 技术发展概述
ＶＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｄｅｇａｓｓｉｎｇ）罐 内 钢 桶 去 气 法 或 芬 克 尔 （Ｆｉｎｋｌｅ）法，１９５２ 年 由 前 西 德 和 前 苏 联 开 发［１－２］。ＶＤ 技术 经 过 近 ６０ 年 的 发 展，大 体 上 经 历 了３个发展 阶 段，即：１９５２－１９７０ 年 的 早 期 研 发 起 步的第 １ 阶 段；１９７０－２０００ 年 的 功 能 多 元 化 的 第 ２ 阶段；２０００年至今的高效化、大 型 化、真 空 泵 干 式 化 的第３阶段，见表１ 。 ［３－１２］ 现阶段仍处于第３阶段。
试验 证 明［２６］，当 真 空 度 在 ７０Ｐａ 以 上 时，即 使
长时间保工作真空度，ＶＤ 的 脱 氢 率 也 不 高，尤 其 是 真空度 在 １００Ｐａ 以 上 时，脱 氢 率 基 本 都 维 持 在 ３５％以下。因此，要满足 ＶＤ 脱氢要求，必须适当提 高真空度。从生产 成 本 和 生 产 节 奏 方 面 考 虑，保 持 真空时间控制在１５ ｍｉｎ，钢 液 中 的 氢 质 量 分 数 基 本 都下降到２×１０－６以下。控 制 钢 液 的 初 始 氢 质 量 分 数、严格烘烤新钢包、减 少 渣 量、降 低 Ａｌ２Ｏ３ 质 量 分 数以及 使 用 ＭｇＯ 代 替 ＣａＯ 等，可 以 降 低 钢 包 精 炼 时及精炼 后 的 吸 氢 量。 莱 钢［２７］钢 水 进 入 ＶＤ 工 位 前 ，扒 掉 部 分 精 炼 渣 ，加 入 调 渣 剂 ，调 整 渣 组 成 ，增 强 真空脱气和吸附钢 中 夹 杂 物 的 效 果，以 获 得 低 氧 高 洁净度轴承钢。
高 效 化 、大 型 化 、 真空泵干式化 发 展 阶 段 ［１０－１２］
实现 ＶＤ 关键技术和装备的高效化、大型化和大型 机 械 真 空 泵 应 用 的 主 要 代 表 技 术 有：双 盖 双 罐 结 构 布 置， 使 ＶＤ 处理周期降低至３５ｍｉｎ以内；挂渣式全水冷防溅 盖，炉 盖 寿 命 可 达 到 ５ ０００ 炉 以 上；采 用 多 重 变 量 泵 （蒸气泵）技术，ＶＤ 实现预抽真空技术；机械真空泵系统应用于 ＶＤ 精炼装置始于１９９８年，由罗马尼亚 Ａｄｒｅｎ Ｉｎｖｅｓｔ公司设计、采用英国 Ｅｄｗａｒｄｓ公司生产的机械真空 泵 系 统 成 功 应 用 于 罗 马 尼 亚 ＣＯＳＴ 钢 厂 １５ｔＶＤ／ ＶＯＤ 真空精炼，实现了炼钢用大型机械真空泵干式 化。２００２ 年，俄 罗 斯 新 西 伯 利 亚 钢 厂 建 设 了 世 界 上 最 大 的３２０ｔＶＤ／ＶＯＤ 真空处理设备，用于生产低碳钢、高级电工 钢 等。２０１１ 年，中 冶 赛 迪 自 主 设 计 建 造 的 国 内 最大容量的２１０ｔＶＤ 设备在新余钢铁厂投产。２０１１年，包头钢铁公司引入 机 械 真 空 泵 脱 气 设 备 对 原 有 的 １ 号１２０ｔＶＤ 进行了改造，运行良好。