干式真空泵装置

（自主）研究开发项目计划书项目名称 VD炉上的干式真空泵组装置企业名称无锡东雄重型电炉有限公司企业法人（签名）项目负责人高建华电话 05项目联系人谢立民电话 05项目起止时间 2014 年3月至 2014 年8 月填报日期 2014年 10月20日一、立项依据1.国内外现状、水平和发展趋势：真空脱气处理工艺，作为炉外精炼的一种，在冶金工业得到广泛使用。

其原理利用对真空室进行抽真空，在真空状态下对钢水进行脱气，降低钢水中的[H]、[N]，同时利用钢渣界面反应进行脱硫处理。

在大型现代化冶金生产中，VD钢包真空精炼已成为现代二次冶金的基本手段。

在世界钢铁冶炼技术中，VD钢包真空精炼炉作为钢铁企业生产高洁净度钢水的必备精炼装置，其应用可直接影响产品结构和钢材品质的优化提升；而在全球VD精炼工艺100多年的发展应用中，尤其是国内的近二十年，全部采用的是成熟的湿法（以蒸汽为动力的蒸汽喷射泵）抽真空技术。

钢水真空脱气（VD）及真空氧脱碳（VOD）是两个主要二次炼钢法。

处理时钢水中会逸出大量溶解杂质气体并产生金属细粉及氧化物粉尘，因而需采用坚固、抽力极大的真空抽吸设备。

目前面世的最新干式机械真空抽吸设备之所以比先前所用同类用途设备优越，就在于新设备能更有效地排除粉尘、提高抽吸速度、降低生产成本及维护费用。

干式（机械）真空泵与蒸汽喷射泵的最大区别在于驱动能源，前者采用电能，而后者则采用蒸汽。

然而，炼钢生产本身就是钢铁流程中最为复杂的工序之一，其中精炼又是炼钢工序中技术最密集的环节，从工艺到技术结构上都有巨大的挑战。

2.项目开发的目的、意义目前，无论是新建设备，还是已有设备的升级，对真空脱气处理的项目投资都在继续增加，其原因是厂家们看准了这种投资带来的机遇：提高产品质量，推出独具特色的钢就能使钢升值。

传统技术-蒸汽喷射泵有功率大且耐用和气体流量大的优点，但是，缺点也很多：维护繁冗、耗能高、破坏环境并产生排放大量CO2；占地面积大；运行参数会随着时间推移下降；高度依赖于所用蒸汽的质量。

本项目研发的干式机械泵组具备如下优点：能源消耗为蒸汽泵的10%以下；可控制的真空效果；环保清洁的解决方案；减少CO2的排放；更好的真空质量；更好的处理结果参数（尤其在脱氢上）；操作简便，完全自动；出于经济原因，通常厂家都用很大设备进行大量钢水的脱气，因而一般都需具备真空抽吸能力极大的设备。

由于产生大量金属细粉及氧化物粉尘，这些设备操作起来可能很脏。

油密封真空泵，随着炼钢厂家承受的能耗开支及设备维护负担越来越重，他们希望采用干式机械真空抽吸系统上，指望靠这种新设备更好的处理粉尘，节省大量资金。

与以前所用装置相比，干式机械真空抽吸系统能明显节省生产和维护费用以及安装场地，同时还可提高抽吸速度、操作机动性及总产量。

大型罗茨式预抽真空泵结构上粉尘容限极高，是机械式真空抽吸系统的主力设备。

3.本项目达到的技术水平及市场前景本项目在现有的设计理念上，通过更合理的结构形式、关键元器件的选用、优化自动控制等方面创新设计，冶炼过程中无需人工干预，运行维护费用低，在LF精炼炉吹氩系统领域，深受用户欢迎，有着广泛的市场前景。

二、开发内容及目标1.项目主要内容：钢水真空脱气是二次炼钢关键作业，能迅速有效清除钢水中溶解的杂质气体（主要是氢及一氧化碳）及减少钢水中溶解碳含量，从而使钢质量更好，提高其价值及扩大其适应性。

真空脱气（VD）及真空氧脱碳（VOD）是两种基本脱气处理法。

真空脱气（VD）法 VD的基本操作一般用15-20min，是在的压力下进行的。

在此条件下钢水中溶解的氢及一氧化碳气体被吸入钢水上方大气排除。

这种处理法还有助于清理易挥发的金属元素（Pb、Sn、As、Sb、Bi等）。

处理后钢水中残存气体含量一般极低，例如氢减少到百万分之一。

在处理结束时用氩软吹还可使氧含量低于百万分之15。

进行VD处理时必需在的压力下排掉几十kg/h的当量空气。

这样至少要有几万m3/h的抽吸速度及采用罗茨式预抽真空泵为主的庞大多级泵组。

当满足高速真空抽吸条件，系统应采用相当数量的大型罗茨高真空抽吸泵，并需将这些泵正确地分级排列才能保持每级两端适当压力比率及达到足够的抽吸速度。

同时只有采用能力充足的初级泵才能达到这两项指标。

预抽级所用初级泵的选择，取决于一系列因素，例如脱气方式及规模，现场可用设施及用户习惯等，可作如下选择。

预抽泵的选择方案 VD对预抽的一般要求是在10-15mbar范围保证稳定的抽吸速度。

VOD对预抽的要求则是在200-400mbar范围保证稳定的高速抽吸速度及能承受较重的粉尘及夹杂物负荷。

干式泵组罗茨预抽真空泵及干式螺杆泵属于干式泵组，它们可为VD各级高真空抽吸系统保证令人满意的预抽速度（即10-15mbar范围的最佳抽吸速度）。

即便VOD处理中产生大量磨蚀性粉尘，这类泵也能极好地解决粉尘磨蚀问题。

而在钢水脱气设备产生粉尘严重条件下，使用螺杆泵方面已积累很多行之有效操作经验。

事实证明，这种泵操作简便、极其可靠。

然而对于较大规模脱气设备，显然需用更大规格的干式预抽泵组。

同时，从经济角度来看，可能需要考虑其它预抽方案。

用大型水环泵预抽是一种能为高真空抽吸系统创造极大初抽能力的方法，而且极为经济、可靠，因为这样能使高真空抽吸系统得到快速起抽及极强的预抽。

对于进展急促、压力较高的处理作业（例如VOD），这种泵简便可靠，因而在炼钢业被广泛采纳，多年来已成为蒸汽喷射器的通常替代设备。

这种泵对处理中发生的粉尘及其它杂质有相当大的耐受力，因为大部分粉尘及杂质可被密封水吸收而彻底清除。

钢水脱气处理中采用水环泵有两个主要缺点：①水用量大在采用标准操作方式时（50%水循环），一台典型4200m3/h 液环泵的耗水量可高达10m3/h，而采用非连续操作方式时（即水不循环）可达20m3/h，同时要将水直接排往废水处理厂。

密封水上一定很洁净，而排水由于脱气中受到严重污染，可能导致很坏的环境后果。

为将泵内受到的磨蚀及损耗减至最小，制造厂家很可能推荐VOD采用非连续操作。

②密封水温度限制着本可达到的真空度密封水温度对环泵性能起关键作用。

VD预抽当中水环泵需达到令人满意的真空极限才可避免VD预抽系统三台预抽泵这一级负担过重（即过大的压力比率）。

对此需格外留神。

液环泵制造商所列技术性能是以15℃的密封水温度为基础。

这一温度可能很不实际，必需按具体场合实际水温度来确定预期性能。

密封水温度升高，水蒸汽温度也升高。

这样真空抽吸速度便会下降并在入口压力降向极限时泵内产生气穴（气泡“爆炸”）。

虽然许多制造商装有防气穴装置，但最后还是抽吸速度损失很大，发生气穴振动及噪音，特别是使极限压力变差。

凡是这种状况可能对VD产生不允许的致命影响，都应采取下列一项或多项补救措施：1）采用一次用水（无论怎样，可能都需如此）；2）对密封水进行过冷处理（设备成本及能耗费用很高，可能极不经济）；3）在液环泵前面增设空气喷射器级（从排气供给空气，但有些经营者不太愿意这样做）；4）在液环泵前面增设小型罗茨预抽泵级（成本增高，设备变得复杂）。

大型干式抽气机用大型干式抽气机也能比用其它干式泵更便宜地保证很高的初抽能力。

这种抽气机是罗茨式风机，是为向大气排气专门设计的，能可靠地保证非常大的压差。

作为单机，这种抽气机的真空极限要比水环泵差（一般限于200mbar），需用两级气机进行钢水脱气。

这样排气达到的真空极限就会比水环泵更令人满意。

干式抽气机比水环泵有某些明显的优点：水消耗最少（仅需少量冷却用水），无大废水处理问题，操作性能不受水温影响，有可靠的适当压力。

但大型干式抽气机价格比水环泵高（一次投资可能高一倍），同时要有较大安装场地。

大型抽气机组噪音等级也可能极高（例如，不消音可高达100分贝）。

2.项目主要目标•为缓解蒸汽资源紧张局面，减少蒸汽消耗，降低炼钢工艺能耗，研发先进真空技术，用干式真空泵泵组替代传统多级蒸气喷射泵进行真空脱气应用于VD钢包真空精炼炉设备。

干式真空系统过滤器采用旋风+布袋的除尘方式对废气进行过滤，以满足真空泵对被抽介质的需求, 同时预防了烟尘向大气排放。

3.技术创新之处由于干式真空泵对粉尘非常敏感，需要使用过滤器，将粉尘从流动的气流中分离出来的过滤技术是使用机械式干式泵钢水真空脱气装置的关键点。

本项目开发出了一种具有操作运行效益的高效过滤系统，好的过滤技术必须能完成至少三个任务：•在压降极小的情况下也能够充分分离粉尘•能够承受极其严酷的工作条件，不会因温度和粉尘燃烧而出现损毁•拥有自动化的集成过滤监测系统，因为过滤器的损坏可能导致泵的损坏本项创新的过滤设备主要特点是两阶段的过滤设备包括安装在同一外壳内的一个旋风分离部分和一个布袋除尘部分。

过滤器的主要特性:99%的气体负荷效率低于5 mg/m3压降： mbar 压降作业温度范围：（20 -1000）摄氏度。

4.主要技术指标或经济指标由于干式真空泵系统以电能作为能源，运行不受蒸气温度、压力的制约，不存在因蒸汽温度或压力波动造成的VD故障停机问题，因而设备运行稳定，基本上免维护。

除尘系统采用干法除尘，不产生污泥，生产间歇只需15min 左右清除过滤器除尘灰, 方便快捷。

由于系统相对独立，不受外界条件影响，可根据实际情况随时起停泵，生产组织方便。

干式泵对水敏感，系统中不允许有大量水或水蒸气存在，因而对新砌VD罐及罐盖的烘烤质量要求较高，另外也增加了VD 清渣作业的难度。

本项目是以长强特钢45吨干式VD炉为研发对象，研制配套的干式真空泵组主要消耗能源为电力，泵组的耗电设备共有24台电机，一级泵4台、二级泵2台、三级泵6台，全部采用先进的变频调速技术控制。

因为所有电机都是变频调速控制，其频率、电流和功率是根据现场负载的情况实时改变的，不适合采用传统的检测方法计算耗能，故采用现场实时监测功率、时间数据来计算干式VD耗电量。

根据干式VD实时检测结果，计算得出干式VD炉吨钢能源费用为元/t。

抽气能力：真空压力达到100Pa时间；平均4分30秒；极限真空度：10pa。

冶金效果：深真空（小于）处理13min，脱氢率平均%，最高%；脱氧率平均%，最高%；脱氮率平均%，最高%。

同吨位的45tVD装置的蒸汽喷射泵组，主要消耗能源为蒸汽和电力，主要耗电设备为10台泵。

根据炼钢厂实际生产数据，VD生产即抽真空时一次蒸汽流量消耗平均为12t/h，减温除盐水消耗为平均4t/h。

计算吨钢能源费用为元/t。

综上所述，干式VD运行费用吨钢元，蒸汽VD运行费用吨钢元，干式VD吨钢运行费用较蒸汽VD减少元，按年处理量100万吨计算，可降低能源费用600余万元，节能效果明显。

3个多月200多炉钢的生产实践表明，干式VD系统运行稳定正常，VD处理采用干式真空泵系统可以满足工艺要求，因而可以显著缓解蒸汽供应压力。