周友軍，屈薛勇，張 明，喬進鋒

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

某煉鋼廠有主要工藝設備2 座50t 轉(zhuǎn)爐、4座50t LF、2 臺50t VOD、3 臺連鑄機。由于產(chǎn)品升級，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)有精煉設備不能滿足要求，因此要對其進行改造。

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 爐的主要設備圖Fig.1 Main equipment of the VOD

(1)原2 臺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，不僅嚴重影響生產(chǎn)，而且惡化了工人的勞動條件，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間。

2 單嘴精煉爐的優(yōu)點

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為改造后的設備圖。

圖2 單嘴精煉爐的設備圖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)，可在起重機吊運鋼水能力以內(nèi)，適當增加轉(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度的氧氣，以達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行化學升溫，通過頂吹燃氣和氧氣可以在處理位作為真空槽內(nèi)的補充加熱裝置使用，處理間隙時進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)實現(xiàn)密封相連，浸漬管插入鋼水中，與真空系統(tǒng)形成一個大型的密閉真空環(huán)境，通過不斷從鋼包底部吹入的氬氣，實現(xiàn)鋼水在真空槽內(nèi)不斷循環(huán)脫氣。槽臺車主要有車架、驅(qū)動裝置、拖鏈三部分組成，車架臺面上有工作走臺、梯子、扶手等保護設施。槽臺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工位之間交替運送真空槽。能源介質(zhì)通過拖鏈系統(tǒng)提供給車上的各個用戶點。

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

3.3 鋼包運輸車系統(tǒng)和液壓頂升系統(tǒng)(圖5)

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

鋼包運輸車系統(tǒng)由鋼包臺車、電纜卷筒、軌道、底吹氬系統(tǒng)等組成。鋼包臺車用于將鋼包由鋼水承接工位運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)設備組成。鋼包頂升裝置由升降油缸、升降框架、導軌等部件組成。

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車上。頂升設備安裝在處理工位正下方的地坑內(nèi)。升降框架沿導軌垂直運動，由頂升油缸驅(qū)動?？蚣茼敳科脚_上砌筑有保護耐材。

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上操作手動閥門，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 鑄造橋式起重機運至鋼包運輸車上，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輸車駛向單嘴精煉爐真空處理工位。

當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，然后進行測溫、取樣的操作，在此之后打開主真空閥，啟動真空泵，降低真空系統(tǒng)壓力，這時真空槽內(nèi)與外界的壓差會使鋼液上升進入真空槽中;通過鋼包底部吹入的惰性氣體的帶動，使鋼水在真空槽內(nèi)和鋼包之間不斷循環(huán);在約20 kPa 壓力下可以進行吹氧脫碳;繼續(xù)降低系統(tǒng)壓力，進行真空下的脫氣處理;測溫取樣，成分合格后就可以準備結(jié)束處理;破除真空;降下鋼包臺車，行駛至吊包及喂絲工位，在該工位，進行底吹軟攪拌和喂絲操作，之后，拔吹氬管，吊運鋼包至方坯連鑄大包回轉(zhuǎn)臺。

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見表1。

從表1 可看出各項主要指標都優(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，年可獲利～5400 萬元左右。項目建成不到一年即可收回全部靜態(tài)投資，同時還可以增加公司產(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，參考了國家相應標準，充分考慮了該項目的節(jié)能環(huán)保、現(xiàn)場操作及維護人員的安全問題。

(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)多級處理后的煙塵含量小于50 mg/Nm3，低于國家標準;

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

(5)設置氮氣罐，冶煉低碳鋼或事故時采用氮氣稀釋破真空。

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