提高VD炉真空系统工作稳定性的研究

罗大春，周友军，连和平，张 明

(1．安阳钢铁股份有限责任公司，河南 安阳 455004;2．中国重型机械研究院有限公司，陕西 西安 710032)

0 前言

安钢120 t VD真空脱气炉(以下简称VD炉)是引进意大利达涅利技术，国内制造，于2005年热试一次成功。2010年前，由于使用较少，VD炉出现的问题也较少。但随着安钢钢产量和品种的增多，VD炉真空系统出现工作真空度太低或系统的抽气时间过长，且每次发生均为突发故障。炼钢过程中真空系统一旦发生故障将导致抽气量不足，钢水脱气不充分，使钢材质量无法保证。有时甚至还会导致连铸断浇，严重影响生产的正常进行。本文就安钢VD炉真空系统的原理及相关参数进行了系统的介绍，对影响VD炉真空精炼系统工作的稳定性的原因进行了分析，并采取了相应的措施，取得了比较满意的结果。

1 安钢VD炉真空系统的原理及相关参数

1.1 真空系统的原理

安钢VD炉真空系统采用五级蒸汽喷射泵，真空罐内的炉气由一级泵入口进入，在工作蒸汽的作用下先后进入一、二、三级泵。炉气及工作蒸汽经过三级泵进入C1冷凝器，在C1冷凝器中，与冷凝水进行热交换，部分蒸汽转化为液态水进入热井，另一部分蒸汽与炉气在四级泵的作用下进入C2冷凝器，部分蒸汽转化为液态水进入热井，另一部分蒸汽与炉气进入五级泵后，经过C3冷凝器排到大气中，从而达到抽出炉气的作用。其系统原理如图1所示。

图1 安钢VD炉真空系统Fig.1 Vacuum system of VD refining furnace in Anyang Iron＆Steel Inc

1.2 真空系统的主要参数

公称容量/t 120

最小钢水量处理量/t 100

最大钢水处理量/t 150

处理周期/min 35～45

抽气能力/kg/h 370

抽真空时间/min ≤8

蒸汽压力/MPa 1.0～1.2

蒸汽温度/℃ 190～200

蒸汽耗量/t·h－1≤24.6

工作真空度/Pa 66.7

极限真空度/Pa ＜30

真空泵数量/个 9

2 真空系统工作稳定性的问题

真空系统工作稳定性是衡量真空系统好坏的一个重要指标，真空系统工作稳定性主要是指真空系统在一定的时间内达到工艺要求真空度的概率。从钢液气相压的理论上讲，VD炉真空系统工作真空度要满足脱碳、脱氢的要求真空度必须达到67 Pa，工艺要求真空系统达到工作真空度的时间需控制在10 min以内。2010年，安钢VD炉曾出现数次真空度达到67 Pa时间长达30 min，严重时B1泵无法开泵。另外真空度出现的故障均为突然发生，一方面严重影响生产，另一方面产品质量无法保证。因此必须提高真空系统工作的稳定性。

3 影响真空系统工作稳定性的因数及原因分析

针对安钢VD炉真空系统工作稳定性无法满足炼钢生产要求的现状，技术人员对数次故障的现象、原因及处理方法进行认真的分析，并参照设备设计性能参数进行比对，经综合分析研究认为，影响真空系统稳定性的因素有以下几方面:

3.1 真空系统内积水

VD炉真空系统抽真空能力突然下降，往往伴随着B1泵前端的积尘罐外壁出现积霜现象，打开积尘罐均发现内部有积冰、积水现象。排除积尘罐内部的水冷管线漏水外，积冰、积水主要有两个原因:(1)蒸汽含水过多。蒸汽干燥度对真空泵的性能有较大影响，含水会引起真空度波动，含水过多甚至会导致一级泵无法开泵，蒸汽的过热度需要在5～10℃。(2)蒸汽冷凝成水。经检查发现蒸汽总切断阀和二级泵蒸汽切断阀关闭不严，不生产时，蒸汽漏到二级泵、一级泵及抽气管线内，蒸汽冷凝成水，由于积尘罐在真空系统的最低点，水最后流到该处，在真空条件下，水蒸发吸热，造成管道外壁积霜。真空系统内部积水，水在真空状态下很快蒸发为气体，真空系统负载增大，最终导致真空度下降。

3.2 真空系统内部积灰

真空系统抽真空从大气压抽到67 Pa的时间大大延长。技术人员打开人孔检查发现:二级泵及3级泵的扩压器内部存在大量积灰。原因分析:当扩压器内部的积灰达到一定的厚度时，会改变扩压器的轴心线，此时拉瓦尔喷嘴喷出的高速蒸汽会在扩压器内部产生一种紊流现象，从而造成泵的工作特性明显下降，影响泵的抽气性能。

3.3 真空系统的泄露

影响真空系统工作稳定性的另一个主要原因:系统内部及外部泄露严重，真空系统抽气超负荷工作，导致真空度急剧恶化。此问题主要是由于真空泵截止阀内泄、连接管路破损、密封失效等原因造成的。

3.4 冷凝水压力及温度的影响

冷凝水的压力及温度对真空系统工作稳定性会产生很大影响，冷凝水压力低及温度高都会使蒸汽冷凝不彻底，加大下一级泵的负担，近而破坏整个真空系统的平衡，导致真空度无法满足生产要求。

4 采取的措施

4.1 去除真空系统的积水

针对真空系统出现积水的两个原因，分别采取了相应的措施解决。(1)要求蒸汽过热装置供蒸汽的压力控制在1.0～1.2 MPa，温度在190～200℃之间;(2)将真空系统输水效果不好的疏水阀全部更换，并要求每次生产前进行排水作业;(3)将关闭不严的蒸汽总切断阀和二级泵蒸汽切断阀更换。

4.2 真空系统内部积灰定期清理

通过查阅资料及生产实践证明，二级泵及三级泵的吸入室需要定期清灰。积灰彻底清理干净后，还需用抛光机对内壁进行打磨。真空泵影响抽真空效果部位主要是扩压器段图2所示。

安钢真空系统清灰的周期控制在350炉左右。

图2 真空泵示意图Fig.2 Diagram of vaccum pump

4.3 定期查找泄露点

使用手持式真空探测仪定期对系统进行检查，确保系统漏气量控制在系统允许的50 kg/h。另外，抽气管线动密封的位置需经常检查，确保动密封面处无异物。定期更换真空系统各个法兰接触面的密封垫片。

4.4 调节冷凝水的温度及压力

为使真空系统系统正常工作，一方面要求供水部门将冷凝水的温度控制在35℃以内，压力控制0.3～0.6 MPa之间。另一方面在冬夏季有较大的温差时，需适当调节水量，并对各个冷凝器上下部进水阀的开关位置设明确标记。

5 取得的效果

真空系统改进后经过一年的实践，突发故障由2010年的10余起降低到2011年的2起。真空系统工作的稳定性逐步提高，产品质量大大提高，厚板探伤合格率保持在99.2%，综合探伤合格率保持在99.46%，充分保证安钢逐步成功冶炼了低碳贝氏体、管线钢、Z向钢、高层建筑系列用钢等钢种，为安钢拓展了市场，增加了新的效益增长点。

［1］ 炼钢－连铸新技术800问编委会．炼钢－连铸新技术800问［M］．北京:冶金工业出版社，2003．

［2］ 赵沛．炉外精炼及铁水预处理实用技术手册．北京:冶金工业出版社，2004．

［3］ 道达安．真空设计手册(3版)［M］．北京:国防工业出版社，1979．

［4］ 董伟光，方杞青．天津钢管公司150吨VD炉真空系统改造［J］．真空，2004(5)．