双VOD炉冶炼的研究与应用

张永华

（天津钢管集团股份有限公司，天津300301）

双VOD炉冶炼的研究与应用

张永华

（天津钢管集团股份有限公司，天津300301）

为了提升不锈钢的产能，对现有的VOD炉进行改造，通过增加罐盖车系统、真空泵系统和真空切换盒系统等设备，实现了双VOD处理的工艺，提高了VOD的生产效率，缩短了钢水在VOD的处理时间，增加了不锈钢的产量，降低了生产成本，取得了较好的经济效益。

VOD炉；不锈钢；罐盖车系统

1 引言

VOD炉是炉外精炼非常重要的生产环节，VOD炉对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起到重要作用,使冶炼成本大幅降低,同时提高了钢的品质和性能。VOD法是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳,同时从钢包底部向上吹氩搅拌。其实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件，即高温、真空、搅拌。

2 双VOD改造的意义

目前高合金钢、不锈钢的生产工艺为：电炉+感应炉→LF→VOD→模铸（连铸）→锻造。该工艺冶炼时间较长，在VOD单炉需处理4 h以上，很难组织连浇。而且使用模铸、锻造或连铸单浇成材率低，总体成本上不经济，产品竞争力不强。为满足公司发展要求，特别是完善不锈钢、（超）高合金钢等品种生产技术上的装备，实现产品结构调整，进一步提高这部分产品的竞争力，特提出本改造方案。采用EAF→LF→1#VOD(或2#VOD)→连铸（模铸）→锻造工艺。

双VOD改造就是将现在的VOD冶炼过程分解为三个子工位，即当第一炉真空吹炼时，第二炉进入二工位，第一炉吹炼结束做真空碳脱氧及利用真空料仓进行合金化还原的同时，第二炉进行真空吹炼。当第一炉合金化完成时，将其吊至LF钢包车上进行成分微调和温度调整，为第三炉VOD处理腾空罐位，如此实现不锈钢等高级别钢种的连续生产。

3 改造内容

现有二炼钢VOD炉设备系统的基础上，要想实现连铸连浇的方式冶炼不锈钢的工艺，就必须缩短在VOD工位的处理时间，需在现有VOD工位上，实现一个罐坑内进行高真空的状态下进行吹氧处理操作，同时在另一个罐坑也能够进行真空处理操作，即实现双罐盖双处理的工艺。根据现有VO的设备系统情况，就必须对现有设备进行改造，同时还要增加一些设备，以及对所需的能源介质等进行重新核算。

现有二炼钢VOD炉为一套真空处理系统，一套移动盖车，两个处理工位，改造完成后为两个处理工位，两套移动盖车，两套真空处理系统，可实现双工位同时进行真空处理。增加了一套真空罐盖车系统，增加了一套真空下料系统，并对原有真空下料系统进行了改造。增加了一套水冷氧枪系统，并将原有的水冷氧枪系统驱动电机改为变频控制，使氧枪的运行速度更加平稳，位置控制更加准确。增加了一套MTA系统，并对原有MTA系统进行了升级改造。增加了一套VOD真空泵系统（包括4台水环泵，一套E4a喷射泵，蒸汽流量调节设备，冷凝器和洗涤器），并将水环泵控制系统改为软启动器启动。为了避免VOD处理时CO爆燃，双VOD改造增加了氮气破空系统。双VOD改造采用真空切换盒系统代替原有的弯管小车系统，并对其相应的管道经行了重新布置。对现有热水井进行了扩容，增大了热水井的蓄水量，并将热水井回水泵电机改为变频控制，可有效控制热水井水位的同时降低能耗。

3.1 现有设备分析

VOD现有设备包括2个正空处理位、1套盖车系统、1套正空系统、弯管小车。

（1）正空处理位由一个密闭的罐体组成。（2）真空罐盖由3条油缸吊挂在罐盖车框架上，并通过油缸实现上下升降。（3）真空泵系统主要由四级蒸汽喷射泵，一级水环泵（4台并联）一级冷凝器及洗涤器组成。喷射泵由喷射泵本体及拉瓦尔喷嘴及针阀组成。（4）弯管小车可以实现真空系统在1#、2#处理位的切换。

3.2 新增设备

改造后要想实现双VOD处理功能，就必须增加部分设备，改造后的系统见图1。

图1 双系统真空系统图

（1）真空罐盖

真空罐盖由3条油缸吊挂在罐盖车框架上，并通过油缸实现上下升降。罐盖上有各种与周围设备相关的孔口法兰及支架等。并设有水冷氧枪和真空合金料斗。罐盖下口是真空罐密封的大法兰。罐盖上部属封头型。在封头内部打结有耐火材料，在其下部才有吊杆来吊挂水冷钢包盖，罐盖与钢包盖之间装有水冷中心板。为了便于观察钢水在真空状态下的反应状体，罐盖上还配有摄像头，观察孔。罐盖法兰外径：Φ6 100 mm，罐盖高：2 040 mm。

（2）水冷氧枪

为实现真空条件下吹氧脱碳的目的，罐盖上装有水冷氧枪，它靠支架固定在罐盖上部，并通过齿轮电动机、链条及链轮等装置实现上下运动，罐盖开孔用于氧枪进入下部钢包内，开孔处通过密封箱实现对枪体的密封。氧气流量2 000 m3/h，压力1.6 MPa,氧枪长度5 542 mm,氧枪升降速度0～10 m min,变频控制，电机4 kW,氧枪直径：150 mm。

（3）真空合金料斗

为实现真空条件下合金料的加入，罐盖顶部设有合金料斗，靠钢结构支架固定于罐盖上，由上部料斗、下部料斗及连接管等组成。加料有料斗顶部气缸带动下料装置完成。上部料斗容积2 m3，下部料斗容积2 m3，合金颗粒10~70 mm。

（4）真空罐盖车

真空罐盖车主要由1个提升罐盖装置的钢结构车架和4个车轮组成。其中2个主动轮，2个被动轮，分别由带制动器的电机减速机驱动。车顶部有一个工作平台，便于人工观察和维护。各种介质管线通过高架双拖链与罐盖车连接。

（5）真空泵系统

该系统主要由一级蒸汽喷射泵、一级水环泵（台并联）及一级冷凝器及洗涤器组成。喷射泵由喷射泵本体及拉瓦尔喷嘴及针阀组成，针阀可以控制喷嘴内蒸汽流量，以便更好地控制真空度。真空系统所需蒸汽用现有蒸汽系统，完全能满足要求。技术参数：喷射泵抽真空10 kPa，喷射泵抽气能力2 00 m3/h，水环泵抽真空33 kPa，水环泵抽气能力4 30 m3/h，工作蒸汽压力1.2 MPa，蒸汽温度200℃，洗涤器尺寸1 600 mm×4 500 mm，冷凝器尺寸1 50 mm×3 500 mm。

（6）新增真空切换盒系统

真空切换盒系统取代以前的弯管小车系统，位于1#罐与2#罐之间，以保证两个工位同时工作，便于两个工位直接的切换工作。真空切换盒工艺见图2。

图2 真空切换盒工艺图

3.3 主要创新点

（1）真空系统的切换

改造完成后，通过真空切换盒即可实现一个罐坑内进行真空状态下吹氧脱碳处理操作，在另一个罐坑同时进行高真空处理操作，即实现双罐盖双工位处理的工艺。两套系统同时工作，工作压力不同，且互相不能受到影响，真空切换盒的设计很好地完成了此项功能，保证了两套真空系统可以随意选择在1#、2#处理位使用。

（2）破空位置选择

VOD处理过程中需要吹入一定量的氧气，势必要产生CO，破空时大量空气进入罐体，如果条件合适会发生爆炸危险。为了排除这种爆炸发生的可能，引入氮气破空。如果氮气破空点选择在罐体破空，那么破空时罐体内的烟尘会流向真空管道，长时间会堵塞真空管道。经过讨论选择在切换盒上安装破空点，这样在破空是不会堵塞罐体附近的真空管道。根据计算每次破空需要15 m3氮气，氮气流量500 m3/h，压力1.0 MPa。

（3）真空系统设计

新增的VOD真空泵系统采用4台水环泵，一级蒸汽泵，二级蒸汽泵增加了蒸汽流量调节设备，既保证真空罐坑内真空度的稳定，又可调节蒸汽流量，极大地节约了蒸汽。

（4）控制系统

改造将水环泵的启动方式改为软启动器启动对水环泵起到了极大的保护作用，并且将热水井回水泵的控制方式改为变频控制，有效控制热水井的水位，同时降低了能耗。增加了一套MTA系统，并对现有MTA系统进行了升级改造，增加了自动在线校验功能自动效验装置，安装在两尾气采样分析MTA之间，并且连接号，实现随时在线自动效验增强了MTA系统检测的准确性。

4 生产应用及效果分析

双VOD改造提高了VOD的生产节奏，改造前只有一个罐盖，VOD只能处理一炉钢水，改造后增加了一套罐盖车系统，可同时处理两炉钢水，实现一个罐坑内进行高真空的状态下进行吹氧处理操作，同时在另一个罐坑也能够进行真空处理操作即实现双罐盖双处理的工艺。缩短了钢水在VO的处理时间，提高了VOD的生产节奏，不锈钢铸坯的产量得到提升。双VOD改造提高了VOD设备的安全性，VOD氮气破空系统的增加避免了VOD处理时CO的爆燃及爆炸，水环泵控制改为软启动器启动后，极大地保护了水环泵电机，同时减少对整个炼钢电网的影响。

5 结论析

双VOD改造完成后实现了双罐盖双工位处理的工艺。实现了高合金钢，不锈钢的四炉连浇生产（改造前由于VOD处理时间长，只能进行模铸生产），平均VOD单炉处理时间缩短到1.5 h，实现了对于双相钢、镍基合金、H13等采用模铸+锻造工艺，对于9Cr、13Cr、HP13Cr、SUP13Cr等采用大圆坯连铸+锻造工艺，对于奥氏体不锈钢可实现连铸坯+直接轧制管材工艺。缩短了高合金钢、不锈钢的冶炼时间，增强了连铸连浇成材率，降低了高合金钢、不锈钢的生产成本。双VOD改造增加了MTA的在线校验功能，提高了MTA的准确性，更能直观、准确地检测到VOD处理时罐坑内钢水的反应情况，为后续钢水成分的调节，还原剂的添加提供了数据依据，提高了生产的高合金钢，不锈钢的铸坯质量。

Study and Application of Double VOD Furnace Melting

ZHANG Yong-hua
(Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)

In order to increase the capacity of stainless steel,the existing VOD furnace was revamped,i.e., adding cover carriage system,vacuum pump system and vacuum switching box system.The process of double VOD furnace treatment was achieved.VOD productivity was improved and steel treatment time at VOD furnace shortened.The capacity of stainless steel was increased and production cost lowered.Good economic benefit was achieved.

VOD furnace;stainless steel;cover carriage system

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.05.003

2016-05-15

2016-06-07

张永华（1977—），男，工程师，主要从事冶金设备自动控制技术管理工作。