羅大春，周友軍，連和平，張 明

(1．安陽(yáng)鋼鐵股份有限責(zé)任公司，河南 安陽(yáng) 455004;2．中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

0 前言

安鋼120 t VD真空脫氣爐(以下簡(jiǎn)稱VD爐)是引進(jìn)意大利達(dá)涅利技術(shù)，國(guó)內(nèi)制造，于2005年熱試一次成功。2010年前，由于使用較少，VD爐出現(xiàn)的問題也較少。但隨著安鋼鋼產(chǎn)量和品種的增多，VD爐真空系統(tǒng)出現(xiàn)工作真空度太低或系統(tǒng)的抽氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且每次發(fā)生均為突發(fā)故障。煉鋼過(guò)程中真空系統(tǒng)一旦發(fā)生故障將導(dǎo)致抽氣量不足，鋼水脫氣不充分，使鋼材質(zhì)量無(wú)法保證。有時(shí)甚至還會(huì)導(dǎo)致連鑄斷澆，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。本文就安鋼VD爐真空系統(tǒng)的原理及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，對(duì)影響VD爐真空精煉系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性的原因進(jìn)行了分析，并采取了相應(yīng)的措施，取得了比較滿意的結(jié)果。

1 安鋼VD爐真空系統(tǒng)的原理及相關(guān)參數(shù)

1.1 真空系統(tǒng)的原理

安鋼VD爐真空系統(tǒng)采用五級(jí)蒸汽噴射泵，真空罐內(nèi)的爐氣由一級(jí)泵入口進(jìn)入，在工作蒸汽的作用下先后進(jìn)入一、二、三級(jí)泵。爐氣及工作蒸汽經(jīng)過(guò)三級(jí)泵進(jìn)入C1冷凝器，在C1冷凝器中，與冷凝水進(jìn)行熱交換，部分蒸汽轉(zhuǎn)化為液態(tài)水進(jìn)入熱井，另一部分蒸汽與爐氣在四級(jí)泵的作用下進(jìn)入C2冷凝器，部分蒸汽轉(zhuǎn)化為液態(tài)水進(jìn)入熱井，另一部分蒸汽與爐氣進(jìn)入五級(jí)泵后，經(jīng)過(guò)C3冷凝器排到大氣中，從而達(dá)到抽出爐氣的作用。其系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 安鋼VD爐真空系統(tǒng)Fig.1 Vacuum system of VD refining furnace in Anyang Iron＆Steel Inc

1.2 真空系統(tǒng)的主要參數(shù)

公稱容量/t 120

最小鋼水量處理量/t 100

最大鋼水處理量/t 150

處理周期/min 35～45

抽氣能力/kg/h 370

抽真空時(shí)間/min ≤8

蒸汽壓力/MPa 1.0～1.2

蒸汽溫度/℃ 190～200

蒸汽耗量/t·h－1≤24.6

工作真空度/Pa 66.7

極限真空度/Pa ＜30

真空泵數(shù)量/個(gè) 9

2 真空系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的問題

真空系統(tǒng)工作穩(wěn)定性是衡量真空系統(tǒng)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，真空系統(tǒng)工作穩(wěn)定性主要是指真空系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到工藝要求真空度的概率。從鋼液氣相壓的理論上講，VD爐真空系統(tǒng)工作真空度要滿足脫碳、脫氫的要求真空度必須達(dá)到67 Pa，工藝要求真空系統(tǒng)達(dá)到工作真空度的時(shí)間需控制在10 min以內(nèi)。2010年，安鋼VD爐曾出現(xiàn)數(shù)次真空度達(dá)到67 Pa時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30 min，嚴(yán)重時(shí)B1泵無(wú)法開泵。另外真空度出現(xiàn)的故障均為突然發(fā)生，一方面嚴(yán)重影響生產(chǎn)，另一方面產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保證。因此必須提高真空系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

3 影響真空系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的因數(shù)及原因分析

針對(duì)安鋼VD爐真空系統(tǒng)工作穩(wěn)定性無(wú)法滿足煉鋼生產(chǎn)要求的現(xiàn)狀，技術(shù)人員對(duì)數(shù)次故障的現(xiàn)象、原因及處理方法進(jìn)行認(rèn)真的分析，并參照設(shè)備設(shè)計(jì)性能參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)綜合分析研究認(rèn)為，影響真空系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素有以下幾方面:

3.1 真空系統(tǒng)內(nèi)積水

VD爐真空系統(tǒng)抽真空能力突然下降，往往伴隨著B1泵前端的積塵罐外壁出現(xiàn)積霜現(xiàn)象，打開積塵罐均發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有積冰、積水現(xiàn)象。排除積塵罐內(nèi)部的水冷管線漏水外，積冰、積水主要有兩個(gè)原因:(1)蒸汽含水過(guò)多。蒸汽干燥度對(duì)真空泵的性能有較大影響，含水會(huì)引起真空度波動(dòng)，含水過(guò)多甚至?xí)?dǎo)致一級(jí)泵無(wú)法開泵，蒸汽的過(guò)熱度需要在5～10℃。(2)蒸汽冷凝成水。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)蒸汽總切斷閥和二級(jí)泵蒸汽切斷閥關(guān)閉不嚴(yán)，不生產(chǎn)時(shí)，蒸汽漏到二級(jí)泵、一級(jí)泵及抽氣管線內(nèi)，蒸汽冷凝成水，由于積塵罐在真空系統(tǒng)的最低點(diǎn)，水最后流到該處，在真空條件下，水蒸發(fā)吸熱，造成管道外壁積霜。真空系統(tǒng)內(nèi)部積水，水在真空狀態(tài)下很快蒸發(fā)為氣體，真空系統(tǒng)負(fù)載增大，最終導(dǎo)致真空度下降。

3.2 真空系統(tǒng)內(nèi)部積灰

真空系統(tǒng)抽真空從大氣壓抽到67 Pa的時(shí)間大大延長(zhǎng)。技術(shù)人員打開人孔檢查發(fā)現(xiàn):二級(jí)泵及3級(jí)泵的擴(kuò)壓器內(nèi)部存在大量積灰。原因分析:當(dāng)擴(kuò)壓器內(nèi)部的積灰達(dá)到一定的厚度時(shí)，會(huì)改變擴(kuò)壓器的軸心線，此時(shí)拉瓦爾噴嘴噴出的高速蒸汽會(huì)在擴(kuò)壓器內(nèi)部產(chǎn)生一種紊流現(xiàn)象，從而造成泵的工作特性明顯下降，影響泵的抽氣性能。

3.3 真空系統(tǒng)的泄露

影響真空系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的另一個(gè)主要原因:系統(tǒng)內(nèi)部及外部泄露嚴(yán)重，真空系統(tǒng)抽氣超負(fù)荷工作，導(dǎo)致真空度急劇惡化。此問題主要是由于真空泵截止閥內(nèi)泄、連接管路破損、密封失效等原因造成的。

3.4 冷凝水壓力及溫度的影響

冷凝水的壓力及溫度對(duì)真空系統(tǒng)工作穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生很大影響，冷凝水壓力低及溫度高都會(huì)使蒸汽冷凝不徹底，加大下一級(jí)泵的負(fù)擔(dān)，近而破壞整個(gè)真空系統(tǒng)的平衡，導(dǎo)致真空度無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。

4 采取的措施

4.1 去除真空系統(tǒng)的積水

針對(duì)真空系統(tǒng)出現(xiàn)積水的兩個(gè)原因，分別采取了相應(yīng)的措施解決。(1)要求蒸汽過(guò)熱裝置供蒸汽的壓力控制在1.0～1.2 MPa，溫度在190～200℃之間;(2)將真空系統(tǒng)輸水效果不好的疏水閥全部更換，并要求每次生產(chǎn)前進(jìn)行排水作業(yè);(3)將關(guān)閉不嚴(yán)的蒸汽總切斷閥和二級(jí)泵蒸汽切斷閥更換。

4.2 真空系統(tǒng)內(nèi)部積灰定期清理

通過(guò)查閱資料及生產(chǎn)實(shí)踐證明，二級(jí)泵及三級(jí)泵的吸入室需要定期清灰。積灰徹底清理干凈后，還需用拋光機(jī)對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行打磨。真空泵影響抽真空效果部位主要是擴(kuò)壓器段圖2所示。

安鋼真空系統(tǒng)清灰的周期控制在350爐左右。

圖2 真空泵示意圖Fig.2 Diagram of vaccum pump

4.3 定期查找泄露點(diǎn)

使用手持式真空探測(cè)儀定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確保系統(tǒng)漏氣量控制在系統(tǒng)允許的50 kg/h。另外，抽氣管線動(dòng)密封的位置需經(jīng)常檢查，確保動(dòng)密封面處無(wú)異物。定期更換真空系統(tǒng)各個(gè)法蘭接觸面的密封墊片。

4.4 調(diào)節(jié)冷凝水的溫度及壓力

為使真空系統(tǒng)系統(tǒng)正常工作，一方面要求供水部門將冷凝水的溫度控制在35℃以內(nèi)，壓力控制0.3～0.6 MPa之間。另一方面在冬夏季有較大的溫差時(shí)，需適當(dāng)調(diào)節(jié)水量，并對(duì)各個(gè)冷凝器上下部進(jìn)水閥的開關(guān)位置設(shè)明確標(biāo)記。

5 取得的效果

真空系統(tǒng)改進(jìn)后經(jīng)過(guò)一年的實(shí)踐，突發(fā)故障由2010年的10余起降低到2011年的2起。真空系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性逐步提高，產(chǎn)品質(zhì)量大大提高，厚板探傷合格率保持在99.2%，綜合探傷合格率保持在99.46%，充分保證安鋼逐步成功冶煉了低碳貝氏體、管線鋼、Z向鋼、高層建筑系列用鋼等鋼種，為安鋼拓展了市場(chǎng)，增加了新的效益增長(zhǎng)點(diǎn)。

［1］ 煉鋼－連鑄新技術(shù)800問編委會(huì)．煉鋼－連鑄新技術(shù)800問［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2003．

［2］ 趙沛．爐外精煉及鐵水預(yù)處理實(shí)用技術(shù)手冊(cè)．北京:冶金工業(yè)出版社，2004．

［3］ 道達(dá)安．真空設(shè)計(jì)手冊(cè)(3版)［M］．北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1979．

［4］ 董偉光，方杞青．天津鋼管公司150噸VD爐真空系統(tǒng)改造［J］．真空，2004(5)．