张敏娟，杨宝成，罗荣彬

（重庆钢铁集团设计院有限公司，重庆 400080）

引言

VD装置是一种应用广泛的真空精炼设备，具有良好的脱氢、脱氧、脱碳和脱氮等功能[1]。传统的VD精炼装置真空系统多采用蒸汽喷射泵，依赖于蒸汽、能耗高、设备占地面积大和维护量大。经过国内外近十年来工业应用证明，机械真空泵系统具有节能环保、运行可靠、生产效率高、设备维护量少和脱气效果好等优点[2-4]，同时国家鼓励钢水精炼处理系统采用机械真空泵系统。机械真空泵系统主要是由罗茨泵和螺杆泵组、过滤除尘装置、气体冷却装置等系统组成，机械真空泵系统能够完全替代传统的蒸汽喷射泵系统应用于RH、VD和VOD炉外真空精炼过程。

1 钢水真空精炼现状

国内某钢厂主要产品为特殊钢，要求处理后的钢水洁净度高、氢氧含量低和夹杂物含量少。由于已有生产线不能满足真空处理要求，钢材真空处理钢种仅为24%，真空处理能力严重不足，不能完全满足钢材质量要求和客户需求。因此采用节能、环保的机械真空系统处理钢水，真空泵泵组有6套真空泵脱气模块，每个模块包括2台罗茨泵和1台螺杆泵，同时对100 tVD处理工艺进行优化设计，满足用户对工艺控制和产品质量的要求。

2 工艺优化设计方案

机械真空VD精炼工艺优化设计方案采用高架式布局、预抽真空工艺，设置液压挡渣板保护密封圈和液压移动弯管切换装置，同时采用气冷器和过滤器使用灰罐卸灰等创新技术。创新技术应用后，设备运行更稳定，产品质量显著提高，节能、节水、环保效果明显。

2.1 采用高架式布置和预抽真空工艺

该VD装置采用双罐一盖高架式布置（二罐一车）方式，设有两套真空罐和一套移动真空罐盖车，交替对钢水进行处理，并可以实现对真空管道进行预抽真空，缩短处理周期和减少温降。同时对真空管道进行预抽真空，在真空主阀附近设置管径较小的旁通管道和阀门，避免打开真空阀时压力波动过大影响机械泵正常运行，降低真空脱气效果。

2.2 采用液压挡渣板和移动弯管

为了防止钢渣掉落烧坏密封圈，传统的蒸汽泵VD装置采用冷却水系统，且每炉需要清理钢渣。采用液压移动挡渣板，不需要冷却水，密封圈寿命延长，减少排水管道投资，提高密封圈寿命。同时液压移动挡渣板比气动挡渣板运行更加平稳，更易调节，对位更加准确。

真空主管道设置移动弯管和密封装置，移动弯管和真空支管连接抽真空，通过液压缸驱动移动弯管在两个工位之间进行切换。操作方便，密封效果好，运行可靠稳定。移动弯管结构如图1所示。

图1 机械真空VD精炼移动弯管装置

2.3 气冷器和真空过滤器卸灰方式优化

机械泵需要配备可靠的气体冷却、除尘和排灰系统，以保护其免受过多灰尘和高温气体的影响。机械真空VD精炼处理过程中，移动弯管使工作工位的VD真空罐的真空管道接入气冷器，气冷器作用是降低温度（≤60℃），同时初步除去气体中的较大颗粒粉尘、再进入真空过滤器从而保护真空泵。系统设计能够保证最小的压降，从而达到泵组最大的抽气能力。气冷器和过滤器通常采用卸灰阀卸灰，平均400炉卸一次灰，卸灰周期短，粉尘污染大。经过工艺优化后采用环保灰罐卸灰，平均1000炉卸一次灰，降低了卸灰次数，减少了真空泄漏量，同时解决了粉尘污染的问题。

若真空罐耐火砖采用湿法砌砖，真空罐的排水时间可能需要1个月。该项目真空罐耐火砖采用干法砌砖，大大缩短工期，保证了正常投产时间。真空罐壁与龙门钩的退钩距离为200 mm，为避免出现龙门钩碰坏耐火砖，频繁补耐火砖影响生产节奏的问题，因此设计增加了一圈2 m高厚度为10 mm钢板保护耐火砖。钢水事故接盘设置在真空罐内，和渣盘合用，与事故坑设在真空罐外相比，操作更加方便，减少投资，节约了空间。

3 采用优化设计后的运行效果

3.1 工艺指标对比

采用优化方案后，设备运行稳定，操作更加方便，设备维护量降低，工艺更加合理安全，各项性能指标满足要求，产品质量显著提高。钢水经过该VD装置处理后，真空泄漏量降低10 kg/h；达到67 Pa的时间为5～6 min，满足≤7 min的要求；极限真空度（真空主阀位置）≤20 Pa，满足工艺指标要求；终点氧含量约为（5～9）×10-6（[C]为0.42%～0.44%），满足≤10×10-6的要求；终点氢含量约1.2×10-6，部分炉次达到0.5×10-6，满足≤1.5×10-6的要求。同时，机械真空泵系统指标明显优于蒸汽喷射泵，机械真空和蒸汽泵工艺指标对比见表1。

表1 机械真空和蒸汽泵工艺指标对比

3.2 技术经济指标对比

优化后的机械泵系统技术经济指标明显优于与蒸汽泵系统，机械泵系统和蒸汽泵系统技术经济指标对比见表2。

表2 机械泵系统和蒸汽泵系统技术经济指标

应用机械泵VD装置按年处理钢水60万t计算，和蒸汽泵VD装置比较，机械泵不消耗蒸汽，吨钢节约蒸汽100 kg；机械泵系统VD装置吨钢节约3.48 m3，每年减少节约208万m3循环水量；机械泵系统VD装置吨钢节约能耗9.25 kgce，每年节约5550 tce。

3.3 产生的经济效益和社会效益

创新技术应用后的VD装置，处理的钢水清洁度提高，终点[H]含量≤1.5×10-6，夹杂物减少，钢材附加值显著提高，吨钢售价提高50元以上，按照年产60万t进行计算，每年产生直接经济效益约3000万元。

根据机械泵系统VD装置比蒸汽泵系统VD装置每年节约能耗5550 tce，按照650元/tce计算，机械泵系统VD装置比蒸汽泵系统每年节约能耗产生经济效益361万元。

该项目每年产生的经济效益共3361万元。

机械泵系统VD装置废气排放浓度小于10 mg/m3，而且不产生蒸汽泵系统的污泥，不会造成二次污染。同时该系统没有污水处理系统和锅炉系统，节能、节水、环保，并且设备维护量减少。

4 成果应用和推广前景

机械泵真空VD装置采用国家鼓励的机械真空泵抽真空，和蒸汽泵相比，不依赖蒸汽，不需要蒸汽锅炉，蒸汽输送管路，以及相应的设备、场地投资和相关的维护费用。由于没有污水产生，也不需要污水处理系统。同时机械泵运行噪音小，运行成本是蒸汽泵的1/8～1/9，控制简单，启动迅速，检修维护方便，模块化设计，配置灵活，变频调节，真正实现控制自动化。设备维护量大大减少，仅需每年更换机械泵油和定期更换过滤布袋。

优化后的机械真空VD工艺采用了高架式布局、预抽真空工艺、液压挡渣板保护装置和液压移动弯管切换装置，气冷器和真空过滤器灰罐卸灰等创新技术，可根据产品质量和工艺控制的要求满足生产需求，减少了劳动强度，高效利用有限空间，节约了投资，增加了产品附加值，节能环保，取得较好的经济效益和社会效益，可广泛应用于VD工艺中。

[1]顾文兵，黄宗泽，尹小东.VD精炼脱胎过程的工艺因素分析[J].钢铁研究学报，2006，18（8）：19-20.

[2]刘晓峰，安昌遐，杜亚伟，等.VD真空精炼技术与装备的发展现状[J]. 中国冶金，2013，23（5）:7－9.

[3]江成斌，罗坤鹏.基于干式机械泵的 SW718H脱氢工艺技术研究[J]. 宝钢技术，2016，4：67-70.

[4]侯祥松.蒸汽喷射泵和干式机械泵真空系统运行成本的比较[J].冶金能源，2017，36（4）：24-27.