30t VOD_VHD精炼炉真空加料问题研究.pdf

问题研究问题研究第41卷2 0 2 3年第4期（总第2 2 6 期）30t VODVHD精炼炉真空加料问题研究王秀君，杨国东，刘轩，高健（抚顺特殊钢股份有限公司，辽宁抚顺1130 0 1）【摘要】针对30 tVOD/VHD精炼炉真空冶炼时容易出现喷溅、钢渣经常堵塞加料口、无法实现真空状态下加料等问题，对精炼炉加料结构进行了分析，找出存在的问题，重新设计改造并优化了加料结构。试验表明，从吹氧口加料彻底解决了困扰多年的真空加料问题，满足了精炼钢生产和超低碳钢新品种的开发需求。【关键词】精炼炉；罐盖；真空；加料；吹氧口Study on the Vacuum Feeding Problem of 30t VOD/VHD Refining FurnaoWang Xiujun,Yang Guodong,Liu Xuan,Gao Jian(Fushun Special Steel Co.,Ltd.,Fushun Liaoning 113001)Abstract Aiming at the problems of frequent splashing,frequent blockage of feed port by steel slag,and inability toachieve feeding under vacuum condition during vacuum smelting of 30 t VOD/VHD refining furnace,the feeding structure of therefining furnace is analyzed,the existing problems are found,and the feeding structure is redesigned and optimized.The testshows that the feeding from the oxygen blowing port completely solves the vacuum feeding problem that has been plagued formany years,and meets the development needs of refined steel production and new varieties of ultra-low carbon steel.Key Words refining furnace;cover;vacuum;feeding;oxygen blowing port1前言30t真空吹氧脱碳/真空电弧加热脱气精炼炉（简称30 tVOD/VHD精炼炉）是一种在真空下顶部吹氧脱碳或加热，底部使用氩气搅拌的炉外精炼炉，具有脱氢、脱氧、脱氮和成分微调等功能，是生产高质量钢材的重要设备。30 tVOD/VHD炉子由奥地利奥钢联公司生产，抚顺特钢于198 1年引进。该设备主要由真空吹氧炉VOD和真空加热炉VHD组成，共用一套加料输送机构和真空系统。原真空吹氧炉VOD设计有真空加料功能，但是由于结构设计不合理，在冶炼吹氧过程中，很容易产生喷溅，使钢渣堵塞加料口，只能破真空后打开罐盖直接往钢包里加料，然后再次抽真空。打开罐盖加料，不仅生产效率低，浪费能源，还会造成钢液二次氧化，影响钢锭质量，由此造成钢水温度降低、冶炼时间加长、冶炼成本增加。2 0 11年由设备厂家进行了第一次改造，但是仍无法实现真空加料功能。因此，重新制定从挡渣盘的加料口加料、增加冶炼空间和摆动挡渣板的方式加料、从吹氧口加料等三种改进方案进行试验，以确定最佳加料方式。2加料结构分析30tVOD/VHD炉主要生产高温合金钢、高强钢配料用的精钢材、超低碳不锈钢以及真空吹氧脱气钢种。通过真空下吹氧脱碳，达到“降碳保铬”的目的2。加料是炼钢工艺最为关键的一道工序，精炼炉加料精度决定了所炼合金钢的成分比例精度，是确定炼钢合格与否的关键3，加料不准会严重影响钢的质量。VOD炉主要工艺流程是：在初炼电炉中调整好除碳、硅以外的元素后出钢，将钢包吊至真空炉内，当真空炉抽气达到一定真空后，从上方用水冷氧枪向包里吹人氧气降碳，同时由包底的透气砖吹人氩气进行搅拌，以增加钢中非金属夹杂物碰撞，促进夹杂物上浮去除。整个VOD过程可分为：吹氧、真空、还原三个阶段。在真空状态下投人各种合金料，这些添加物分别与钢液中待调整的合金元素进行冶炼化学反应，形成可上浮的夹杂物和废气，从而保证钢液中合金成分，生产出高质量、高附加值的精品钢和特种钢。改造前VOD炉结构示意图见图1。如图1所示钢包装满30 t钢水后，从加料口问题研究第41卷2 0 2 3年第4期（总第2 2 6 期）到钢液面的自由空间只有8 0 0 mm左右，而VOD精炼炉吹氧工艺要求从加料口到钢液面的自由空间必须达到12 0 0 150 0 mm。主要是30 tVOD精炼炉罐盖深度不够，不包括耐火材料厚度，实际罐盖深度仅10 0 0 mm左右。而一般VOD炉罐盖不含耐火材料的罐盖深度在16 0 0 2 0 0 0 mm左右。钢水在吹氧过程中存在喷溅现象，现有的耐火材料挡热盘基本与小炉盖紧贴上，因此喷溅的钢水钢渣很容易将挡热盘上的加料孔给堵上，导致不能实现加料功能。经查找国内相关文献，没有此方面介绍，没有可以借鉴的经验。钢水1-罐盖加料口；2-罐盖吹氧口；3-挡渣板；4-钢包；5-罐体图1改造前VOD炉结构示意图3改进方案确定3.1总体思路根据上述存在的一些问题，现需要对原有VOD精炼炉进行针对性的改造。如果改造原真空罐盖，工期长达1个月以上，会严重影响公司正常生产，因此重新制作1套精炼炉罐盖，罐盖高度比现有高度增加8 0 0 mm，加上原来深度10 0 0 mm，增加不含耐火材料的罐盖深度至18 0 0 mm左右。VOD罐盖加高后，罐盖上的氧枪因长度不够，进行重新加长制作，同时对氧枪机构夹持机构进行局部改造，以满足氧枪行程增加的需要且方便氧枪检修更换，氧枪加长重量增加，新制作了氧枪升降机构。罐盖增高后加料罐高度增加了8 0 0 mm。由于皮带运输机及加料溜管是VOD炉和VHD炉共用，高度不能变，为了实现自动加料，对加料罐进行改造，减少加料接管长度。为利用原有油缸升降系统，罐盖增高后，罐盖上的吊耳高度下降50 0 mm，提升框架加高30 0 mm，与原有液压系统配套，同时对罐盖上介质管线（如水、风、电、气）进行重新配设，3.2加料口水冷摆动挡板方式改进方案及实施效果现有的耐火材料挡热盘与小炉盖紧贴，因此喷溅的钢水钢渣很容易把挡热盘上的加料孔给堵上，导致实现不了加料功能。取消耐火材料挡热盘（耐火料易挂钢渣），采用紧贴炉盖内侧的水冷挡热盘，在保护炉盖设备的同时，给真空加料留出空间，这样防止钢水喷溅阻塞加料口。新制作1套旋转挡板，当加料时旋开，方便加料；不加料时，设想会保护加料口不被钢水喷溅阻塞。更换原有钢包防溅盖，开孔大小和位置符合电视及人工观察、真空加料以及吹氧的要求。重新把钢包防溅盖挂到炉盖下，方便现场操作，涉及到原设备改造方面：更换新的氧枪系统，更换新的氧枪升降机构，用了10 天时间完成改造。生产时发现钢水在吹氧过程中不可避免产生喷溅现象，在吹氧时，加料口水冷挡板也无法挡住钢渣进入，钢渣从挡板开口处进入造成加料口堵塞，很快钢渣就将加料口堵死。喷溅时造成挡板粘钢渣，而且粘上钢渣无法旋转，改造完成后效果一般，还是无法实现真空加料。第二次改造结构示意图见图2。1-吹氧口；2-加料口；3-摆动挡渣板图2 第二次改造结构示意图3.3加料口不锈钢30 4导料斗增加水冷挡板式及实施效果无法真空加料的问题依然没有解决，总结经验教训，发现吹氧口由于氧枪在此处运行，这个口一直没有堵塞，是不是可以利用吹氧口加料，进一步修改方案，将罐内增加水冷挡板，不锈钢304导料斗，从加料口下来的料进人不锈钢30 4导料斗里，再从不锈钢30 4导料斗导人吹氧口，问题研究第41卷2 0 2 3年第4期（总第2 2 6 期）从吹氧口加入。增加水冷挡渣板尽可能将钢渣挡住，加料口和氧枪口合二为一个。当加料时氧枪提升，合金料将会从加料口进人导料斗里，由氧枪口加人钢包钢水里，由于水冷氧枪平时放在氧枪口而且可以上下升降，氧枪口可以保证畅通第三次改造结构示意图见图3。1-氧枪；2-罐盖加料口；3-挡渣板图3第三次改造结构示意图如图3所示，吹氧结束后氧枪抬起，将合金料从加料吹氧口加人钢包内，但是加渣口还有渣子，造成渣子堵塞通口一部分，影响加人各种原料，对水冷挡渣板加料口还需要继续改造，吹氧口改为大口朝下的喇叭口。第四次改造结构示意图见图4。图4第四次改造结构示意图4应用效果仅用了5天时间对罐内挂件进行改造，罐上面的其它设备不变，通过这次改造，测试基本可以实现真空加料。挡渣板改造后取得较好效果：（1）热试多炉，吹氧口喇叭口不易挂渣堵塞，一旦挂渣，很易脱落，在挡渣板料加人口高温区1500范围内避免安排上焊缝，防止生产过程中焊缝漏水，困扰多年的问题得到解决。（2）实现真空加料后，减少VOD精炼期间温度损失约2 0，有利于减少VOD精炼后的二次加热，避免后期加热进碳，保证质量。（3）减少开罐盖加料带入大量气体污染钢液，由于是真空状态下加人，减少了钢液与大气接触，防止钢液吸气，提高钢液质量。（4）避免VOD吹氧后开罐盖加料时间。经标定，开罐盖加料时间约15min，真空加料可大幅减少冶炼时间，提高生产效率。减少蒸汽、电耗、钢包耐火材料的消耗，降低冶炼成本。经初步计算此项降成本额每月高达18 万元，2 16 万元/a。为开拓市场，打造精品路线奠定基础。总之，改造完后将会对高温合金等重点品种的生产质量起到至关重要的作用。5结论（1）VO D/VH D 精炼炉吹氧工艺要求的最大钢液面到加料口自由空间一般在12 0 0 150 0 mm，设计时要充分考虑到要有足够上部冶炼空间。（2）VO D/VH D 精炼炉吹氧工艺很容易产生喷溅，必须采用合适的水冷挡渣板（水冷件不易挂渣），加料口设计成喇叭口，才能避免喷溅将堵塞加料孔堵上，导致实现不了真空加料功能。（3）实践证明，罐盖加料口采用水冷旋转挡板方式，挡渣效果不佳，VOD/VHD炉吹氧口由于氧枪在此处上下升降运行，这个口能够保证不堵塞，这样可以利用吹氧口加料，能够实现真空加料。实现真空加料功能，将会大幅度降低治炼成本，创造可观的经济效益，这些经验值得借鉴推广。参考文献：1】闫振武.太钢VOD真空精炼系统常见故障分析J.宽厚板，2 0 12（4）：44-45.2贾焕美.12 0 t精炼炉钢包吹氩系统改造J.天津冶金，2 0 13（6）：56-57.3】吴建龙，陈亚文，方杞青，等一种RH新型离合器式真空加料系统的开发与研究J.重型机械，2 0 14（1）：11-15.4赵希泉.用真空精炼法冶炼低碳不锈钢产品J。大型铸锻件，2 0 10（3）：2 6.5孙鹏，王站一精炼炉调质加料系统设计J.机械工程,2 0 13（4）：146.（2 0 2 1-0 2-2 1收稿）