真空脱气炉在电炉炼钢中的应用

真空脱气处理工艺，作为炉外精炼的一种，在冶金工业得到广泛使用。其原理是利用对真空室进行抽真空，在真空状态下对钢水进行脱气，降低钢水中的[H]、[N]，同时利用钢渣界面反应进行脱硫处理。在大型现代化冶金生产中，VD钢包处理已成为现代二次冶金的基本手段。目前，杭钢昌兴电炉炼钢有限公司使用VD处理的典型钢种主要有：硬线钢（72A，82B），合结钢（40Cr，20CrMnTi，20CrMnMo，35CrMo），弹簧钢（60Si2Mn），轴承钢（GCr15），冷墩钢（ML42CrMo）等。

    系统概况

　　杭钢昌兴电炉炼钢有限公司的100tVD炉是由奥钢联（VAI）总体设计制造的，配套锅炉由德国标准锅炉公司（Standardkessec-duisburg）提供。该系统在国内同类产品中具领先地位。

    脱气系统作为VD炉的主体设备，主要包括脱气系统电气、机械设备及仪表检测系统等。该系统由2个罐径为Φ5800mm,罐高5450mm的真空罐，真空盖系统，真空漏斗，测温取样系统，双工位双丝喂丝系统、吹氩系统及其升降、移动小车等8个部分组成。

    系统硬件

    1 计算机系统

    1） 计算机系统组成

　　真空脱气炉采用基础自动化级和过程控制级两级计算机控制。

    一级计算机系统采用电气、仪表、计算机控制三位一体的基础自动化级，由PLC（西门子S7-400系列）和上位机（MMI）组成。PLC主要模块为6ES7 416-2XK02-0AB0、通讯模块为6GK7 443-1EX11-0XE0 、模拟量输入模块6ES7 331-7KF02-0AB0、模拟量输出模块6ES7 332-5HD01-0AB0，数字量输入6ES7 321-1BL00-0AA0，数字量输出模块6ES7 322-1BL00-0AA0。此外，还包括电机控制中心（MCC）、锅炉控制系统、喂丝机、包盖控制系统及现场一次检测元件等。人机界面MMI采用INTOUCH图形界面软件编程。

　　二级计算机系统采用过程控制站，并与电炉计算机以太网连接。过程控制站采用多处理器主机，操作系统为Windows NT，网络协议 为TCP/IP SINEC H1，基本软件：工业ORACLE ，数据库，C/C++。

   2） 计算机系统的主要功能

    ① 基础自动化级（一级）：

    ·炉盖运行控制 ；

    ·底吹搅拌控制 ；

    ·冷却水；

    ·喂丝控制 ；

    ·铁合金上料控制；

    ·蒸气喷射控制；

    ·蓄热器水泵控制 ；

    ·水处理控制；

    ·设备异常报警及联锁 ；

    ·脱气过程画面显示 ；

    ·人机对话界面 ；

    ·钢水喷溅监视 ；

    ·活动弯管工位切换 ；

    ·除尘控制；

    ·报警及事件打印 。

    ② 过程控制级(二级) ：

    ·能量平衡数学模型计算 ；

    ·钢水温度、成份和处理时间数学模型计算 ；

    ·操作过程的控制、操作指南和事故记录 ；

    ·生产过程的数据检测及历史数据的存储 ；

    ·铁合金加料计算和处理 ；

    ·与电炉、连铸、化验室控制系统的通讯联系 ；

    ·生产报表打印 。

    2 现场检测仪表

    为了保证测量精度，VD炉基本采用进口件

    ·测温定氧仪表采用贺利氏（Heraeus）Multi- Lab Celox；

    ·定氢仪表采用贺利氏（Heraeus）Multi- Lab Hydris；

    ·差压变送器采用E+H的deltabar S系列；

    ·电磁流量计采用E+H的PROline promag 50系列和prowirl 77 Vortex 系列

    控制原理及基本工序

　　通过一级机（MMI）画面设定相关控制参数。相关数据通过SINEC H1总线送往VD炉PLC、锅炉PLC及喂丝机PLC控制相关电气运行，同时采集现场一次仪表检测信号，作为自动控制依据。

　　VD炉主控人员接到上道工序送来的处理任务及有关数据后，开始进行数据处理和精炼准备。真空炉有2个脱气罐位和1个真空盖车停靠位。真空盖车停靠在2个真空罐中间。钢水包就位后，人工连接好氩气管，真空盖车运行就位并下降真空盖。根据需要处理钢水的抽气速度和处理步骤打开蒸气喷射器，进行抽真空处理，在真空状态下，通过钢包底吹氩进行钢水搅拌。真空盖上设有真空漏斗，对于需要合金微调的钢种，在脱气过程真空状态下，通过真空漏斗加入必要合金。然后在真空状态下进行测温取样。真空处理后，破真空，真空盖升起返回停靠位，或移到另一个真空位。在钢包敞开状态下，继续吹氩软搅拌并喂丝。处理完毕，进行最终测温取样。此时，可在另一罐位进行下一包钢水真空处理。钢水处理过程，可通过定氢定氧仪表进行快速气体测定。

　　抽真空处理可选择自动模式、手动模式和标准模式来进行VD处理：

    选择自动模式时，各级泵需按表1所列真空度自动启动：

    VD生产过程中的注意事项

    ① 每炉VD结束后，要检查大罐盖下表面中心部位绝热层情况，若脱落严重，要及时向有关部门汇报，不进VD

    ② 抽真空时，Ar气的流量不得超过400NL/min,压力不超过0.5MPa（表压）。特别是当钢水满时，以免钢水粘住小炉盖和钢包上沿，致使罐盖提升不起或拉掉钢包内的砖头。

    ③ 在20kPa~4kPa时，要密切注意溢渣情况，发现溢渣要及时破空，同时可适当调大Ar气流量压渣。

    ④ 在高真空保持阶段（67Pa）,可适当调大Ar气流量，扩大钢液裸露面以加速脱气。同时密切注意罐底温度变化是否异常。

    ⑤ 若发现热井水箱水位经常出现报警，在抽真空状态下，水位>100%五秒内不能下降到100%以下时，要立即破真空，等各级蒸汽阀关闭后，马上停水，防止水位太高压破热水箱。

    ⑥ 每炉VD结束，罐盖车开出后，要及时检查钢包耳轴与罐内钢包支撑座之间是否有钢水粘住，若有马上指挥行车试吊钢包，必要时要对冷钢进行处理，处理好后才可吊包。

    VD处理后所达到的效果

    通过VD炉钢包处理，最终钢水中[H]可达到2PPm以下，[N]可达到80PPm以下。经过VD处理后，吨钢收益在100元以上。

    结束语

　　实践证明，真空脱气炉的投入运行对调整现有电炉炼钢厂的产品结构，扩大生产品种，进一步提高产品结构，扩大生产品种，进一步提高产品质量及改善经营效果是十分有利的。