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1、真空系统培训教材（一）一、工艺路线钢种钢种代码生产路径普通碳钢Q195EAF+LFQ235EAF+LF优质碳钢10EAF+LF45EAF+LF+VD冷镦钢ML35EAF+LFML20MnTiBEAF+LF+VD轴承钢GCr15EAF+LF+VD弹簧钢60Si2MnEAF+LF+VD50CrVEAF+LF+VD易切钢Y35EAF+LF(+VD)1. 真空脱气站尽管精炼炉操作合理可以解决大部分的工艺和质量问题，人们还是不断地倾向于更多使用真空脱气技术，这不尽是用户的要求。 从金相原理着眼，采用真空脱气技术的原因是：总氧含量最低（弹簧钢小于10 ppm，轴承钢小于8 ppm ）。非金属夹杂物（工程夹
2、杂物）形态正确。深度脱硫，使硫含量重复值小于10 ppm。 减少氢气（对于较大直径型材和轴承钢之类的小断面的特种钢型材很重要） 。 减少氮气（对于使用电弧炉的炼钢相当重要） 。 钢均化程度高，铸造性能改进，使得液相线温度过热降低（对于降低高碳钢中的碳偏 析很重要）。1.1 真空脱气站设计特点真空脱气装置设计由以下主要组成部分组成： 使用两个固定的真空罐。 一个可移动的真空罐盖，此盖下面悬挂一块用于脱气操作的挡热板。 配备特别开关的空吸管，用于将各罐交替地连接至真空泵。 组合式旋风分尘器。 配备水环泵的蒸汽喷射器真空泵。 用于日常检查和监督检查的电视摄像机。一个手动测温和取样装置。各罐有一个4线
3、喂丝机，配备单独的金属线导向系统。 配备两条单独管线（每个罐配一条管线）和两个不同气体流量调节范围的惰性气体搅 拌管线。 将合金送进各罐的铁合金装卸系统。真空脱气站为两罐配置，共用一个真空泵。由于预计的精炼时间长，这种配置是绝对必 要的。用这种方式，在前一炉钢水处于调质操作的同时，可以在真空下处理下一个钢包。在设计真空脱气站时使用联合 SMS 设计平台（ MEVAC）。1.2 真空罐和空吸管为了降低操作成本和缩短抽真空时间，设计真空系统需考虑以下方面： 最大限度降低系统总容积。 最大限度提高在两次加热之间能够在低压下保持的容积，从而缩短排空时间。在设计真空罐时，以及通过在空吸管中安装专用切断阀
4、（这些专用切断阀使主切断阀下 游到真空泵入口一直保持真空） ，上述方面问题已经得到充分考虑。这样，真空泵连续运转时，系统容积的很大部分能保持处于低压。这对于缩短排空时间和降低成本显然是至关重要的。真空罐初步尺寸显示如下。罐的尺寸与主钢包尺寸、吊车进入所需的空间以及应急要求的钢水容积有关。即在钢包 破裂时，此应急容积能够在钢包底部盛钢水，而不会损坏滑动水口。真空罐设计受到极大重视，真空罐极其坚实，能够经受钢包破裂和一般机械损坏。而且，真空泵的设计将必要的清理和维护工作降至最少。用一组气动活板保护主真空罐的密封件 （O形圈）。当盖下降至容器时，靠气动抽回活板。不需要用水保护密封件。空吸管设计带有一
5、个专用 “开关”。通过此 “开关”，将两个容器中的任何一个用空吸管与 真空泵相连。1.3蒸汽喷射器真空泵考虑到真空罐的实际容积，以及从大气压力至 1乇间的抽空时间不超过 5分钟的要求， 0.5 乇时要求的真空泵吸入容量应当为270千克（20C时的干空气）/小时。真空泵为多级组合式蒸汽喷射器 /水环泵型，其配置见下页。（有图）真空泵Twin vacuum tanks :双真空罐WR5aACE5CWWR5b口匚潜 Gas cooler dVacuum pump : 真空泵OPTION :可选dust cyclone备气体冷却器集尘旋流器 气体冷却器Bagfilter ： 袋滤器- 旋风除尘罄gas
6、 Treat处理I 130 CC2aSE4aClSE3SE2SE1SE4b双真空罐Off-Gas Treatment废气处理泵设计为5级泵，因为凝汽器冷却水温度接近35C。最后一级安装机械水环泵，以将蒸 汽消耗量降低大约 20% 。蒸汽消耗量和参数见下表。水环泵蒸汽消耗量9200kg/h锅炉的最小蒸汽压力16Bar最低蒸气温度（干燥饱和蒸汽）2050C所有蒸汽喷射器都根据冷却进水温度和蒸汽流量设计。 蒸汽喷射器要求不管操作压力范 围如何蒸气流量几乎不变。 此设计能够保证抽空时间短、蒸汽消耗量低。 第一冷凝器是级 联式冷凝器，第二冷凝器及其后的冷凝器是喷雾型冷凝器。冷凝器喷嘴是直径为20至25m
7、m的单孔型喷嘴，因而能消除阻塞现象。在大容量方式下的抽真空期间真空泵的操作顺序如下。步骤压力范围（torr）喷射器/水环泵操作程序蒸汽量（千克/时）SE1SE2SE3SE4aSE4bWR5aWR5bSE5c1760-150ONONON8,0002150-50ONONONON6,600350-17.5ONONONON6,600417.5-3.5ONONONONON& 12053.5-0.5ONONONONON8,590真空泵将保证以下性能：压力从760乇降至小于1乇的最大抽真空时间小于5分钟。极限真空压力小于0.3乇。抽吸能力为270千克/小时（20C时的干空气）。通过以下措施，使得对真空泵的维
8、护和清理降至最低程度：通过冷凝器的水流量始终保持最小（不管冷凝器是否使蒸汽凝结），可以避免粉末在冷凝器内部的沉降。 安装组合旋风分尘器 /真空袋式过滤器，配有惰性气体脉冲喷射清洗功能。 两台最大喷射器（第一和第二喷射器）立式安装，便于用高压水枪清洗以及除去泵上的沉淀物。1.4 真空脱气操作的安全方面问题已经采取以下安全措施，以保证安全操作：1. 在钢包破裂时，钢水将能通过一个靠近罐底的特殊孔口正常外泄。如果钢水因任何原 因不能流出，则钢包底部以下有足够大的自由容积能够收容钢水。2. 在真空处理结束时，向罐中注入氮气，以稀释剩余的CO 。 这就消除了以后在压力升至大气压力时空气进入罐中导致 CO
9、 爆炸的危险。3. 袋滤器，则在两次加热期间，用氮气而不是空气清洗袋滤器，以避免真空处理期间沉 淀的金属自燃层造成的火灾和对滤袋的损坏。4. 热水井（hot well ）罐密封，并配备一台通风机，使罐中压力稍低。从而使 CO不能从罐 周围逃逸，只能从建筑物顶排出。5最后一台冷凝器有一个虹吸排水装置，它能防止冷凝器中的富含CO的气体与水一道被抽进热水井中。6.当断开泵时，泵能自动排出所有水，从而能最大限度降低冬季冻结的危险。1.5 惰性气体搅拌系统惰性搅拌气体为氩气（99.9% A ）或氮气，通过额定压力为8巴的管线供给。 利用快速接头装置，通过手工方式将惰性气体供应管线连接到钢包的管路上。每个
10、真空罐都安装一个单独的阀台。气体调节阀台设计有两个调节范围：每个脱气操作用多孔塞气体流量调节范围为 0-600公升/分钟；在调质作业（杂质浮动所需的精确搅拌控制）状态下，每个多孔塞气体流量为0-100公 升/分钟。灵敏的搅拌强度控制，以及压力下降速度控制，对于拟制泡沫渣是必不可少的。1.6 喂丝机每个真空罐都配备一个单独的4线喂丝机， 用于抽真空之后对钢的成分进行调质trimming ）并改变杂质。喂丝机和有芯线卷保持在固定位置。 使用一个可伸缩导管系统， 以保证将金属线准确导入钢水。 每个调质盖配备两个单独的 导引系统。连接到喂丝机的导引系统的交换通过气缸完成。1.7 扒渣耙 尽管扒渣耙不是
11、真空脱气站的特有的设备，现在在脱气循环中通常使用扒渣耙。 钢包种的渣在真空处理（特别是抽空）期间会起泡沫。大量气体通过渣层造成泡沫生成。气体不仅是通常所称的诸如A、N2、H2、和CO之类的气体，还包括在铁中溶解度低并且在炼钢温度下蒸气压高的蒸发金属。锌、镁和铅是可能造成熔渣起泡主要的成分。锌和铅来自废钢，Mg来自钢包耐火材料中普遍采用的氧化镁-碳砖。锌尤其有害，因为 它在钢水中的含量会随着镀锌薄板使用 （特别是在汽车和家用电器中的应用） 的增多而增加。 锌在钢水中不会氧化，它只能通过强烈的碳沸腾被稀释或被除去。镁的来源和它产生的问题却不同。 生成的粉末质量平衡表显示，镁主要来自氧化镁 -碳 砖
12、的分解，这种分解是MgO和C之间的直接反应造成的，生成 Mg和CO。熔渣起泡高度与不起泡沫渣层厚度成正比。限制炉渣厚度是理想的，其结果与扒出熔渣 类似。在精炼炉精炼之后使用机械扒渣耙 （机械扒渣耙在钢包与真空脱气站之间使用） ，可以在 3至4分钟内，将熔渣厚度降低至理想的程度。1.8 真空处理操作示例 设计用于真空脱气的所有加热作业都必须在精炼炉中进行。 精炼炉中的钢水处理必须符合标准操作惯例的要求。这些标准操作惯例包括减少熔渣两步合金化法以及增加过热进行加热（补偿钢包在真空脱气设备中作业期间损失的热量） 110吨钢包的热量损失估计如下：真空作业期间为20-25 Q分钟；非真空作业期间为06-
13、08 C/分钟。各种钢种的精炼方法被分成适合用同样造渣技术的各个钢族。必须特别注意熔渣化学性能是否正确，以保证在脱气装置的精炼进入到调质和杂质浮动 阶段时，熔渣仍为液态。 固态熔渣没用截住固态杂质块的能力。除加铝（如果钢的化学成分需要）外，对精炼炉站中正在进行真空处理的钢水不喂丝。 通常应当在脱气前部分地清除熔渣，以避免抽真空期间熔渣过多起泡沫。 以下是详细的工艺时间分析。用于三种类型钢。不添加铝的Si/Mn镇静钢。用Ca处理的铝镇静的碳合金钢和低合金钢（例如弹簧钢）。用Ti、B和Ca处理的铝镇静钢（例如硼钢）。汇总的性能数据是根据三座70至80吨CONCAST真空脱气设备上的操作经验获得的。
14、数字表示有某些安全系数的最佳化操作。钢种动作硅镇静钢硅-铝/铝-镇静+钙处理铝/钛/硼+钙处理钢包抵达真空罐上方0.00.00.0与氩气管线连接0.50.50.5钢包插入罐中1.01.01.0关闭罐盖0.50.50.5调节氩气流量，测量温度1.01.01.0系统抽真空至1.3毫巴5.05.05.0保持1.3毫巴的真空度15.015.015.0加压至环境压力1.01.01.0取样0.01.01.0等待分析/换罐盖0.04.04.0加入FeTi金属丝0.00.00.5加入铝金属丝（如果需要）0.01.00.5加入FeB金属丝0.00.01.0加入CaSi/CaFe金属丝0.02.02.0夹杂物浮动8.06.06.0打开真空罐0.50.50.5向上提升钢包1.01.01.0断开氩气管线0.50.50.5总周期时间340400400钢包在真空脱气设备中的最长停留时间不超过 40分钟，不管精炼的是何钢种
