浅析真空吹氧脱碳炉的设备要求

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1 溅渣及降渣措施

液态金属和钢渣飞溅是由脱气和脱碳反应、氧气喷射和冲洗气体作用产生，各种理化反应生成大量气体，气体强度则取决于溶解气体量、喷射气体种类（如氧气、氮气、氩气等）、喷射量以及真空压力。

抑制钢渣激烈飞溅是真空脱气炉的关键，对炼钢厂精炼设备布局也有很大影响，并可能为此作出调整或让步，控制钢渣飞溅，避免对真空精炼生产带来不良影响，主要涉及下列工段设备：冶金反应炉，炉罐飞溅盖板，供氧、供氩、烟气治理装置和真空泵。

1.1反应炉

冶金反应炉内进行一系列脱气脱碳等反应，并需要经受剧烈的搅拌及沸腾，因此冶金反应炉需要足够的自由空间。钢包的自由空间承受着剧烈的搅拌和沸腾，是真空精炼持续可靠成功运行的关键因素。对于具有优异密封结构的真空钢包，必须采取各种措施，减少钢渣喷溅，其中包括适度的喷吹量和冲洗量，合理的供气技术，以及通过有限的压降速度进行真空压力控制。

通过静态VD、VD-OB、VOD工艺技术进行真空精炼的钢包，必须依照常规标准，甚至更严格的标准选定，同时考虑钢包盛满钢水的情况下钢包重心的安全标准要求。

虽然需要足够的自由空间，但也不能过高，自由空间过高时，顶部耐火材料衬随之抬高，温度就越低，钢渣喷溅沉积，从而导致钢包重心位置提升。另外，沸腾搅拌区域自由空间的耐火材料衬有可能采用锥顶结构，从而形成转炉状钢包锥顶。这种情况下，耐火材料衬不但能防止钢渣喷溅，起到保护效果之外，而且具有很好的热能优势。为了减低钢渣飞溅凝结引起堵塞问题，建议锥顶钢包段设计成可移动机构，采用法兰固定。

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1.2供氧

通常采用氧枪对精炼炉吹氧，以便进行吹氧脱碳和化学加热等工艺过程，偶尔也通过炉底喷嘴吹氧，一般吹氧方式如下：1）顶吹水冷超音速氧枪。大多数VOD和RHO精炼炉都使用氧枪吹氧，通过 丘里喷嘴将氧气喷吹进精炼炉内，吹氧喷嘴会受到轻微磨损，需要定期拆卸氧枪，更换氧枪喷头或者铜质喷嘴。VOD精炼炉的吹氧距离为1.2-1.6m（临时情况可以是0.8m），RHO精炼炉的吹氧距离则为3-4m。2）非冷却陶瓷顶吹氧枪。该氧枪仅限偶尔使用，喷吹量低，使用寿命有限，喷吹距离为0.8m。3）陶瓷基涂层浸没式氧枪。电弧炉炼钢也采用这种氧枪，在吹氧量为8-12Sm3/min时，磨损率达25mm/min。4）熔池深位喷嘴。熔池深位喷嘴是专为AOD转炉开发的喷嘴， 其中包括一条吹氧中心管线和一条吹氩或冷却气体的套管。RHO精炼炉也使用这种喷嘴，只是在净空高度无法满足顶吹氧枪时，才使用该喷嘴。当吹氧结束时，真空压力较低，需要进行抽真空作业，氩气负荷增加，从而产生一些负面影响。

1.3供氩

惰性冲洗气均需要吹入熔池深处，最常见的是通过无定向孔隙度底部冲洗装置进行冲洗，每个喷头喷出量限制在300SL/min。喷头入口处的气体压力2-3bar，供气管线的压力设置为6-8bar，以便吹化偶尔冻结的孔塞。由于存在冗余现象，即使是20-30吨的精炼炉，也建议设置2个孔塞，所有系统中均分别设置可控制气体流量和压力的管线。

对于具有定向气流孔隙率大的孔塞，如所采用的间隙式冲洗孔塞，无法在钢包底部设置多孔塞或无法使用陶瓷衬喷枪喷吹吹扫用气，则要采用浸没式喷枪进行喷吹。

在RH精炼炉上游的浸没式管线内设置几条细小配气管线，分布在浸没式管线周围以及多个层级上，埋入陶瓷衬中的细小管道需要承受液态金属的磨损。每根浸没式管线的气体流量范围为4-10SL/min。

1.4防溅盖

除了上述关于喷吹和冲洗量控制、真空压力控制、以及真空罐设计结构方面采取了防止钢渣喷溅措施之外，需要在钢包顶部再设置一个防溅盖，为BKS式防溅装置，圆锥形水冷设计结构，防溅盖悬挂于真空罐罐盖下部，位于精炼钢包盖和罐盖之间，结构简单，占用空间小，防溅效果佳，其性能特点如下：1）防溅盖内表面光滑平整，不易结垢集渣；2）具有强化冷却技术性能；3）防溅盖倾斜度满足工艺要求；4）钢包顶部钢圈为密封结构，防止溅渣沉积；5）悬挂结构灵活可靠，保温耐热；6）防止热烟气影响耳轴；7）防溅盖结构坚硬，可防护顶盖。

这种设计结构显著减少了钢渣喷溅，控制了熔炼损失和钢渣喷出。并按照防溅盖高度，确定钢包自由空间，还可以通过软管状黏土改善密封性。

防溅盖本体无需任何检修维护，但其悬挂装置需要从真空盖外侧松开，以便放置到空钢包上，防溅盖制造材料选型时，应满足热辐射、腐蚀性气体和溅渣护炉等作业环境的特点。规格尺寸是物理定律的基础，必须满足钢包和真空罐要求，并符合所设计的工艺参数。图1为技术可靠的防溅盖。

1.5隔热板

建议在锥形防溅盖开口顶部的真空盖上设置一套可拆卸式中心组件，用法兰连接，其中包括下列元件：1）横向水冷防溅板，亦可视为隔热板；2）两个孔槽，一个用于添加合金材料、还原剂和钢渣等材料的中心孔槽（带斜侧槽），另一个横向孔槽，用于监测；3）一条直通氧枪，附有刮刀、上料箱和充气式密封件。

防溅板的设置高度及其与隔热板的距离直接影响着隔热板上的溅渣量多少，图2为VOD真空罐、钢包、防溅盖、隔热板和真空盖等装置。

1.6真空泵系统

真空泵系统具有下列性能：1）真空泵系统通过稍早的烟气制备工艺过程进行防护，烟气处理过程主要包括消除烟气电火花、对烟气进行冷却、过滤烟气中的粉尘等；2）真空泵控制装置执行减速控制，控制范围在100-5hPa之间；3）允许吹氧范围，从超过200hPa到低于20hPa；4）可将真空度保持恒定压力，即大于100hPa；5）确保MVP系列所有泵级均可得到充分润滑；6）可充氩抽真空，真空度<0.5hPa；7）适用于爆炸性混合烟气环境，无火源；8）MVP系列为欧盟ATEX防爆认证产品。

2 VOD精炼炉工艺性能

在双联EAF-LF-VOD冶炼工艺或三联EAF-AOD-LF-VOD冶炼工艺生产线中，还需配备下列设备或环节，以便实现顺畅完善成功的冶炼精炼工艺过程：1）出钢钢液钢渣重量控制；2）钢包炉熔炼准备；3）水冷超声波顶吹氧枪；4）通过多孔塞集中充氩；5）钢包规格大小合理，自由空间恰到好处；6）防溅装置密封和防护效果俱佳，悬挂机构灵活可靠；7）隔热板可装可拆，方便实用；8）烟气处理过程主要包括消除电火花、冷却和粉尘过滤等；9）真空泵系统可在减速控制和吹氧期间进行反应控制；10）冶金模型或烟气分析控制。

因此，可以通过可靠且重复方式进行真空吹氧脱碳精炼：精炼炉熔融之后，进行预吹氧作业，并通过重量控制方式出钢，在此之前需要进行钢包炉精炼作业。本项准备工作应符合以下目标：1）脱硫精炼造白渣，白渣堆积；2）调整熔体组成，并结合碳、硅、锰和铬元素的预估损耗和修正情况，将每种元素调整到期望最终量；3）将熔体温度升高至1620-1630℃；4）将钢包内衬蓄热到接近热饱和状态。

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