干式真空泵要提高钢产品质量

1 真空脱气概述

　　钢的干式真空泵脱气是在真空下、借助氩气等惰性气体对钢水进行适当的吹炼，除去钢水中有害的气体夹杂物（特别是氢气和氮气）及其它微量元素（金属与非金属），实现钢的精炼。钢水经过真空脱气，可除去大多数影响最终钢产品质量的固态非金属（如氧化物）夹杂，原因是这些夹杂物影响产品的力学性能以及产品在热加工和其它加工条件下的适宜性。采用合适的液态保护渣，也有利于脱去钢水中的硫化物。

　　利用真空脱气（VD）进行二次精炼，可以高效且有效地优化钢的性能，满足产品性能特定要求，提高产品附加值。

　　VD工艺将钢水在“最优的”真空环境下，保持约20min，真空度通常为0.67mbar，同时，将惰性氩气流通入钢水中搅拌钢水，氢气从紊流钢水中扩散进入到氩气泡中，真空度保持适度，可使气泡尺寸最大，同时使氩气消耗处在合理的范围，并保证气体混合物从渣中快速排走。采用类似的途径脱去氮气，但效率低，因此通常钢水中的氮气含量维持在较高水平。

　　钢水温度高，意味着轻金属和非金属夹杂物从钢水表面蒸发，促进铅、锌、锰和铜的去除，这些物质随氩气一起蒸发并流向抽真空系统中，从脱气罐中冷凝出来，生成明显的细粉尘，必须将细粉尘过滤掉，以防止造成真空泵过载。

　　脱气罐中出现真空，也增强了钢水与渣层之间的交互作用，促进硫化物从钢水中的化学去除。钢水与渣层的交互作用、氩气搅拌率及脱气时间对非金属夹杂的去除也是关键参数。这些参数与在VD处理全过程中的氩气搅拌、钢水紊流度和真空度共同保证钢水均质、温度均匀，以及与覆盖渣的高效紊流接触，实现真空脱气与精炼过程的高效性，获得高洁净度的钢水及最优的钢水成分。

　　2 机械法与蒸汽法脱气比较

　　最优的VD处理效率需要以低成本的方式在VD罐中创造一个稳定、可靠的真空环境，历史上采用蒸汽驱动的喷射系统实现真空，而许多现代化的钢水脱气车间如今采用干式机械真空抽吸系统。

　　计算得出的上述气体的综合流率可用于确定名义抽吸流量额定值，在典型的工作参数下，VD处理一吨钢水时，真空度0.67mbar下，大约需要1259m3/h的泵流量，这相当于在该压力下等效质量流量为1.0kg/h（空气温度20℃）。

　　近期在大型系统（100t以上）上采用机械式真空抽吸系统进行研究，结果显示钢水质量非常优异，某些情况下实现钢中残留氢含量低至0.5ppm。

　　而典型的蒸汽喷射系统，一般需要更高的流量，在0.67mbar下，吨钢需要高达2.4kg/h（空气温度20℃）的质量流量，该值一般认为是选择参数的高值，因为需要考虑蒸汽质量的变化，以及在系统两次清洗之间受到工业粉尘的淤塞而导致蒸汽喷射效果的下降。

　　3 干式真空泵系统的优势

　　早期为各个车间设计的定制机械式真空系统，不具备灵活性、效率低、成本高且相对复杂。如今开发出来的模块化三段干式真空抽吸系统在钢水脱气处理、电耗及减低动力消耗方面进行了优化，同时也便于快速安装及快速投入使用。最新的模块化系统是完全集成的三段泵系统，安装在一个移动式台架上，对VD和VOD（真空吹氧脱碳）过程进行优化。

　　模块化脱气系统中使用的1段泵是一个名义排气量为36000 m3/h的往复式预抽真空泵，在2段和3段（主）泵的配合作用下，1段泵提供78%峰值容积效率，在大约0.67mbar下，典型抽吸速率为28300m3/h。最近在1段采用了排气量40000m3/h的往复式泵，这可进一步提高净模块抽吸速率，每模块在0.67mbar下，流率达到约30800m3/h。

　　模块系统中的2段泵名义排气量为8640m3/h，可提供中等真空度下的高压缩率。干式运行的“主”真空泵是最新一代的IDX大型、双头可调式螺杆泵，这种泵已成为干式真空脱气的国际标准。该泵在2段泵之后提供相对平缓的“补偿”抽吸速率，名义排气量为1000m3/h或1300m3/h。

　　4 干式真空泵系统的运行

　　操作者根据需要，通常可以控制系统，改变所有的抽吸速率，这通过将泵控制系统直接集成到车间控制系统中，采用电子变频驱动控制模块中的泵马达来实现的。

　　电子驱动的使用也提高了抽吸效率，实现能耗的最优使用，使泵在最有效的方式下工作。模块化真空系统配置该驱动，实现高度可再现的运行效果。

　　5 降低成本

　　模块化三段机械式真空泵系统与蒸汽喷射真空系统相比，主要优点之一是实现运行成本的节约。

　　在许多老式VD厂，驱动蒸汽喷射抽吸系统的蒸汽成本的增加已成为一个关键因素。燃料成本不断攀升，燃料的稳定供应成为世界一些地区的热点问题。在一座典型的VD厂，蒸汽消耗的成本可能占总的抽吸系统运行成本的50%以上。此外，还要考虑给水、冷凝水和污水处理成本。而运行一座等效的机械式真空泵系统所需的电力费用仅占蒸汽发生费用的5%。

　　模块化干式机械抽吸系统的初始投资成本可能超过购买新的蒸汽锅炉和喷射装置所需费用，但如污水处理厂等现有设备需要升级改造才能处理喷射器产生的污水，则蒸汽喷射真空系统所需的总成本就可能与干式抽吸系统相当。在这种情况下，干式抽吸系统提供的运行成本的节约就能很快实现投资成本的回收，使之成为切实可行的方案。

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