VD真空精炼技术与装备的发展

VD真空精炼技术与装备的发展刘晓峰（重庆钢铁股份有限公司炼钢厂重庆 401258）摘要：介绍了VD真空精炼技术的发展，指出VD功能多元化应是今后发展的主要趋势，提出重点研究开发氧脱碳（碳脱氧）、深脱硫、深脱气技术是实现VD功能多元化的关键。

在此基础上，介绍了高效化生产装备和干式机械泵系统应用于VD真空精炼的情况，指出干式机械泵系统应用于真空精炼是一种可行的选择。

关键词：VD；氧脱碳（碳脱氧）；深脱硫；深脱气；生产装备；干式机械泵系统；发展。

The development of vacuum Degassing technology andequipmentXiaofeng-Liu（Chongqing Iron and Steel Co., Steel Plant Chongqing 401258）Abstract :Introduced the VD vacuum refining technology development, pointed out that the VD diversity function should be the future development trend, to focus on the research and development of oxygen decarburization (Carbon deoxidized), deep desulfurization, deep degassing technology is to realize VD plurality of function key. On this basis, introduced the high efficient production equipment and dry mechanical pump system used in VD vacuum refining situation, pointed out that the dry mechanical pump system used in vacuum refining is a viable option.Key words :Vacuum Degassing；Oxygen decarburization（Carbon deoxidized）；Deep desulfurization；Deep gas；Production equipment；Dry mechanical pump system；Development。

1、VD技术的发展VD（Vacuum Degassing）罐内钢桶去气法或芬克尔（Finkle）法，1952年由前西德和前苏联开发[1-2]。

VD精炼技术经过近60年的发展，大体上经历了三个发展阶段，即：1952年~1970年的早期研发起步的第一阶段；1970年~2000年的功能多元化的第二阶段；2000年至今的高效化、大型化、真空泵干式化的第三阶段。

现阶段仍处于第三阶段。

（1）早期研发起步阶段[3-5]。

1940年前后，苏联莫斯科钢学院（Moscow Steel Institute）在电冶实验室设置了最初的钢包脱气用真空处理设备，开始了减压条件下的脱氢、脱氧实验。

从1952年到1953年，以上述实验室的装置为基础，设计了最初的工业规模的钢包精炼设备，设置在耶娜基耶夫斯基（Yenakievsky）工厂。

由于在这一工厂的实验结果良好，钢包脱气法进而又在德尔辛克斯基（Derzhinksky）工厂和德涅普罗斯佩兹托（Dnieprospetztal）工厂应用，在全苏联内普及开来。

为强化搅拌、提高脱氢效率、缩短脱氢时间，1958年，西德曼内斯曼（Mannesman）公司开发用喷枪吹氩搅拌的方法：芬克尔父子（Finkle & Son）公司开发了用塞棒型管吹氩的方法。

1953年，斯拜尔（Spire）等人通过在钢包底部设置吹氩透气砖，开发了GAZID法，于1963年在法国的尤西诺尔（Usinor）工厂实现了工业化。

其后，这种方法作为小容量钢包用简便的脱气法，在欧美各公司为熔炼特殊钢而普及。

1962年，美国共和公司（Republic）设置有电磁搅拌功能的钢包精炼设备开始用于所有钢种生产。

1968年，日本住友金属（株）小仓制铁所最先使用了Interstop方式的滑动水口工业化实验，并实现实用化。

我国的VD真空精炼起步并不迟，上世纪50年代中后期就在大冶等地的工作者简介：刘晓峰（1983-），男（汉族），陕西白水人，重庆钢铁股份有限公司炼钢厂，助理工程师，从事炉外精炼工艺技术的研究。

厂建立了VD 真空脱气装置生产电工硅钢等钢种。

这个阶段的VD 吨位比较小（小于50t ）,主要与电炉模铸流程匹配生产特殊钢材。

（2）功能多元化发展阶段。

在20世纪70~90年代，VD 精炼工艺逐步发展完善，重点优化VD 脱氢、脱氮、脱氧、脱硫等工艺，研发氧脱碳处理工艺。

在欧美许多钢厂（特别是电炉流程钢厂）应用得到了广泛的应用。

20世纪90年代，国内外方坯连铸机配置的二次精炼设施，都以LF 加VD 为主，主要生产高，中碳钢（包括重轨钢、钢帘线、钢绞线、胎圈丝等）、弹簧钢、合金钢等[6]。

国外有部分钢厂开始采用VD 处理来生产低硫低碳或超低碳钢，供应板坯连铸机，而且已获得了很好的处理效果[7-9]。

20世纪80年代中后期，德国Dillingen 钢铁公司、克鲁伯－曼内斯曼Hutten 钢厂开发成功了生产极低硫钢的VTD （Vacuum Tank Degasser ）真空大流量搅拌精炼工艺。

Dillingen 钢铁公司至今一直采用该工艺，年产优质中厚板200万吨左右，其中90％以上产品[S]低于0.0010%[7]。

法国Sollac Florange 钢厂的一套VD 装置月处理钢水约12万吨，其中42%供给板坯连铸（主要为IF 钢），51%供给大方坯连铸（主要为钢轨钢）。

法国Dunkerque 钢厂1991年投产一套VD 装置，与已有的一套RH-OB 装置共存，处理钢水全部供给板坯连铸（其中VD 处理能力100万吨/年）[8]。

加拿大Dofasco 钢厂1987年建成的VD 装置，采用BOF-LF-VD-CC 生产工艺，年产超低碳钢(C< 0.004％)18万t [9]。

20世纪90年代，在全国几次炉外处理会议上，国家部委都在强调炉外精炼技术的战略意义和方针、措施，极大地提高了全行业对炉外精炼技术的重视程度和应用的积极性[5]。

由于VD 真空脱气装置投资较少，国内许多钢厂选用了VD 。

（3）高效化、大型化、真空泵干式化发展阶段。

随着VD 真空精炼技术的不断进步，现实了其关键技术和装备的高效化、大型化和大型机械泵应用。

其中主要代表有：双盖双罐结构布置，使VD 处理周期降低至35min 以内；挂渣式全水冷防溅盖，炉盖寿命可达到5000炉以上；采用多重变量泵（蒸汽泵）技术，VD 实现预抽真空技术；干式机械泵系统应用于VD 精炼装置。

2006年~2007年，包钢先后新建了两套VD 真空精炼装置（2#VD 和3#VD ），主要与高品质管坯和重轨钢坯生产匹配，生产能力为120万吨/年/套[10]。

2011年，目前中冶赛迪自主设计建造的最大容量的VD 设备在新余钢铁投产。

该设备与210吨LF 、420mm 特厚板坯连铸机生产特厚板，填补了国内200t 以上级别VD 真空处理装置的空白，其VD 设备和关键技术均达到国内先进水平[11]。

2002年，俄罗新斯西伯利亚钢厂建设了世界上最大的320tVD/VOD 真空处理设备，用于生产低碳钢、高级电工钢等。

1998年，由英国Edwards 公司研发的干式机械泵系统成功应用于罗马尼亚COST 钢厂18tVD/VOD 真空精炼，实现了炼钢用大型机械真空泵干式化[12]。

2、VD 精炼工艺技术的发展2.1 真空脱碳（碳脱氧）真空碳脱氧反应式为[13]：[][]()g CO O C =+ （1）T G o 334.3822200--=∆ （2）平衡常数与温度的关系为：[][]003.21160lg lg +==TP K O C COαα（3） [][]CO oc P f f O K C %1%= （4）由于碳的脱氧产物是CO 气体，在CO P 降低压力后，平衡向产生CO 的方向移动，使碳的脱氧能力提高。

通过计算可知，真空下碳的脱氧能力很强，当CO P =10132Pa 时，碳的脱氧能力超过硅，继续降压至133Pa 时，碳的脱氧能力大于铝。

但是，在实际情况下，钢液中碳的脱氧能力随着压力的降低而提高是有一定限度的，因此将真空脱氧的压力控制在10133~203Pa 即可。

VD 处理过程同样具有良好的脱碳条件。

国外已有部分钢厂（法国Sollac 钢厂、法国Dunkerque 钢厂、加拿大Dofasco 钢厂）[8-9]开始采用VD 处理来生产极低碳或超低碳钢，已获得了很好的处理效果。

国内宝钢、舞钢、汉冶特钢等也已采用了VD 真空脱碳生产低/超低碳钢[14-20],首钢[16]曾采用VD 碳脱氧工艺降低生产成本，吨钢可降成本20多元。

舞钢[17]采用90tEAF-VD-LF-VD 工艺生产低碳钢，其工艺控制包括：1）电炉出钢钢包钢水温度大于1600℃，出钢[]()C w <0.08%。

禁止加人任何脱氧剂及渣料。

2）把从开抽到破坏真空时间限定为10-12min ，真空度须达到200Pa~250Pa ， 开抽温度要控制在1590~1640℃，真空过程温降为（2.2±0.2）℃/min ，氩气流量控制在2m 3/h 左右。

经此处理后，钢水[]()C w 低于0.01%，从而为保证成品[]()C w <0.05%打下了基础。

在抽真空操作中，进泵速度要均匀平衡，防止钢水剧烈沸腾引起溢渣， 真空度达到26.7kPa 左右和4kPa 左右时，出现两次真空度上升缓慢或停滞现象，说明此时C-O 反应剧烈，产生CO 较多。

宝钢[19]开发EAF-VD-LF 工艺流程生产无取向硅钢，其控制要点包括：1）电炉出钢钢水的碳含量应该控制在300ppm-500ppm ，并使钢水有适当的过剩氧，钢水的出钢温度应控制在1610-1640℃；2）采用氧化出钢工艺，出钢过程中向钢包加人一定量的铝酸钙系列预熔渣料对钢包顶渣进行适当的调节，可以为钢水在VD 过程进行脱碳处理创造良好的条件。

3）采用氧化出钢，在VD 真空脱碳后可以使钢水中碳含量达到20ppm 以下；LF 处理过程钢水的增碳和增氮得到很好的控制，至LF 处理结束，钢中碳、硫、氮含量分别达到32.5ppm 、32ppm 和47.6ppm ，钢中T[O]含量的控制也较理想，平均达到32.3ppm 。