新型真空电弧精炼炉

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西安桃园冶金设备工程有限公司 作者:苟智峰

  介绍了老式真空电弧炉VHD 和奥地利英特科(Inteco)特种冶炼技术公司最近设计的新型真空电弧精炼炉VAD 系统。新系统在设备利用率方面和炼钢质量方面,同当前广泛应用的LF- VD 炉相比,各项指标均超过后者,具有无比的优越性。

  真空电弧精炼脱气(VHD)技术早在40 年前就开始用来熔炼合金钢。为什么今天还要进行研制开发它呢?真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为这是因为早期的VHD 设备已经不能满足当前航空航天技术的要求,而且普遍被LF 炉加上VD 炉所代替。奥地利英特科特种冶炼技术公司最近设计的新型VAD 系统在设备简化方面和炼钢质量方面,均优于当前广泛应用的LF+VD 炉,而且用1 台VAD 设备能够完成LF 和VD 两台炉子的任务,这是在LF 炉加VD 炉的基础上又迈上了一个新的台阶。

1、传统真空电弧精炼脱气炉

  传统的真空电弧精炼脱气炉(VHD)是美国人A. Finkl & Sons 于1964 年开始开发的,之后不断地进行试验研究,并于1970 年获得了美国专利。VHD 设备在世界上广泛应用的年代是从1970 年到1990 年。在那时候,VHD 工艺能够完全满足特钢厂对产品质量的要求和处理效果。传统的真空电弧精炼炉VHD 原理示意图示于图1。

传统真空电弧精炼炉原理示意图

图1 传统真空电弧精炼炉原理示意图

  最近20 年来,为什么特钢厂对VHD 设备不感兴趣了呢?这是由于40 年前设计的VHD 设备已经不能满足现代化熔炼特殊钢的要求,以及近20 年来, 出现了钢包精炼炉和真空脱气装置(LF+VD),该种工艺流程目前在国内外广泛应用,但是其缺点是电弧加热和真空脱气需要在2个设备中进行,如图2 所示。

EAF-LF-VD 冶炼工艺路线

图2 EAF-LF-VD 冶炼工艺路线

2、VAD 工艺路线和优越性

  奥地利英特科特种冶炼技术公司最近开发出将LF 炉和VD 炉合二为一的现代化的新型电弧加热真空电弧精炼炉(VAD),以下简称VAD设备。

  图3 示出了EAF-VAD 工艺路线和EAF-LF-VD工艺路线对比方框图。图中右侧是目前广泛应用的EAF-LF-VD 工艺路线;左侧是英特科特种冶炼技术公司最近开发的EAF-VAD 工艺路线。即用一台VAD 炉子代替两台LF-VD 炉子,而且炼出的钢还优于LF+VD 炉的质量。

EAF-VAD 工艺路线和EAF-LF-VD 工艺路线对比

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图3 EAF-VAD 工艺路线和EAF-LF-VD 工艺路线对比

  VAD 能够提供多种冶金工艺程序。冶金工艺程序的选择取决于冶金目标和设备的先决条件。VAD 炉的适用范围为15~200 t。集加热、脱气、渣处理和合金调整都是在真空状态下连续进行的。同蒸汽喷射真空泵相结合的完全封闭式处理站提供出对环境完全没有污染的解决方案。VAD 工艺若同其它炉外冶金工艺相比,在真空状态下进行电弧加热具有以下优点:

  a)低的出钢温度,因而钢包包衬的寿命长;

  b)在真空状态下能够添加大量合金剂,因而能熔炼高级合金钢;

  c)短的出钢到出钢时间,因而提高了设备生产率和降低了生产成本;

  d) 在真空状态下进行脱气处理,能够达到最低的气体含量;

  e)在真空电弧加热状态下,只要需要,钢水在钢包中,可停留任意长的时间,比如,如果下级连铸机出故障,等待任意长的时间都没有问题。

3、VAD 工艺概述

  液态钢水通过前级电弧炉出钢槽,允许接触空气以500~800 mm 净空距离,倒进钢包中。然后,车间吊车将该钢包运送到真空容器中。该真空容器由升降架子上的3 个液压缸支撑。再把真空容器盖放到真空容器连接法兰上。在真空容器盖的中央部位安装有3 个被动态密封的可以升降的电极,在真空容器内依靠多级蒸汽喷射真空泵抽真空(采用机械真空泵也可以)。在真空脱气处理时,惰性气体(比如氩气或氮气)通过钢包底吹入熔池中,以保证液态金属的搅拌、循环。3根电极被调整在钢液上方对于燃弧的合适位置,电极的电气回路是闭合回路。

  石墨电极被安装在真空密封伸缩管装置中。电极和熔池表面之间的距离通常不需要经常调整,这是由于在真空状态下,电弧长度能在长时间内保持不变。电极既不接触钢液面或渣面,也不像在大气中易被氧化,所以大大减少了电极消耗。在真空室内,电弧的上方有一层屏蔽层,以防止电弧热量辐射炉盖,以及为了减少热损失。加到熔池表面的电弧能量将炉渣吹到旁边。这样一来,气体很容易从熔池中逸出。精炼处理是连续的,一直到达到冶金要求及达到希望的气体含量为止。进一步开发真空电弧加热系统是钢包精炼的另一个重要步骤。在真空状态下可以连续行加热,不受时间限制,这就使得钢厂能充分利用真空冶炼所提供的所有优点。

4、VAD 设备的设计和制造

  VAD 设备的设计受到许多因素的制约,因此最重要问题是周围生产环境、设备布置、材料物流和设备利用率等。首先,新设备要布置到已有车间内,因此其钢包尺寸、车间立柱跨距、天车高度等都是限制VAD 设备布置的主要因素。第二,该设备要与原有设备的工序和物流输送逻辑相适应,即在设计该设备时,需了解上级工序操作循环时间和下级工序操作循环时间。另外,在设备设计时还要考虑设备的利用率,即机械设备和电气设备要得到充分利用。

4.1、真空容器运输系统

  真空容器运输系统适用于钢水处理站位于车间天车范围之外的场合。车间天车将钢包放到真空容器内的钢包支架上。然后真空容器移动车被放到真空容器盖的下方,真空容器盖下降到装有真空密封的真空容器法兰上。真空容器移动车的设计需要同钢包尺寸相适应。

6、结论

  (1)奥地利英特科特种冶炼技术公司最近推出了技术- 经济指标高超的VAD 系统,该系统在炼钢质量、冶金效果、各项指标均优于目国内外广泛应用的LF-VD 炉。

  (2)综上所述,新型VAD 系统,从设备创新的角度来看,具有重大技术突破,具有划时代意义。因此可以说,将来的发展趋势是完全有可能用一台新型VAD 炉代替两台LF 炉和VD 炉。

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