新型真空電弧精煉爐
介紹了老式真空電弧爐VHD 和奧地利英特科(Inteco)特種冶煉技術(shù)公司z*近設(shè)計(jì)的新型真空電弧精煉爐VAD 系統(tǒng)。新系統(tǒng)在設(shè)備利用率方面和煉鋼質(zhì)量方面，同當(dāng)前廣泛應(yīng)用的LF- VD 爐相比，各項(xiàng)指標(biāo)均超過后者，具有無(wú)比的優(yōu)越性。
真空電弧精煉脫氣(VHD)技術(shù)早在40 年前就開始用來熔煉合金鋼。為什么今天還要進(jìn)行研制開發(fā)它呢?這是因?yàn)樵缙诘腣HD 設(shè)備已經(jīng)不能滿足當(dāng)前航空航天技術(shù)的要求，而且普遍被LF爐加上VD 爐所代替。奧地利英特科特種冶煉技術(shù)公司z*近設(shè)計(jì)的新型VAD系統(tǒng)在設(shè)備簡(jiǎn)化方面和煉鋼質(zhì)量方面，均優(yōu)于當(dāng)前廣泛應(yīng)用的LF+VD 爐，而且用1 臺(tái)VAD 設(shè)備能夠完成LF 和VD 兩臺(tái)爐子的任務(wù)，這是在LF 爐加VD 爐的基礎(chǔ)上又邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。
1、傳統(tǒng)真空電弧精煉脫氣爐
傳統(tǒng)的真空電弧精煉脫氣爐(VHD)是美國(guó)人A. Finkl & Sons 于1964 年開始開發(fā)的，之后不斷地進(jìn)行試驗(yàn)研究，并于1970 年獲得了美國(guó)專利。VHD 設(shè)備在世界上廣泛應(yīng)用的年代是從1970 年到1990 年。在那時(shí)候，VHD 工藝能夠完全滿足特鋼廠對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求和處理效果?！?br />
z*近20 年來，為什么特鋼廠對(duì)VHD 設(shè)備不感興趣了呢?這是由于40 年前設(shè)計(jì)的VHD 設(shè)備已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化熔煉特殊鋼的要求，以及近20 年來，出現(xiàn)了鋼包精煉爐和真空脫氣裝置(LF+VD)，該種工藝流程目前在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用，但是其缺點(diǎn)是電弧加熱和真空脫氣需要在2個(gè)設(shè)備中進(jìn)行。
2、VAD 工藝路線和優(yōu)越性
奧地利英特科特種冶煉技術(shù)公司z*近開發(fā)出將LF 爐和VD 爐合二為一的現(xiàn)代化的新型電弧加熱真空電弧精煉爐(VAD)，以下簡(jiǎn)稱VAD設(shè)備。
EAF-VAD 工藝路線和EAF-LF-VD工藝路線對(duì)比方框圖。圖中右側(cè)是目前廣泛應(yīng)用的EAF-LF-VD 工藝路線;左側(cè)是英特科特種冶煉技術(shù)公司z*近開發(fā)的EAF-VAD 工藝路線。即用一臺(tái)VAD 爐子代替兩臺(tái)LF-VD 爐子，而且煉出的鋼還優(yōu)于LF+VD 爐的質(zhì)量。
VAD 能夠提供多種冶金工藝程序。冶金工藝程序的選擇取決于冶金目標(biāo)和設(shè)備的先決條件。VAD 爐的適用范圍為15~200 t。集加熱、脫氣、渣處理和合金調(diào)整都是在真空狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)行的。同蒸汽噴射真空泵相結(jié)合的完全封閉式處理站提供出對(duì)環(huán)境完全沒有污染的解決方案。VAD 工藝若同其它爐外冶金工藝相比，在真空狀態(tài)下進(jìn)行電弧加熱具有以下優(yōu)點(diǎn)：
a)低的出鋼溫度，因而鋼包包襯的壽命長(zhǎng);
b)在真空狀態(tài)下能夠添加大量合金劑，因而能熔煉高級(jí)合金鋼;
c)短的出鋼到出鋼時(shí)間，因而提高了設(shè)備生產(chǎn)率和降低了生產(chǎn)成本;
d) 在真空狀態(tài)下進(jìn)行脫氣處理，能夠達(dá)到z*低的氣體含量;
e)在真空電弧加熱狀態(tài)下，只要需要，鋼水在鋼包中，可停留任意長(zhǎng)的時(shí)間，比如，如果下級(jí)連鑄機(jī)出故障，等待任意長(zhǎng)的時(shí)間都沒有問題。
3、VAD 工藝概述
液態(tài)鋼水通過前級(jí)電弧爐出鋼槽，允許接觸空氣以500~800 mm 凈空距離，倒進(jìn)鋼包中。然后，車間吊車將該鋼包運(yùn)送到真空容器中。該真空容器由升降架子上的3 個(gè)液壓缸支撐。再把真空容器蓋放到真空容器連接法蘭上。在真空容器蓋的中央部位安裝有3 個(gè)被動(dòng)態(tài)密封的可以升降的電極，在真空容器內(nèi)依靠多級(jí)蒸汽噴射真空泵抽真空(采用機(jī)械真空泵也可以)。在真空脫氣處理時(shí)，惰性氣體(比如氬氣或氮?dú)?通過鋼包底吹入熔池中，以保證液態(tài)金屬的攪拌、循環(huán)。3根電極被調(diào)整在鋼液上方對(duì)于燃弧的合適位置，電極的電氣回路是閉合回路。
石墨電極被安裝在真空密封伸縮管裝置中。電極和熔池表面之間的距離通常不需要經(jīng)常調(diào)整，這是由于在真空狀態(tài)下，電弧長(zhǎng)度能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持不變。電極既不接觸鋼液面或渣面，也不像在大氣中易被氧化，所以大大減少了電極消耗。在真空室內(nèi)，電弧的上方有一層屏蔽層，以防止電弧熱量輻射爐蓋，以及為了減少熱損失。加到熔池表面的電弧能量將爐渣吹到旁邊。這樣一來，氣體很容易從熔池中逸出。精煉處理是連續(xù)的，一直到達(dá)到冶金要求及達(dá)到希望的氣體含量為止。進(jìn)一步開發(fā)真空電弧加熱系統(tǒng)是鋼包精煉的另一個(gè)重要步驟。在真空狀態(tài)下可以連續(xù)行加熱，不受時(shí)間限制，這就使得鋼廠能充分利用真空冶煉所提供的所有優(yōu)點(diǎn)。
4、VAD 設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造
VAD 設(shè)備的設(shè)計(jì)受到許多因素的制約，因此z*重要問題是周圍生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備布置、材料物流和設(shè)備利用率等。s*先，新設(shè)備要布置到已有車間內(nèi)，因此其鋼包尺寸、車間立柱跨距、天車高度等都是限制VAD 設(shè)備布置的主要因素。第二，該設(shè)備要與原有設(shè)備的工序和物流輸送邏輯相適應(yīng)，即在設(shè)計(jì)該設(shè)備時(shí)，需了解上級(jí)工序操作循環(huán)時(shí)間和下級(jí)工序操作循環(huán)時(shí)間。另外，在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮設(shè)備的利用率，即機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備要得到充分利用。
4.1、真空容器運(yùn)輸系統(tǒng)
真空容器運(yùn)輸系統(tǒng)適用于鋼水處理站位于車間天車范圍之外的場(chǎng)合。車間天車將鋼包放到真空容器內(nèi)的鋼包支架上。然后真空容器移動(dòng)車被放到真空容器蓋的下方，真空容器蓋下降到裝有真空密封的真空容器法蘭上。真空容器移動(dòng)車的設(shè)計(jì)需要同鋼包尺寸相適應(yīng)。
6、結(jié)論
(1)奧地利英特科特種冶煉技術(shù)公司z*近推出了技術(shù)- 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高超的VAD 系統(tǒng)，該系統(tǒng)在煉鋼質(zhì)量、冶金效果、各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于目國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的LF-VD 爐。
(2)綜上所述，新型VAD 系統(tǒng)，從設(shè)備創(chuàng)新的角度來看，具有重大技術(shù)突破，具有劃時(shí)代意義。因此可以說，將來的發(fā)展趨勢(shì)是完全有可能用一臺(tái)新型VAD 爐代替兩臺(tái)LF 爐和VD 爐。
真空電弧精煉脫氣(VHD)技術(shù)早在40 年前就開始用來熔煉合金鋼。為什么今天還要進(jìn)行研制開發(fā)它呢?這是因?yàn)樵缙诘腣HD 設(shè)備已經(jīng)不能滿足當(dāng)前航空航天技術(shù)的要求，而且普遍被LF爐加上VD 爐所代替。奧地利英特科特種冶煉技術(shù)公司z*近設(shè)計(jì)的新型VAD系統(tǒng)在設(shè)備簡(jiǎn)化方面和煉鋼質(zhì)量方面，均優(yōu)于當(dāng)前廣泛應(yīng)用的LF+VD 爐，而且用1 臺(tái)VAD 設(shè)備能夠完成LF 和VD 兩臺(tái)爐子的任務(wù)，這是在LF 爐加VD 爐的基礎(chǔ)上又邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。
1、傳統(tǒng)真空電弧精煉脫氣爐
傳統(tǒng)的真空電弧精煉脫氣爐(VHD)是美國(guó)人A. Finkl & Sons 于1964 年開始開發(fā)的，之后不斷地進(jìn)行試驗(yàn)研究，并于1970 年獲得了美國(guó)專利。VHD 設(shè)備在世界上廣泛應(yīng)用的年代是從1970 年到1990 年。在那時(shí)候，VHD 工藝能夠完全滿足特鋼廠對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求和處理效果?！?br />
z*近20 年來，為什么特鋼廠對(duì)VHD 設(shè)備不感興趣了呢?這是由于40 年前設(shè)計(jì)的VHD 設(shè)備已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化熔煉特殊鋼的要求，以及近20 年來，出現(xiàn)了鋼包精煉爐和真空脫氣裝置(LF+VD)，該種工藝流程目前在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用，但是其缺點(diǎn)是電弧加熱和真空脫氣需要在2個(gè)設(shè)備中進(jìn)行。
2、VAD 工藝路線和優(yōu)越性
奧地利英特科特種冶煉技術(shù)公司z*近開發(fā)出將LF 爐和VD 爐合二為一的現(xiàn)代化的新型電弧加熱真空電弧精煉爐(VAD)，以下簡(jiǎn)稱VAD設(shè)備。
EAF-VAD 工藝路線和EAF-LF-VD工藝路線對(duì)比方框圖。圖中右側(cè)是目前廣泛應(yīng)用的EAF-LF-VD 工藝路線;左側(cè)是英特科特種冶煉技術(shù)公司z*近開發(fā)的EAF-VAD 工藝路線。即用一臺(tái)VAD 爐子代替兩臺(tái)LF-VD 爐子，而且煉出的鋼還優(yōu)于LF+VD 爐的質(zhì)量。
VAD 能夠提供多種冶金工藝程序。冶金工藝程序的選擇取決于冶金目標(biāo)和設(shè)備的先決條件。VAD 爐的適用范圍為15~200 t。集加熱、脫氣、渣處理和合金調(diào)整都是在真空狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)行的。同蒸汽噴射真空泵相結(jié)合的完全封閉式處理站提供出對(duì)環(huán)境完全沒有污染的解決方案。VAD 工藝若同其它爐外冶金工藝相比，在真空狀態(tài)下進(jìn)行電弧加熱具有以下優(yōu)點(diǎn)：
a)低的出鋼溫度，因而鋼包包襯的壽命長(zhǎng);
b)在真空狀態(tài)下能夠添加大量合金劑，因而能熔煉高級(jí)合金鋼;
c)短的出鋼到出鋼時(shí)間，因而提高了設(shè)備生產(chǎn)率和降低了生產(chǎn)成本;
d) 在真空狀態(tài)下進(jìn)行脫氣處理，能夠達(dá)到z*低的氣體含量;
e)在真空電弧加熱狀態(tài)下，只要需要，鋼水在鋼包中，可停留任意長(zhǎng)的時(shí)間，比如，如果下級(jí)連鑄機(jī)出故障，等待任意長(zhǎng)的時(shí)間都沒有問題。
3、VAD 工藝概述
液態(tài)鋼水通過前級(jí)電弧爐出鋼槽，允許接觸空氣以500~800 mm 凈空距離，倒進(jìn)鋼包中。然后，車間吊車將該鋼包運(yùn)送到真空容器中。該真空容器由升降架子上的3 個(gè)液壓缸支撐。再把真空容器蓋放到真空容器連接法蘭上。在真空容器蓋的中央部位安裝有3 個(gè)被動(dòng)態(tài)密封的可以升降的電極，在真空容器內(nèi)依靠多級(jí)蒸汽噴射真空泵抽真空(采用機(jī)械真空泵也可以)。在真空脫氣處理時(shí)，惰性氣體(比如氬氣或氮?dú)?通過鋼包底吹入熔池中，以保證液態(tài)金屬的攪拌、循環(huán)。3根電極被調(diào)整在鋼液上方對(duì)于燃弧的合適位置，電極的電氣回路是閉合回路。
石墨電極被安裝在真空密封伸縮管裝置中。電極和熔池表面之間的距離通常不需要經(jīng)常調(diào)整，這是由于在真空狀態(tài)下，電弧長(zhǎng)度能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持不變。電極既不接觸鋼液面或渣面，也不像在大氣中易被氧化，所以大大減少了電極消耗。在真空室內(nèi)，電弧的上方有一層屏蔽層，以防止電弧熱量輻射爐蓋，以及為了減少熱損失。加到熔池表面的電弧能量將爐渣吹到旁邊。這樣一來，氣體很容易從熔池中逸出。精煉處理是連續(xù)的，一直到達(dá)到冶金要求及達(dá)到希望的氣體含量為止。進(jìn)一步開發(fā)真空電弧加熱系統(tǒng)是鋼包精煉的另一個(gè)重要步驟。在真空狀態(tài)下可以連續(xù)行加熱，不受時(shí)間限制，這就使得鋼廠能充分利用真空冶煉所提供的所有優(yōu)點(diǎn)。
4、VAD 設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造
VAD 設(shè)備的設(shè)計(jì)受到許多因素的制約，因此z*重要問題是周圍生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備布置、材料物流和設(shè)備利用率等。s*先，新設(shè)備要布置到已有車間內(nèi)，因此其鋼包尺寸、車間立柱跨距、天車高度等都是限制VAD 設(shè)備布置的主要因素。第二，該設(shè)備要與原有設(shè)備的工序和物流輸送邏輯相適應(yīng)，即在設(shè)計(jì)該設(shè)備時(shí)，需了解上級(jí)工序操作循環(huán)時(shí)間和下級(jí)工序操作循環(huán)時(shí)間。另外，在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮設(shè)備的利用率，即機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備要得到充分利用。
4.1、真空容器運(yùn)輸系統(tǒng)
真空容器運(yùn)輸系統(tǒng)適用于鋼水處理站位于車間天車范圍之外的場(chǎng)合。車間天車將鋼包放到真空容器內(nèi)的鋼包支架上。然后真空容器移動(dòng)車被放到真空容器蓋的下方，真空容器蓋下降到裝有真空密封的真空容器法蘭上。真空容器移動(dòng)車的設(shè)計(jì)需要同鋼包尺寸相適應(yīng)。
6、結(jié)論
(1)奧地利英特科特種冶煉技術(shù)公司z*近推出了技術(shù)- 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高超的VAD 系統(tǒng)，該系統(tǒng)在煉鋼質(zhì)量、冶金效果、各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于目國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的LF-VD 爐。
(2)綜上所述，新型VAD 系統(tǒng)，從設(shè)備創(chuàng)新的角度來看，具有重大技術(shù)突破，具有劃時(shí)代意義。因此可以說，將來的發(fā)展趨勢(shì)是完全有可能用一臺(tái)新型VAD 爐代替兩臺(tái)LF 爐和VD 爐。
