Блог
Вакуумная дегазация стали
1. Что такое сталь? Зачем нам нужно производить сталь?
С точки зрения химического состава сталь в основном делится на углеродистую сталь (включая низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую) и легированную сталь.
- Помимо железа и углерода как основных компонентов, углеродистая сталь также содержит небольшое количество примесей, таких как Mn, Si, S, P и т. д. Она обладает определенными механическими свойствами и технологическими свойствами и является дешевой.
- В легированную сталь на основе углеродистой стали целенаправленно добавляются определенные элементы, благодаря чему ее эксплуатационные характеристики значительно улучшаются.
Задача сталеплавильного производства: в соответствии с требованиями сталеплавильного производства отрегулировать диапазон содержания углерода и легирующих элементов в стали, а также снизить содержание примесей, таких как P, S, H, O, N, до уровня ниже допустимого.
2. Влияние легирующих элементов на свойства стали
- C и Si могут повысить прочность и твердость стали
- Mn улучшает прокаливаемость и вязкость, а также снижает вредность S
- P вызывает хладноломкость
- S вызывает красноломкость, усталостное разрушение и плохие механические свойства
- Другие микроэлементы: Cr, Ni, Mo, Ti и т. д.
- Прочие неметаллические включения: водород, кислород, азот и т.д.
3. Процесс выплавки стали
- Обезуглероживание, раскисление, дефосфорация, десульфурация
- Удалить включенный газ (H2 N2), удалить неметаллические включенияОбезуглероживание, раскисление, дефосфорация, десульфурация
- Отрегулируйте температуру расплавленной стали и отрегулируйте состав расплавленной стали.
4. Процесс вакуумной очистки вне печи
- Рафинирование вне печи — процесс перемещения расплавленной стали из конвертера в другой реактор для рафинирования.
- Первичное рафинирование — плавка, дефосфорация, декарбонизация и легирование шихты в окислительной атмосфере
- Рафинирование — глубокая декарбонизация, дегазация, раскисление, удаление включений, корректировка состава, оптимизация процесса и структуры продукта, разработка продуктов с высокой добавленной стоимостью, экономия и сокращение потребления энергии, снижение затрат и увеличение экономической выгоды в условиях вакуума, инертного газа или контролируемой атмосферы.
5. История развития внепечной переработки
- В 1940-х годах: Дегазационная обработка проводилась в условиях низкого вакуума.
- В 1950-х годах: был представлен пароструйный насос с высокой скоростью откачки, а также методы вакуумирования DH и RH для дегазации расплавленной стали, что позволило уменьшить количество примесей.
- В 1960-х и 1970-х годах: на основе вакуумной дегазации процветали методы VOD, VAD, ASEA, LFV и RH-OB.
- В 1980-х годах: Появился метод подачи легированной проволоки и комбинированное использование рафинировочного оборудования с различными функциями.
- В 1990-х годах широко применялись: циркуляционная вакуумная обработка (ЦВО, ЦВО-ОБ), подъемная вакуумная обработка (ВВО), доводка и температурная обработка сплавов (ДОС.ДОС-ОБ), ковшовая печь для рафинирования стали, вакуумное аргонодуговое раскисление (ВД), вакуумное кислородное обезуглероживание (ВКО), ковшовое напыление порошка (КИП, ТН, СЛ), метод подачи проволоки, аргонодуговое рафинирование (АКО).
6. Классификация внепечной обработки
6.1. Classification by refining method
Метод лечения при нормальном давлении:
- Метод промывки шлака: промывка синтетическим шлаком, промывка шлаком из той же печи;
- Метод очистки аргона: Gazal, CAB, AOD, CLU
Метод вакуумной очистки:
- Дегазация: метод ковшовой дегазации, DH, RH
- Дегазация C, O газа в основном: VD, RH-OB, RH-PI
Метод вакуумирования и нагрева: ASEA-SKF、VAD、LF
6.2. Классификация по основной цели переработки
- AOD, CLU, VD, VOD, RHOB и VODC подходят для выплавки низкоуглеродистой и сверхнизкоуглеродистой стали, а также легированной стали;
- Печи барабанного типа, VAD (VHD) и LF имеют функции нагрева и перемешивания, а также гибкое регулирование температуры и могут использоваться для дегазации, раскисления, удаления включений и легирования;
- Методы DH, RH, различные формы капельной дегазации и вакуумной продувки Ar позволяют удалять газ, кислород и включения из стали, но не существует нагревательного оборудования, подходящего для вакуумной дегазации обычной стали, а также средне- и низколегированной стали;
- Этот же метод промывки шлака в основном применяется для десульфурации, дезоксигенации и удаления включений из жидкой стали в процессе электросталеплавильного производства.
7. Виды процессов дегазации стали можно разделить на три основных варианта:
7.1. Печь для рафинирования RH. Этот процесс фокусируется на обезуглероживании и дегазации и является превосходной системой для производства сверхнизкоуглеродистых марок стали.
Функция
① Дегидрогенизация: Эффективность дегидрирования полностью раскисленной стальной жидкости составляет ≮60%, а для неполностью раскисленной стальной жидкости, из-за бурной реакции С-О, она составляет >70%. Время дегазации составляет 5~20 минут, [H] <2ppm.
② Удаление N: N легко образует азотные соединения, а эффективность денитрификации составляет 0~10%;
③ Дезоксигенация: ∑ [O] 0,002~0,005%;
④ Обезуглероживание: существуют требования к начальному [C], и обработка составляет 15 мин, [C] может быть снижена до 0,002%;
⑤ Десульфурация: эффективность 50~75%;
⑥ Уменьшить количество неметаллических включений: повысить чистоту расплавленной стали;
⑦ Тонкая настройка состава: точность контроля легирующих элементов составляет ±0,003~0,010%
Параметры процесса
① Мощность переработки: вес расплавленной стали в ковше ≮30т;
② Время дегазации: время дегазации расплавленной стали под вакуумом составляет 20~30 мин;
③ Коэффициент циркуляции: количество проходов расплавленной стали в ковше через вакуумную камеру, равно 5;
④ Циркуляционный поток: количество расплавленной стали, проходящей через вакуумную камеру за единицу времени;
⑤ Степень вакуума: давление в вакуумной камере. Обработка RH 67~134 Па, обработка RH-OB 20000~33000 Па
7.2. VD/VOD -- With the growing demand for high-quality steel, vacuum treatment has become an essential step in secondary metallurgical processes. Generally speaking, VD is more used for alloy steel, and VOD is more used for stainless steel.
Печь для рафинирования VD
Впервые он был использован в Германии в 1950-х годах. Первичная стальная жидкость в электропечи и конвертере помещается в герметичный резервуар для эвакуации, а Ar вдувается на дно ковша для перемешивания. Он используется для производства низкоуглеродистой стали, а состав и температура могут строго контролироваться. Функция:
① Эффективная дегазация, снижение [H] и [N];
② Раскисление, удаление [0] через C+[0]=C0;
③ Удаление [S] через щелочной верхний шлак:
④ Контроль химического состава и температуры путем точной регулировки сплава и продувки Ar;
⑤ Продувка Ar заставляет включения всплывать без агрегации.
ВД в основном используется в сочетании с электродуговой печью и LF для производства трубопроводной стали, [S]<10ppm; [H]<1,5-2ppm; [N]< 40ppm; [0]< 20ppm.
Диапазон требуемого рабочего вакуума для VD составляет около 1,33 мбар (1 торр) — 0,67 мбар (0,5 торр). Подобно печи для рафинирования RH, максимальная требуемая скорость откачки для VD может достигать 1 миллиона кубических метров в час.
Печь для рафинирования VOD
Печи VOD для рафинирования используются для плавки нержавеющей стали с кислородными фурмами, установленными на печах VD, что обеспечивает наиболее подходящие условия для крупномасштабного обезуглероживания и достижения высокой чистоты и чистоты. Обычно они используются для глубокого обезуглероживания высоколегированных сталей и для удаления углерода без влияния на содержание хрома при производстве нержавеющих сталей.
Обычно используемые целевые рабочие требования к вакууму для VOD составляют приблизительно 50-200 мбар. Наиболее распространенные требования к скорости откачки составляют от 20 000 до 120 000 м3/ч.
8. Типы вакуумных систем в процессе дегазации стали
Вакуумная система является ключевым компонентом процесса дегазации стали, поскольку она создает и поддерживает требуемый вакуум в технологической камере. На заводах по дегазации стали обычно используются два вакуумных решения. Ранее использовались пароэжекторные вакуумные системы (обычно с жидкостно-кольцевыми вакуумными насосами), но в настоящее время механические вакуумные системы, состоящие из насосов Рутса (поддерживаемых сухими винтовыми вакуумными насосами), стали экономичной и экологически чистой альтернативой. Ниже мы проведем сравнительный анализ этих двух вакуумных решений:
8.1.1 Что такое пароструйное оборудование и в чем его преимущества?
Пароструйный насос представляет собой рабочий пар с определенным давлением, который проходит через сопло Лаваля, декомпрессируется и ускоряется (потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию) и распыляется в смесительной камере со сверхзвуковой скоростью, смешивается с перекачиваемой средой и обменивается энергией. Смешанный газ поступает в диффузор, замедляется и нагнетается (кинетическая энергия преобразуется в энергию давления). Для снижения нагрузки на выхлоп последующего насоса конденсатор настроен на обмен теплом посредством конвекции между двумя средами с определенной разницей температур, чтобы достичь цели конденсации высокотемпературной среды и ее сброса до атмосферного давления.
Преимущества многоступенчатого пароструйного насоса:
- Большая мощность всасывания: может удовлетворить максимальные требования к производительности обработки и объему отвода при вакуумной очистке (обычно от нескольких кг/ч до сотен кг/ч)
- Высокая скорость всасывания: обычно требуется от 3 до 6 минут для достижения требуемой степени вакуума.
- Высокая приспособляемость к перекачиваемой среде: может эффективно откачивать высокотемпературный и пыльный газ, образующийся при производстве стали.
- Длительный срок службы оборудования и надежная работа: поскольку пароструйный насос практически не имеет движущихся частей
8.1.2 Каковы недостатки вакуумной системы пароструйного насоса?
Метод RH является важным методом внепечной очистки с такими функциями, как дегазация, обезуглероживание, температурная компенсация, равномерный температурный состав расплавленной стали и удаление включений в стали. Благодаря хорошему эффекту очистки и короткому циклу обработки он широко используется в сталелитейном производстве. Для дальнейшего улучшения структуры продукта и качества стали в Чунцинском металлургическом новом округе была принята технология вакуумной очистки RH.
Технология вакуумной очистки RH разрабатывается с 1959 года, а оборудование и процесс являются зрелыми. Вакуумное оборудование, используемое в традиционном процессе RH, раньше представляло собой многоступенчатую пароструйную вакуумную систему. Из текущего состояния применения в стране и за рубежом установлено, что, хотя оборудование многоступенчатой паровой насосной системы является зрелым и вспомогательные сооружения завершены, оно значительно подвержено колебаниям давления пара и температуры при использовании, восстановление шлама затруднено, техническое обслуживание оборудования велико, а производительность вытяжки воздуха уменьшается с увеличением времени использования.
- Потребление воды: высокое потребление пара и охлаждающей воды, что приводит к высоким эксплуатационным расходам.
- Образование сточных вод: паровые эжекторы производят большое количество сточных вод, богатых пылью, которые необходимо очищать.
- Очистка сточных вод: пыль необходимо осадить в горячей воде, а переработанная вода все еще содержит небольшое количество пыли.
- Износ оборудования: трубы и задвижки, подвергающиеся воздействию воды, богатой едкими частицами, преждевременно изнашиваются.
8.2.1 Что такое система сухого вакуумного насоса?
Безмасляный сухой механический вакуумный насос (также называемый сухим механическим вакуумным насосом) — это вакуумный насос, который может начать откачивать воздух с атмосферного давления и выпускать откачанный газ непосредственно в атмосферу, без масла или других рабочих сред в камере насоса. С непрерывным развитием отрасли вакуумной дегазации стали механическая вакуумная система, состоящая из вакуумных насосов Рутса (используйте сухие винтовые вакуумные насосы в качестве форвакуумного насоса), стала экономичным и экологически чистым вариантом.
8.2.2 Каковы преимущества системы сухого механического вакуумного насоса по сравнению с системой пароструйного насоса?
|
Тип насоса |
Инвестиционные затраты |
Потребляемая мощность |
Операционная система |
Загрязнение |
Строительство |
|
Пароструйный насос |
Меньшие первоначальные инвестиции |
Более высокое потребление энергии и пара |
Системы подачи пара, системы эвакуации, системы аккумулирования тепла и соответствующие системы очистки воды |
Загрязнение сточных вод, высокие эксплуатационные расходы |
Большая площадь |
|
Сухой механический вакуумный насос |
Более крупные первоначальные инвестиции |
Потребление энергии составляет всего 10% от потребления пароструйных насосов. |
Система вакуумной откачки |
Отсутствие загрязнения сточных вод, низкие эксплуатационные расходы |
Простой, небольшой площади |
8.2.3 Конкретный анализ преимуществ системы сухого механического вакуумного насоса по сравнению с системой пароструйного насоса
|
Нет. |
Предметы |
Сухой вакуумный насос |
Пароструйный насос |
Замечания |
|
|
1 |
Операционные СМИ |
Электричество |
Пар |
Электричество стабильно, давление пара и температура колеблются |
|
|
2 |
Конфигурация производительности насоса |
При необходимости отрегулируйте рабочий модуль. |
Не может быть изменено после исправления |
||
|
3 |
Производство |
Запуск и остановка в любое время по мере необходимости |
Подвержены влиянию давления и температуры пара |
||
|
4 |
Удаление пыли |
Сухое удаление пыли для легкой переработки |
Мокрое удаление пыли при сложной переработке |
||
|
5 |
Эксплуатационные расходы |
Потребляемая мощность |
6,18 кВтч/тонну стали |
0,101 тонна/тонна стали |
|
|
цена за единицу товара |
0,6 юаня/кВтч |
280 юаней/тонна |
Steam рассчитывается исходя из низкой цены аутсорсинга |
||
|
Эксплуатационные расходы на тонну стали |
3,71 юаня/тонна стали |
28,28 юаней/тонна стали |
Без учета расходов на очистку сточных вод струйной насосной системы |
||
|
6 |
Первоначальные инвестиции |
Относительно большой |
Относительно небольшие инвестиции в один насос |
Если принять во внимание первоначальные инвестиции в паровую систему и систему водоподготовки, то они не низкие. |
|
9.Что включает в себя решение по вакуумной дегазации стали системы сухого механического вакуумного насоса VACCULEX (вакуумный насос Рутса, винтовой вакуумный насос)?
- Комбинация модулей вакуумного насоса
- Расчет мощности всасывания вакуумной системы
- Выбор вакуумного насоса
- Гарантия безопасности при эксплуатации вакуумной системы
- Компоновка вакуумной системы
- Метод охлаждения технологического газа
- Метод фильтрации вакуумной системы
- Метод удаления и рекуперации пыли в вакуумной системе
10. Типичные случаи применения сухих механических вакуумных насосов (вакуумные насосы Рутса, винтовые вакуумные насосы) в печах рафинирования в сталеплавильной промышленности
10.1.Типичный случай 1
Масштаб строительства: сухая механическая вакуумная система с производительностью откачки 800 кг/ч (20℃ сухого воздуха) при условиях 67 ПаА и 210 тRH. Основное техническое содержание преобразования: по сравнению с традиционной мокрой вакуумной системой, новая сухая механическая вакуумная система удаляет систему подачи пара (быстродействующий котел или газовый котел для перегрева насыщенного пара), промежуточный конденсатор, канализацию, систему обработки шлама и огромную систему циркуляционного охлаждения. Основное оборудование — 2 комплекта воздухоохладителей, 4 комплекта пылевых фильтров, 18 комплектов групп вакуумных насосов, 1 резервуар для хранения азота и 1 резервуар для хранения азота. Инвестиции в энергосберегающую техническую трансформацию на 17,5 млн юаней больше, чем в традиционную пароструйную вакуумную систему, а период строительства составляет 8 месяцев. Это может сэкономить 20 539 т у. т. энергии в год, с годовой экономией энергии в размере 17,03 млн юаней и сроком окупаемости инвестиций в 1 год.
10.2.Типичный случай 2
Масштаб строительства: сухая механическая вакуумная система с производительностью откачки 507 кг/ч (20℃ сухой воздух) при 67 ПаА и 150 тRH. Основное техническое содержание преобразования: новая сухая механическая вакуумная система с основным оборудованием, включая 1 воздухоохладитель; 3 пылевых фильтра; 14 комплектов вакуумных насосов (13 для использования и 1 для резерва); 2 газовых резервуара; 56 преобразователей частоты; 1 система управления DCS. Инвестиции в энергосберегающую техническую трансформацию на 15,62 млн юаней больше, чем в традиционную пароструйную вакуумную систему, а период строительства составляет 1 год. Это может сэкономить 14 207 т у.т. энергии в год, с годовой экономической выгодой от экономии энергии в размере 10,37 млн юаней и сроком окупаемости инвестиций в 1,5 года.
10.3.Типичный случай 3
Производственная практика 210tRH компании Chongqing Iron and Steel, работающей в течение 7 месяцев и обрабатывающей 420 000 тонн расплавленной стали, показывает, что металлургический эффект сухой (механический насос) вакуумной системы, применяемой к RH, может достичь или превзойти эффект многоступенчатой пароструйной вакуумной системы со скоростью дегидрирования 63,5% и максимальной производительностью обезуглероживания 10@10-6. Сухой вакуумный насос использует электричество в качестве источника энергии, и его работа не ограничивается давлением и температурой пара. Насос можно запускать и останавливать в любое время в соответствии с фактической производственной ситуацией, а организация производства является гибкой.
За 11 месяцев работы было переработано около 10 000 тонн расплавленной стали и получена прямая экономическая выгода в размере 19,58 млн юаней.
Он сыграл хорошую демонстрационную и прикладную роль для RH и другого оборудования для вакуумной очистки, а также для оптимизации отечественных и зарубежных сталелитейных предприятий.
10.4.Более типичные случаи
Система механического вакуумного насоса печи VD 60T
Модификация вакуумной системы печи RH
Модернизация двухстанционной печи VOD для рафинирования 65T
11.Преимущества сухих механических вакуумных насосов VACCULEX (вакуумные насосы Рутса, винтовые вакуумные насосы).
11.1. Full coverage of models and types of dry mechanical vacuum pumps (Roots vacuum pumps, screw vacuum pumps) for steel degassing(the only one in China). The maximum pumping speed of Roots vacuum pumps is 110,000 m3/h, and the maximum pumping speed of screw vacuum pumps is 2700 m3/h.。
11.2. Mature and professional solution provider, many years of supporting experience accumulation insteel vacuum degassing industry, perfect pre-sale and after-sale service, one-stop solution for customers’ vacuum problems in steel degassing
11.3. Excellent vacuum calculation ability, reliable and stable dry mechanical vacuum pump product quality, competitive price model, truly win-win cooperation.
