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1、1,4.5 VD/VAD/VOD炉的设备和工艺,战东平钢铁冶金研究所,2/30,4.5.1 VD法简介,VD法钢包脱气法(Vacuum Degassing）VD法是将钢包吹氩与真空脱气相结合，形成一种钢包处理法，在13266Pa真空下精炼，具有很好的去气和脱氧效果。主要生产低气含量钢，如轴承钢、重轨钢等。,3/30,4/30,5/30,VD法的主要设备有钢包炉体、真空罐、可升降移动的真空盖及执行机构、真空泵及抽气系统、合金加料系统等。为了防止真空处理过程中钢液强烈地沸腾而损坏设备，要求钢包渣面以上至少保留600mm的自由空间。,6/30,真空处理时，钢包置于真空罐内，接通氩气，盖上真空盖抽真空
2、。处理钢液的最终真空度为67Pa，处理时间1525min，可使氢的含量达1.5ppm以下。而且在该真空下，仅通过溶解的氧与碳反应生成CO，就可以使碳含量由0.04%降低至平衡时的0.005%。此外还具有脱硫、成分微调、均匀成分和温度的功能。,7/30,VD真空处理装置主要技术参数,8/30,4.5.2 VAD法简介,VAD法钢包电弧加热脱气法（Vacuum Arc Degassing）开发：美国FINKL-SONS公司1967年发明 这种方法加热在低真空下进行，在钢包底部吹氩搅拌。加热钢包内的压力大约控制在0.2105Pa左右，因而保持了良好的还原性气氛，使精炼炉在加热过程中可以达到一定的脱气
3、目的。但是VAD炉盖的密封很困难，因而从发明以来没得到发展。,9/30,VAD法的优点,1）在真空下加热，形成良好的还原性气氛，防止钢水在加热过程中的氧化，并在加热过程中达到一定的脱气效果。2）精炼炉完全密封，加热过程中噪音较小，加热过程中几乎无烟尘。3）可以在一个工位达到多种精炼目的，如脱氧、脱硫、脱氢。甚至在合理的造渣的条件下，可以达到很好的脱磷目的。,10/30,VAD法的优点,4）有良好的搅拌条件，可以进行精炼炉内合金化，可以使炉内的成分很快地均匀。5）可以完成初炼炉的一些精炼任务，协调初炼炉与连铸工序。6）可以在真空条件下进行成分微调。7）可以进行深度精炼，生产纯净钢。,11/30,
4、4.5.3 VOD法简 介,VOD法真空吹氧脱碳（Vacuum Oxygen Decarburization）开发：西德维腾（Witten）特殊钢厂于1965年发明的。目前其已装备的容量为5t150t，容量最大的是新日铁八幡制铁厂的150t VOD炉。,12/30,13/30,14/30,4.5.3.1 设备,由真空罐、钢包、真空泵、氧枪、加料系统、终点控制仪表和取样测温装置组成。4.6.3.1.1 真空罐 VOD炉设备结构上有两种形式：1）罐式：设有真空罐，钢包置于真空罐内进行精炼2）桶式：钢包本身加真空盖，并在其中进行精炼,15/30,罐式VOD炉,罐下设有防漏盘，其容量应能容纳全炉钢水和
5、炉渣，以免损坏炉体。较好的密封方式有两种：1）水冷密封；开罐时，放水入槽，以防法兰被烧坏；盖罐前，将水放掉，以免影响精炼。2）采用充氩双密封以减少漏气和钢水增氮。为了减少钢渣喷溅和防止罐盖过热，在精炼钢包和罐盖之间设有防溅盖。,16/30,17/30,罐式VOD炉,优点：1）罐盖面积较大，易于布置氧枪、加料系统、取样测温装置、监控系统等；2）罐内可以放置的钢包容量范围较大；3）易与真空泵连接；4）钢包上部不带密封法兰，结构比较简单；5）钢水喷溅不会损坏密封构件，因此可以采用较矮的自由空间（10001200mm）；易于设置防溅盖；6）密封法兰较大，罐盖下落时易于对准，较易保证密封。缺点：占地面积
6、较大；真空容积较大，抽气时间较长；真空罐结构较大，制造费用也较多。,18/30,桶式VOD炉,优点：钢桶上可以装设倾动机构；占地面积较小；真空室容积较小，抽气时间短。缺点：为了防止烧坏密封法兰，需要预留较大的自由空间，其值可达15002000mm，从而导致耐火材料和热量消耗增大，使钢包高度和重量增大，吊车的有效起重量减小，并使氧枪的行程增大；由于钢包外壳不允许开排气孔，使新砌钢包的干燥困难；使滑动水口和透气砖不漏气也是一个较难处理的问题。,19/30,4.5.3.1.2 钢包,罐式VOD炉的钢包不设密封法兰，其自由空间比较小；桶式VOD炉为了保持密封设有法兰，而且为了保护法兰，其自由空间比前者
7、要加高2550%，当真空管道直接与包盖相连接时，在吹氧和强搅拌的条件下，往往要求有1.52.0m的自由空间，以承受激烈的沸腾。钢包底部装有透气砖，日本有的工厂采用了装设36根不锈钢管的办法向熔池吹入氩气，以利于搅拌和加速脱碳。,20/30,4.5.3.1.3 真空泵,较高的真空度下，容易达到较高的技术经济指标，同时考虑到向真空室吹入氧气进行脱碳时，会产生大量CO气体，必须及时抽出，所以和其他精炼设备相比，VOD炉所配的真空泵抽气能力应大一些。,21/30,4.5.3.1.4 氧枪,在VOD炉的真空盖上设有吹氧用的氧枪，通过活动密封装置插入真空室内。氧枪大体可分为两种类型：1）普通钢管或在钢管上
8、涂耐火材料的消耗式氧枪（如桶炉上所用的）；2）水冷非消耗式氧枪。后者又分直管和拉瓦尔式两种。目前拉瓦尔氧枪用的较多，因为它使用起来稳定可靠，寿命很长。,22/30,4.5.3.1.5 加料装置,一般用于进行脱氧，造渣和对合金成分进行微调，而且由于无外加；热源，加料时间要求越短越好，所以宜于将加料系统设于真空盖上，采用多仓式真空料仓，于加料前预先将料加入料仓，在精炼过程中按工艺要求分批将料加入炉内。,23/30,4.5.3.1.6 吹炼终点控制仪表,为了控制吹炼过程，一般采用以氧浓差电池为主，废气温度计和真空计为辅的废气检测系统。,24/30,4.5.3.1.7 取样测温装置,取样测温装置对严格
9、控制钢水成分，取得合理的工艺参数，研究精炼过程的反应规律，制定工艺过程的数学模型，进而进行过程的电子计算机控制都是不可缺少的。VOD炉精炼过程中钢水喷溅比较激烈，如何保证取样测温具有代表性，是至关重要的。,25/30,4.5.3.2 VOD冶炼工艺,VOD炉既可以与电弧炉或转炉配合，初炼炉中将钢熔化，并调整好除碳和硅外的其它成分，将钢水倒入钢包内，送至VOD工位进行脱碳精炼。有时可以在VOD内进行脱磷处理。在进行脱碳处理时，降下水冷氧枪向钢包内吹氧脱碳。在吹氧脱碳的同时从钢包底部向钢包内吹氩气进行搅拌。,26/30,电炉初炼VOD冶炼工艺,A 电炉初炼 为了更多地利用廉价的高碳FeCr，可增高
10、炉料的配碳量到1.5%。在熔化炉料方面有两种作法：1）是将炉料全部熔化后在进行下一个操作（脱碳）2）是炉料未全部熔化，尚余30%固体炉料即开始脱碳方法一 优点：是铬的烧损小和氧耗量少 缺点：是熔化时间长和电耗高方法二 其优缺点正好与前者相反,27/30,电炉出钢并扒渣后，座包并盖好真空盖，开始抽真空，同时包底吹氩搅拌。当达到一定真空度后即开始吹氧脱碳。根据废气分析结果和用浓差电池连续测量废气的氧分压来控制精炼过程。由于在真空下脱碳，所以很容易在铬氧化极少的情况下将碳降至0.03%以下。为了促进脱碳、脱氧及成分、温度均匀化，在吹氧完毕后，还要继续吹氩搅拌，以利用剩余碳来脱氧，最后再用脱氧剂脱氧。,B VOD操作,28/30,真空脱碳过程分为三个阶段：1）开始沸腾阶段，它实际上是由原始硅含量决定的；2）脱碳速度不变阶段，这个速度与供氧量成正比；3）当钢液碳含量底于某临界量后，脱碳速度降低，此时它已不取决于供氧。同时开始了少量铬的氧化。吹氧终点是根据氧电势值进行判断。当其值从10-5Pa突然上升到104Pa，立即停止吹氧，同时提高真空度到14托，利用高真空下钢中氧和碳继续反应，这样既可发挥真空碳脱氧的作用，使O从0.05%降到0.02%左右，又可使C从0.030.04%降到0.015%。,29/30,30/30,祝生活愉快！,
