45VOD炉的设备和工艺本.ppt

4.5 VD/VAD/VOD炉的炉的设备和工艺设备和工艺战东平战东平钢铁冶金研究所1zhandp@    024-836877234.5.1 VD法简介法简介 VD法法——钢包脱气法钢包脱气法(Vacuum Degassing）） VD法法是是将将钢钢包包吹吹氩氩与与真真空空脱脱气气相相结结合合，，形形成成一一种种钢钢包包处处理理法法，，在在13～～266Pa真真空空下下精精炼炼，，具具有有很很好好的的去去气气和和脱脱氧氧效效果果主主要要生生产产低低气气含含量钢，如轴承钢、重轨钢等量钢，如轴承钢、重轨钢等2zhandp@    024-836877233zhandp@    024-836877234zhandp@    024-83687723 VD法法的的主主要要设设备备有有钢钢包包炉炉体体、、真真空空罐罐、、可可升升降降移移动动的的真真空空盖盖及及执执行行机机构构、、真真空空泵泵及抽气系统、合金加料系统及抽气系统、合金加料系统等     为为了了防防止止真真空空处处理理过过程程中中钢钢液液强强烈烈地地沸沸腾腾而而损损坏坏设设备备，，要要求求钢钢包包渣渣面面以以上上至至少少保保留留600mm的自由空间。

的自由空间    5zhandp@    024-83687723        真真空空处处理理时时，，钢钢包包置置于于真真空空罐罐内内，，接接通通氩氩气气，，盖盖上上真真空空盖盖抽抽真真空空处处理理钢钢液液的的最最终终真真空空度度为为67Pa，，处处理理时时间间15～～25min，，可可使使氢氢的的含含量量达达1.5ppm以以下下而而且且在在该该真真空空下下，，仅仅通通过过溶溶解解的的氧氧与与碳碳反反应应生生成成CO，，就就可可以以使使碳碳含含量量由由0.04%降降低低至至平平衡衡时时的的0.005%此此外外还还具具有有脱脱硫硫、、成成分分微微调调、、均均匀匀成成分分和和温温度度的的功功能 6zhandp@    024-83687723项目项目40tVD60tVD90tVD100tVD钢包容量钢包容量/t35～～4555～～6580～～10080～～120真空室直径真空室直径/mm4800530058006300真空室高度真空室高度/mm5000540065007000真空室盖直径真空室盖直径/mm4800530058006300吹氩装置吹氩装置    压力压力/Pa6×1056×1056×1056×105流量流量/L/min0～～1600～～3000～～5000～～500抽气能力抽气能力/kg/h250300300350工作真空度工作真空度/Pa67676767极限真空度极限真空度/Pa  13.313.3抽空时间抽空时间/min5555处理周期处理周期/min40～～6040～～6040～～6040～～60VD真空处理装置主要技术参数真空处理装置主要技术参数 7zhandp@    024-836877234.5.2 VAD法简介法简介 VAD法法——钢包电弧加热脱气法钢包电弧加热脱气法 （（Vacuum Arc Degassing））开发：开发：美国美国FINKL-SONS公司公司1967年发明年发明 这种方法加热在低真空下进行，在钢包底部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吹氩搅拌加热钢包内的压力大约控制在0.2×105Pa左右，因而保持了良好的还原性气左右，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氛，使精炼炉在加热过程中可以达到一定的脱气目的但是目的但是VAD炉盖的密封很困难炉盖的密封很困难，因而从发明，因而从发明以来没得到发展以来没得到发展8zhandp@    024-83687723VAD法的优点法的优点1））在真空下加热，形成良好的还原性气氛，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，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下，可以达到很好的脱磷目的9zhandp@    024-83687723VAD法的优点法的优点4））有良好的搅拌条件，可以进行精炼炉内有良好的搅拌条件，可以进行精炼炉内合金化，可以使炉内的成分很快地均匀。

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，协调可以完成初炼炉的一些精炼任务，协调初炼炉与连铸工序初炼炉与连铸工序6））可以在真空条件下进行成分微调可以在真空条件下进行成分微调7））可以进行深度精炼，生产纯净钢可以进行深度精炼，生产纯净钢10zhandp@    024-836877234.5.3 VOD法简法简 介介VOD法法——真空吹氧脱碳真空吹氧脱碳 （（Vacuum Oxygen Decarburization））开发：开发：西德维腾（西德维腾（Witten））特殊钢厂于特殊钢厂于1965年年发明的 目前其已装备的容量为目前其已装备的容量为5t~150t，，容量最大容量最大的是新日铁八幡制铁厂的的是新日铁八幡制铁厂的150t VOD炉11zhandp@    024-8368772312zhandp@    024-8368772313zhandp@    024-836877234.5.3.1 设备设备 由真空罐、钢包、真空泵、氧枪、加料系统、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。

终点控制仪表和取样测温装置组成4.6.3.1.1 真空罐真空罐 VOD炉设备结构上有两种形式：炉设备结构上有两种形式：1）罐式：）罐式：设有真空罐，钢包置于真空罐内进行精设有真空罐，钢包置于真空罐内进行精炼炼2）桶式：）桶式：钢包本身加真空盖，并在其中进行精炼钢包本身加真空盖，并在其中进行精炼14zhandp@    024-83687723罐式罐式VOD炉炉 罐下设有防漏盘，其容量应能容纳全炉钢罐下设有防漏盘，其容量应能容纳全炉钢水和炉渣，以免损坏炉体水和炉渣，以免损坏炉体 较好的密封方式有两种：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炼钢包和罐盖之间设有防溅盖15zhandp@    024-8368772316zhandp@    024-83687723罐式罐式VOD炉炉 优点：优点： 1））罐盖面积较大，易于布置氧枪、加料系统、取样测温装罐盖面积较大，易于布置氧枪、加料系统、取样测温装置、监控系统等；置、监控系统等； 2））罐内可以放置的钢包容量范围较大；罐内可以放置的钢包容量范围较大； 3））易与真空泵连接；易与真空泵连接； 4））钢包上部不带密封法兰，结构比较简单；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（空间（1000~1200mm）；）；易于设置防溅盖；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。

密封法兰较大，罐盖下落时易于对准，较易保证密封缺点：缺点：占地面积较大；真空容积较大，抽气时间较长；真空罐占地面积较大；真空容积较大，抽气时间较长；真空罐结构较大，制造费用也较多结构较大，制造费用也较多17zhandp@    024-83687723桶式桶式VOD炉炉优点：优点：钢桶上可以装设倾动机构；占地面积较小；钢桶上可以装设倾动机构；占地面积较小；真空室容积较小，抽气时间短真空室容积较小，抽气时间短缺点：缺点：为了防止烧坏密封法兰，需要预留较大的为了防止烧坏密封法兰，需要预留较大的自由空间，其值可达自由空间，其值可达1500~2000mm，，从而导从而导致耐火材料和热量消耗增大，使钢包高度和重量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，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一个较难处理的问题18zhandp@    024-836877234.5.3.1. 2 钢包钢包罐式罐式VOD炉炉的钢包不设密封法兰，其自由空间比的钢包不设密封法兰，其自由空间比较小；较小；桶式桶式VOD炉炉为了保持密封设有法兰，而且为了保为了保持密封设有法兰，而且为了保护法兰，其自由空间比前者要加高护法兰，其自由空间比前者要加高25~50%，，当真空管道直接与包盖相连接时，在吹氧和强搅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，往往要求有拌的条件下，往往要求有1.5~2.0m的自由空间，的自由空间，以承受激烈的沸腾。

以承受激烈的沸腾 钢包底部装有钢包底部装有透气砖透气砖，日本有的工厂采用了，日本有的工厂采用了装设装设3~6根根不锈钢管不锈钢管的办法向熔池吹入氩气，以的办法向熔池吹入氩气，以利于搅拌和加速脱碳利于搅拌和加速脱碳19zhandp@    024-836877234.5.3.1. 3 真空泵真空泵 较高的真空度下，容易达到较高的技较高的真空度下，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，会产生大量气进行脱碳时，会产生大量CO气体，必气体，必须及时抽出，所以和其他精炼设备相比，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炉所配的真空泵抽气能力应大一些20zhandp@    024-836877234.5.3.1. 4 氧枪氧枪 在在VOD炉的真空盖上设有吹氧用的氧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：氧枪大体可分为两种类型：1）普通钢管或在钢管上涂耐火材料的）普通钢管或在钢管上涂耐火材料的消耗消耗式氧枪式氧枪（如桶炉上所用的）；（如桶炉上所用的）；2））水冷非消耗式氧枪水冷非消耗式氧枪。

后者又分直管和拉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，寿命很长为它使用起来稳定可靠，寿命很长21zhandp@    024-836877234.5.3.1. 5 加料装置加料装置 一般用于进行脱氧，造渣和对合金成一般用于进行脱氧，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，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中按工艺要求分批将料加入炉内22zhandp@    024-836877234.5.3.1. 6 吹炼终点控制仪表吹炼终点控制仪表 为了控制吹炼过程，一般为了控制吹炼过程，一般采用以氧浓差电池为主，废气温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度计和真空计为辅的废气检测系统 23zhandp@    024-836877234.5.3.1. 7 取样测温装置取样测温装置 取样测温装置对严格控制钢水成分，取样测温装置对严格控制钢水成分，取得合理的工艺参数，研究精炼过程的反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进行过程的电子计算机控制都是不可缺少的。

的 VOD炉精炼过程中钢水喷溅比较激烈，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，是至关重如何保证取样测温具有代表性，是至关重要的24zhandp@    024-836877234.5.3. 2 VOD冶炼工艺冶炼工艺 VOD炉既可以与电弧炉或转炉配合，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，送至其它成分，将钢水倒入钢包内，送至VOD工工位进行脱碳精炼有时可以在位进行脱碳精炼有时可以在VOD内进行脱内进行脱磷处理 在进行脱碳处理时，降下水冷氧枪向在进行脱碳处理时，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底部向钢包内吹氩气进行搅拌25zhandp@    024-83687723 电炉初炼电炉初炼——VOD冶炼工艺冶炼工艺A 电炉初炼电炉初炼 为了更多地利用廉价的高碳为了更多地利用廉价的高碳FeCr，，可增高炉料的配碳可增高炉料的配碳量到量到1.5%。

在熔化炉料方面有两种作法：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）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，尚余是炉料未全部熔化，尚余30%固体炉料即开始脱碳固体炉料即开始脱碳方法一方法一 优点：是铬的烧损小和氧耗量少优点：是铬的烧损小和氧耗量少 缺点：是熔化时间长和电耗高缺点：是熔化时间长和电耗高方法二方法二 其优缺点正好与前者相反其优缺点正好与前者相反26zhandp@    024-83687723 电炉出钢并扒渣后，座包并盖好真空盖，开始抽真空，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下将碳降至0.03%以下。

以下 为了促进脱碳、脱氧及成分、温度均匀化，在吹氧完为了促进脱碳、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用脱氧剂脱氧B VOD操作操作27zhandp@    024-83687723 真空脱碳过程分为三个阶段：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；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；）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）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突然上升到突然上升到104Pa，，立即停止吹氧，同时提高真空度到立即停止吹氧，同时提高真空度到1~4托，利用高真空下钢中氧和碳继续反应，这样既可发托，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，使挥真空碳脱氧的作用，使[O]从从0.05%降到降到0.02%左右，左右，又可使又可使[C]从从0.03~0.04%降到降到0.015%。

28zhandp@    024-83687723VOD炉冶炼炉冶炼304不锈钢工艺流程不锈钢工艺流程电炉熔化粗脱碳C=0.3-0.4%还原脱氧出钢钢包除渣真空吹氧C〈0.02%加冷却剂合金料真空脱气C〈0.02%连铸29zhandp@    024-8368772330。