冶金行业VOD精炼法详解

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1、VOD精炼法详解2010年9月不锈钢炉外精炼(以18－8型低碳不锈钢的炉外精炼为例，详解VOD法）目录:1、VOD法2、VOD法设备3、工艺流程图解4、操作工艺5、真空氧气脱碳精炼工艺分析6、VOD工艺效果及存在问题7、AOD法与VOD法比较1、真空氧气脱碳（VOD）法（vacuumoxygendecarburization）一种在真空条件下吹氧脱碳并吹氩搅拌生产高铬不锈钢的炉外精炼技术。是真空吹氧脱碳法的简称，VOD法是在真空减压条件下顶吹氧气脱碳，并通过包底吹氩促进钢液循环，在冶炼不锈钢时能容易的把钢中碳降到0.02％～

2、0.08％范围内而几乎不氧化铬。并对钢液进行真空处理，加上氩气的搅拌作用，反应的动力学条件很有利，能获得良好的去气、去夹杂物的效果。1965年联邦德国EdelstahlwerkWitten公司于1965年开发的(50tVOD炉)。世界VOD炉的总数已有50台以上，容量在5～150t之间，最大的是日本新日铁八幡制铁厂的150tVOD炉。中国采用VOD法精炼虽起步较晚(1978年在大连)，但也有了一定的基础和规模，除大连外，重庆、上海、抚顺、西宁、北京等均先后建有VOD炉，并各自取得了具有本厂特色的经验。2、VOD法的设备由真空

3、罐、真空泵、钢包、氧枪、加料系统及取样、测温装置和终点控制仪表等组成。(见图1)充足的蒸汽、水、氧气和氩气来源，高质量的耐火材料，适用的扒渣工具及高效率的钢包烘烤装置也是保证VOD炉正常生产的必要条件。1一氧枪；2一取样、测温13一热电偶；4一氩气5一钢包；6一合金料仓}7一罐盖；8一防溅盖9一废气排出0；10一废气温度测量；ll一真空罐；12一滑动水0；13一冷却水泵；14一EMK电池；15一循环泵（图1）VOD炉(罐式)设备概观真空罐VOD炉有两种型式：钢包置于真空罐内进行精炼的罐式和在钢包上直接加真空盖的桶式。罐式VO

4、D炉有许多优点：罐盖面积大，易于布置不同用途的装置；罐内可容纳大小不同的钢包；易与真空泵连接；钢包上部不必带法兰，结构简单且可以使用较小的自由空间；易于设置防溅盖；真空罐密封法兰较大，罐盖落下时易于对准，较易保证密封等。由此罐式VOD炉得到较大的发展。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。大连钢厂的VOD炉采用将防溅盖悬挂于罐盖下部的结构，其优点是闭罐时防溅盖随罐盖下落，可以自动地对准中心盖于钢包上，简化了盖罐操作。此外罐底还设有可容纳钢水和炉渣的防漏盘，以防漏钢烧坏真空罐。钢包罐式VOD炉与桶式V

5、OD炉的钢包是有区别的：前者的钢包不设密封法兰，其自由空间因钢包容量不同波动于610～1400mm之间；而后者为了保持密封设有法兰，且自由空间比前者要加高25％～50％，即要有1500～2000mm的自由空间以承受激烈的搅拌和沸腾。VOD炉的包衬承受温度较高，钢液搅动激烈，它经受的化学侵蚀和机械冲刷也比其他炉外精炼方法的更为严重，故对包衬耐火材料的选择应特别严格，多采用镁铬砖式镁白云石砖，其包衬寿命一般为25～30炉，最高可达100炉。为了加速脱碳，透气砖装于钢包底部中心部位，以便上涌的氩气泡将钢水面的炉渣推向包壁，使新鲜钢

6、液暴露于氧气射流之下。真空泵较高的真空度易于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，故与其他精炼设备相比．VOD炉所配的真空泵抽气能力较大一些。对真空系统的除尘也要采取相应措施加以解决。氧枪设在VOD炉的真空盖上，通过活动密封装置插入真空室内。氧枪有两种类型，一种是在钢管上涂耐火材料的消耗式氧枪，为ASEA—SKl7精炼炉所用；VOD炉多采用水冷式非消耗氧枪，喷嘴为拉瓦尔式。当氧气压力为0．49～0．59MPa，氧枪设计马赫数为3，扩张半角为5。时，吹氧过程是十分平稳的

7、。氧枪距钢水面高度对13tVOD炉约为1．0m左右，而对50tVOD炉则为1．4～1．8m。由于这种氧枪喷出的氧气射流速度为超音速，在入口压强不高的条件下也可以获得较大的射流全压，因而允许在氧气压强较低和离钢水面较远的情况下吹氧，这不仅对提高氧枪寿命有益，对不易获得高压氧气的特殊钢厂，采用它也是极为适宜的。终点控制仪表一般采用氧浓差电池为主，废气温度和真空计为辅的废气检测系统。氧浓差电池控制吹炼过程的原理是：式中R为气体常数，8．315J／mol•℃；T为绝对温度，K；F为法拉第常数，96500C／mol；E为固体电池的电势

8、，1000mV。根据上式，废气中氧的分压PO2(废)愈低，则电池电势E愈大；PO2(废)愈高，则电池电势愈小，当PO2(废)=0．021MPa时，E就变为零(因为PO2(空)=0．021MPa)、PO2(废)>0．021MPa时，E变为负值。由于吹氧过程中产生大量CO会改变PO2(废)，脱