VOD炉精炼不锈钢真空度调节方式的优化

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)广西工业职业技术学院 作者:张勤

  VOD炉精炼不锈钢时,钢液入炉时C、Si含量过高是导致吹氧过程喷溅事故的直接原因。依据生产实践,提出两种降低喷溅事故产生几率的优化真空度调节方式,即延长2×104Pa保压时间;3×104Pa和2×104Pa两段式保压。当入炉钢液C≥0.65%、Si≥0.20%时,采用优化后的真空度调节方式,能够有效地预防吹氧过程的喷溅事故,提高VOD冶炼质量和效率。

  VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)真空吹氧脱碳工艺,是采用真空设备降低脱碳反应的CO分压,从而提高脱碳效率的不锈钢炉外精炼工艺,由于在真空条件下很容易将钢液中的碳去除到很低的水平,因此,该精炼方法主要用于超纯、超低碳不锈钢和合金的二次精炼。VOD炉精炼不锈钢的核心功能是钢液的脱碳保铬,其精炼过程包括吹氧脱碳和还原脱气2个阶段。吹氧脱碳阶段真空度调节对于提高脱碳冶炼质量和效率、避免钢液喷溅等都起着至关重要的作用。

1、吹氧制度中真空度的调节

  (1)某钢厂VOD精炼不锈钢的工艺流程为:EAF+LF+VOD(+VHD)或EF+VOD(+VHD)。当C、Si含量分别在0.40%~0.65%、0.12%~0.20%范围内,温度T≥1615℃时,是生产中理想的入VOD吹氧的钢液条件。此条件下对应的吹氧真空制度见示意图1。

理想条件下真空度调节示意图

图1 理想条件下真空度调节示意图

  (2)理想的VOD炉吹氧冶炼过程为:开泵抽真空→降真空至2×104Par保压→VOD泵(E5A→E4A)开极限真空→转VD泵(E3→E2→E1)极限真空→停泵放气。此时真空调节的主要功能是促进炉内碳氧反应最大程度的进行,同时抑制Cr的氧化,从而进一步完成VOD精炼不锈钢的脱碳保铬任务。经验公式给出当炉内C含量为0.25%时,真空度2×104Pa保压结束转成极限抽真空,根据真空吹氧脱碳原理,在真空条件下使CO分压降低,有利于碳氧反应式[C]+[O]={CO}向生成CO方向移动,碳氧反应能力增强。

2、C、Si含量过高与发生喷溅事故的关系

  VOD炉吹氧冶炼前期,C、Si剧烈的氧化反应所造成的钢液沸腾、CO气体排除不均以及熔池上涨是产生喷溅事故的直接原因。吹氧喷溅事故的危害,轻则造成钢液损失,重则造成设备损坏影响正常生产。在实际生产中入炉钢液不同C、Si含量发生喷溅事故的统计概率趋势如图2。

VOD精炼入炉C、Si含量与喷溅概率的关系图

图2 VOD精炼入炉C、Si含量与喷溅概率的关系图

  图2中的喷溅事故均由C、Si含量过高引起,当wC≥0.65%、wSi≥0.22%时,随着C、Si含量的增加,喷溅事故发生概率将急剧上升。对于VOD炉生产,当钢液wC≥0.80%、wSi≥0.30%时,为避免喷溅事故原则上是不允许入炉吹氧的,同时出钢量加大后,使得包中自由空间缩小,仅有800mm左右,更是加大了喷溅概率。所以吹氧过程对于真空度的调节,基本上都是围绕如何降低喷溅产生概率所展开的。在预防喷溅事故前提下,脱碳保铬任务才能进一步完成。对于降低喷溅的措施,通过各种操作保持炉内反应强度的均匀性和稳定性是相当重要的。

3、C、Si含量过高时的真空调节方式

优化真空调节方式示意图

图3 优化真空调节方式示意图

  (1)当入炉钢液0.65%≤wC≤0.80%、0.20%≤wSi≤0.30%时,可以通过适当延长2×104Pa保压时间来预防喷溅事故,完成脱碳保铬任务。此时真空调节示意图见图3(a)。

  钢液C、Si含量是计算耗氧量的主要元素。当入炉钢液C、Si含量高时,吹氧冶炼耗氧量增多,增长冶炼时间。此条件下吹氧,钢液C、Si与氧的化学反应剧烈进行,适当延长2×104Pa保压时间,保证炉内反应强度的均匀性。等到炉内氧化反应剧烈程度呈下降趋势时(一般通过MTA中CO分析曲线确定),再进入极限真空阶段。此方法在入炉C、Si含量稍高于理想入炉条件时,就能够防止发生喷溅现象。

  (2)当钢液入炉wC≥0.80%、wSi≥0.30%时,在该条件下吹氧冶炼,炉内氧化反应过于剧烈,使得钢液面剧烈沸腾,钢液表面与内部温度不均、炉中CO排除过快,极易导致喷溅事故。实际生产时,通过图3(b)所示真空调节方式,减缓炉内氧化反应的剧烈程度,降低喷溅事故的产生概率。

  图3(b)中所示,真空度分为3×104Pa和2×104Pa保压两个阶段。由于炉内气压越低,氧化反应越剧烈,所以,当钢液入炉C、Si含量过高时,可以通过3×104Pa保压操作适当延缓炉内的氧化反应剧烈程度,然后再转换到2×104Pa保压操作。同样依据MTA中CO曲线,判断炉内反应趋势,进一步调节真空各个节点的变化时机。此种方法能够有效降低喷溅事故。可以用于入炉钢液0.65%≤wC≤0.80%、0.20%≤wSi≤0.30%时的吹氧脱碳过程中。

4、结论

  (1)VOD炉精炼不锈钢过程中,真空度的调节直接影响冶炼质量和效率。钢液入VOD炉的C、Si含量过高是导致吹氧过程喷溅事故的直接原因。

  (2)通过实践证明,C、Si含量过高时采用优化的真空调节方式能够有效降低吹氧过程的喷溅事故。

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