VOD爐精煉不銹鋼真空度調節方式的優(yōu)化

　　VOD爐精煉不銹鋼時(shí)，鋼液入爐時(shí)C、Si含量過(guò)高是導致吹氧過(guò)程噴濺事故的直接原因。依據生產(chǎn)實(shí)踐，提出兩種降低噴濺事故產(chǎn)生幾率的優(yōu)化真空度調節方式，即延長(cháng)2×10⁴Pa保壓時(shí)間；3×10⁴Pa和2×10⁴Pa兩段式保壓。當入爐鋼液C≥0.65%、Si≥0.20%時(shí)，采用優(yōu)化后的真空度調節方式，能夠有效地預防吹氧過(guò)程的噴濺事故，提高VOD冶煉質(zhì)量和效率。

　　VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)真空吹氧脫碳工藝，是采用真空設備降低脫碳反應的CO分壓，從而提高脫碳效率的不銹鋼爐外精煉工藝，由于在真空條件下很容易將鋼液中的碳去除到很低的水平，因此，該精煉方法主要用于超純、超低碳不銹鋼和合金的二次精煉。VOD爐精煉不銹鋼的核心功能是鋼液的脫碳保鉻，其精煉過(guò)程包括吹氧脫碳和還原脫氣2個(gè)階段。吹氧脫碳階段真空度調節對于提高脫碳冶煉質(zhì)量和效率、避免鋼液噴濺等都起著(zhù)至關(guān)重要的作用。

1、吹氧制度中真空度的調節

　　(1)某鋼廠(chǎng)VOD精煉不銹鋼的工藝流程為：EAF+LF+VOD(+VHD)或EF+VOD(+VHD)。當C、Si含量分別在0.40%~0.65%、0.12%~0.20%范圍內，溫度T≥1615℃時(shí)，是生產(chǎn)中理想的入VOD吹氧的鋼液條件。此條件下對應的吹氧真空制度見(jiàn)示意圖1。

圖1　理想條件下真空度調節示意圖

　　(2)理想的VOD爐吹氧冶煉過(guò)程為：開(kāi)泵抽真空→降真空至2×10⁴Par保壓→VOD泵(E5A→E4A)開(kāi)極限真空→轉VD泵(E3→E2→E1)極限真空→停泵放氣。此時(shí)真空調節的主要功能是促進(jìn)爐內碳氧反應最大程度的進(jìn)行，同時(shí)抑制Cr的氧化，從而進(jìn)一步完成VOD精煉不銹鋼的脫碳保鉻任務(wù)。經(jīng)驗公式給出當爐內C含量為0.25%時(shí)，真空度2×10⁴Pa保壓結束轉成極限抽真空，根據真空吹氧脫碳原理，在真空條件下使CO分壓降低，有利于碳氧反應式[C]+[O]={CO}向生成CO方向移動(dòng)，碳氧反應能力增強。

2、C、Si含量過(guò)高與發(fā)生噴濺事故的關(guān)系

　　VOD爐吹氧冶煉前期，C、Si劇烈的氧化反應所造成的鋼液沸騰、CO氣體排除不均以及熔池上漲是產(chǎn)生噴濺事故的直接原因。吹氧噴濺事故的危害，輕則造成鋼液損失，重則造成設備損壞影響正常生產(chǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中入爐鋼液不同C、Si含量發(fā)生噴濺事故的統計概率趨勢如圖2。

圖2　VOD精煉入爐C、Si含量與噴濺概率的關(guān)系圖

　　圖2中的噴濺事故均由C、Si含量過(guò)高引起，當wC≥0.65%、wSi≥0.22%時(shí)，隨著(zhù)C、Si含量的增加，噴濺事故發(fā)生概率將急劇上升。對于VOD爐生產(chǎn)，當鋼液wC≥0.80%、wSi≥0.30%時(shí)，為避免噴濺事故原則上是不允許入爐吹氧的，同時(shí)出鋼量加大后，使得包中自由空間縮小，僅有800mm左右，更是加大了噴濺概率。所以吹氧過(guò)程對于真空度的調節，基本上都是圍繞如何降低噴濺產(chǎn)生概率所展開(kāi)的。在預防噴濺事故前提下，脫碳保鉻任務(wù)才能進(jìn)一步完成。對于降低噴濺的措施，通過(guò)各種操作保持爐內反應強度的均勻性和穩定性是相當重要的。

3、C、Si含量過(guò)高時(shí)的真空調節方式

圖3　優(yōu)化真空調節方式示意圖

　　(1)當入爐鋼液0.65%≤wC≤0.80%、0.20%≤wSi≤0.30%時(shí)，可以通過(guò)適當延長(cháng)2×10⁴Pa保壓時(shí)間來(lái)預防噴濺事故，完成脫碳保鉻任務(wù)。此時(shí)真空調節示意圖見(jiàn)圖3(a)。

　　鋼液C、Si含量是計算耗氧量的主要元素。當入爐鋼液C、Si含量高時(shí)，吹氧冶煉耗氧量增多，增長(cháng)冶煉時(shí)間。此條件下吹氧，鋼液C、Si與氧的化學(xué)反應劇烈進(jìn)行，適當延長(cháng)2×10⁴Pa保壓時(shí)間，保證爐內反應強度的均勻性。等到爐內氧化反應劇烈程度呈下降趨勢時(shí)(一般通過(guò)MTA中CO分析曲線(xiàn)確定)，再進(jìn)入極限真空階段。此方法在入爐C、Si含量稍高于理想入爐條件時(shí)，就能夠防止發(fā)生噴濺現象。

　　(2)當鋼液入爐wC≥0.80%、wSi≥0.30%時(shí)，在該條件下吹氧冶煉，爐內氧化反應過(guò)于劇烈，使得鋼液面劇烈沸騰，鋼液表面與內部溫度不均、爐中CO排除過(guò)快，極易導致噴濺事故。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)圖3(b)所示真空調節方式，減緩爐內氧化反應的劇烈程度，降低噴濺事故的產(chǎn)生概率。

　　圖3(b)中所示，真空度分為3×104Pa和2×104Pa保壓兩個(gè)階段。由于爐內氣壓越低，氧化反應越劇烈，所以，當鋼液入爐C、Si含量過(guò)高時(shí)，可以通過(guò)3×10⁴Pa保壓操作適當延緩爐內的氧化反應劇烈程度，然后再轉換到2×104Pa保壓操作。同樣依據MTA中CO曲線(xiàn)，判斷爐內反應趨勢，進(jìn)一步調節真空各個(gè)節點(diǎn)的變化時(shí)機。此種方法能夠有效降低噴濺事故�？梢杂糜谌霠t鋼液0.65%≤wC≤0.80%、0.20%≤wSi≤0.30%時(shí)的吹氧脫碳過(guò)程中。

4、結論

　　(1)VOD爐精煉不銹鋼過(guò)程中，真空度的調節直接影響冶煉質(zhì)量和效率。鋼液入VOD爐的C、Si含量過(guò)高是導致吹氧過(guò)程噴濺事故的直接原因。

　　(2)通過(guò)實(shí)踐證明，C、Si含量過(guò)高時(shí)采用優(yōu)化的真空調節方式能夠有效降低吹氧過(guò)程的噴濺事故。