VOD爐精煉不銹鋼真空度調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化

　　VOD爐精煉不銹鋼時，鋼液入爐時C、Si含量過高是導致吹氧過程噴濺事故的直接原因。依據(jù)生產(chǎn)實踐，提出兩種降低噴濺事故產(chǎn)生幾率的優(yōu)化真空度調(diào)節(jié)方式，即延長2×10⁴Pa保壓時間；3×10⁴Pa和2×10⁴Pa兩段式保壓。當入爐鋼液C≥0.65%、Si≥0.20%時，采用優(yōu)化后的真空度調(diào)節(jié)方式，能夠有效地預防吹氧過程的噴濺事故，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，其精煉過程包括吹氧脫碳和還原脫氣2個階段。吹氧脫碳階段真空度調(diào)節(jié)對于提高脫碳冶煉質(zhì)量和效率、避免鋼液噴濺等都起著至關(guān)重要的作用。

1、吹氧制度中真空度的調(diào)節(jié)

　　(1)某鋼廠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(nèi)，溫度T≥1615℃時，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示意圖1。

圖1　理想條件下真空度調(diào)節(jié)示意圖

　　(2)理想的VOD爐吹氧冶煉過程為：開泵抽真空→降真空至2×10⁴Par保壓→VOD泵(E5A→E4A)開極限真空→轉(zhuǎn)VD泵(E3→E2→E1)極限真空→停泵放氣。此時真空調(diào)節(jié)的主要功能是促進爐內(nèi)碳氧反應最大程度的進行，同時抑制Cr的氧化，從而進一步完成VOD精煉不銹鋼的脫碳保鉻任務。經(jīng)驗公式給出當爐內(nèi)C含量為0.25%時，真空度2×10⁴Pa保壓結(jié)束轉(zhuǎn)成極限抽真空，根據(jù)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，碳氧反應能力增強。

2、C、Si含量過高與發(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)。在實際生產(chǎn)中入爐鋼液不同C、Si含量發(fā)生噴濺事故的統(tǒng)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含量過高引起，當wC≥0.65%、wSi≥0.22%時，隨著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，為避免噴濺事故原則上是不允許入爐吹氧的，同時出鋼量加大后，使得包中自由空間縮小，僅有800mm左右，更是加大了噴濺概率。所以吹氧過程對于真空度的調(diào)節(jié)，基本上都是圍繞如何降低噴濺產(chǎn)生概率所展開的。在預防噴濺事故前提下，脫碳保鉻任務才能進一步完成。對于降低噴濺的措施，通過各種操作保持爐內(nèi)反應強度的均勻性和穩(wěn)定性是相當重要的。

3、C、Si含量過高時的真空調(diào)節(jié)方式

圖3　優(yōu)化真空調(diào)節(jié)方式示意圖

　　(1)當入爐鋼液0.65%≤wC≤0.80%、0.20%≤wSi≤0.30%時，可以通過適當延長2×10⁴Pa保壓時間來預防噴濺事故，完成脫碳保鉻任務。此時真空調(diào)節(jié)示意圖見圖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，吹氧冶煉耗氧量增多，增長冶煉時間。此條件下吹氧，鋼液C、Si與氧的化學反應劇烈進行，適當延長2×10⁴Pa保壓時間，保證爐內(nèi)反應強度的均勻性。等到爐內(nèi)氧化反應劇烈程度呈下降趨勢時(一般通過MTA中CO分析曲線確定)，再進入極限真空階段。此方法在入爐C、Si含量稍高于理想入爐條件時，就能夠防止發(fā)生噴濺現(xiàn)象。

　　(2)當鋼液入爐wC≥0.80%、wSi≥0.30%時，在該條件下吹氧冶煉，爐內(nèi)氧化反應過于劇烈，使得鋼液面劇烈沸騰，鋼液表面與內(nèi)部溫度不均、爐中CO排除過快，極易導致噴濺事故。實際生產(chǎn)時，通過圖3(b)所示真空調(diào)節(jié)方式，減緩爐內(nèi)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保壓兩個階段。由于爐內(nèi)氣壓越低，氧化反應越劇烈，所以，當鋼液入爐C、Si含量過高時，可以通過3×10⁴Pa保壓操作適當延緩爐內(nèi)的氧化反應劇烈程度，然后再轉(zhuǎn)換到2×104Pa保壓操作。同樣依據(jù)MTA中CO曲線，判斷爐內(nèi)反應趨勢，進一步調(diào)節(jié)真空各個節(jié)點的變化時機。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%時的吹氧脫碳過程中。

4、結(jié)論

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

　　(2)通過實踐證明，C、Si含量過高時采用優(yōu)化的真空調(diào)節(jié)方式能夠有效降低吹氧過程的噴濺事故。