VD设备及典型钢种的冶炼工艺课件.ppt

1、VD/VOD设备/工艺概述报告内容nVD/VOD简介n二期VD/VOD设备概述n工艺过程控制及基本操作n工装设施VD/VOD简介nVD（Vacuum Degassing）：真空脱气 nVOD（Vacuum Oxygen Decarburization：vacuum+stir+injection oxygen 真空吹氧脱碳：真空+搅拌+吹氧发展历史发展历史二十世纪60年代和70年代，炉外精炼技术形成了真空和非真空两大系列。真空处理：真空处理：u19651965年年西德开发的用于超低碳不锈钢生产的真空吹氧脱碳法（西德开发的用于超低碳不锈钢生产的真空吹氧脱碳法（VODVOD）和和19671967年美

2、国的真空电弧加热去气法年美国的真空电弧加热去气法VADVAD）；）；u19651965年瑞典开发用于不锈钢和轴承钢生产的有电弧加热、电磁搅拌和真空脱气的钢包精炼炉法（年瑞典开发用于不锈钢和轴承钢生产的有电弧加热、电磁搅拌和真空脱气的钢包精炼炉法（ASEA-ASEA-SKFSKF）；）；u 19781978年日本开发用于提高超低碳钢生产效率的年日本开发用于提高超低碳钢生产效率的RHRH吹氧法（吹氧法（RH-OBRH-OB）。）。非真空处理：非真空处理：u19681968年美国开发用于低碳不锈钢生产的氩氧脱碳精炼法（年美国开发用于低碳不锈钢生产的氩氧脱碳精炼法（AODAOD）；）；u1971197

3、1年年日本开发配合超高功率电弧炉，代替电炉还原期对钢水进行精炼的钢包炉（日本开发配合超高功率电弧炉，代替电炉还原期对钢水进行精炼的钢包炉（LFLF）以及后来配套真）以及后来配套真空脱气（空脱气（VDVD）发展起来的）发展起来的LF-VDLF-VD；u喷射冶金技术如喷射冶金技术如19761976年瑞典开发的氏兰法（年瑞典开发的氏兰法（SLSL法），法），19741974年前西德开发的蒂森法（年前西德开发的蒂森法（TNTN法），日本开发的法），日本开发的川崎喷粉法（川崎喷粉法（KIPKIP）；）；u喂合金包芯线技术如喂合金包芯线技术如19761976年日本开发的喂丝法（年日本开发的喂丝法（WFWF

4、）；）；u加盖或加浸渣罩的吹氩技术如加盖或加浸渣罩的吹氩技术如19651965年日本开发的密封吹氩法（年日本开发的密封吹氩法（SABSAB法）和带盖钢包吹氩法（法）和带盖钢包吹氩法（CABCAB法），法），19751975年日本开发的成分调整密封吹氩法（年日本开发的成分调整密封吹氩法（CASCAS法）。法）。真真 空空 处理处理1 1滴流钢包脱气法滴流钢包脱气法22真空浇注法真空浇注法33出钢脱气法出钢脱气法44真空循环脱气法真空循环脱气法 （RHRH）55真空提升脱气法真空提升脱气法 （DHDH）66真空罐脱气真空罐脱气 （FinklFinkl法或法或VDVD）77钢包真空脱气钢包真空脱气

5、（GazadGazad法）法）88真空精炼法真空精炼法 （VODVOD）99真空精炼法真空精炼法 （VODCVODC）1010真空电弧加热真空电弧加热 （VADVAD）1111真空电弧加热法真空电弧加热法 （ASEA-SKFASEA-SKF）1212槽型真空感应炉槽型真空感应炉VD/VOD精炼炉功能和用途n提高了生产效率，缩短了初炼炉的熔炼时间n调整钢中的化学成分n调整浇注温度n吹氧脱碳和升温n脱硫n控制气体溶解量（氧、氢、氮）n控制夹杂（夹杂物的形状和纯净度）n提高机械性能（强度、韧性和延展性能）n不但可以精炼碳含量较高的钢种，而且可以对钢水进行脱碳处理，生产不锈钢等高附加值产品，使精炼工艺

6、具有极大的灵活性主要精炼工艺描述n脱氢：平方根定律 H=KH（PH）1/2 VD炉脱氢处理时间的估算：处理时间：t=V(KHA)ln（H0-H）（Ht-H）式中：V 钢液容积，m3；A 静止渣面面积，m2 KH 脱氢平衡常数，0.15m/min H0 起始氢含量，5ppm Ht 处理后氢含量，1.5ppm H 真空下平衡氢含量，0.2ppmn脱氮：平方根定律 H=KH（PH）1/2 与钢水中的合金元素的含量密切相关，脱氮比较困难，所以尽量减少VD处理前钢水中的含氮量，并延长VD的处理时间。OS均为表面活性物质，阻碍氮的表面化学反应，对真空脱氮有重大影响，其中氧溶解度较小，影响不大，主要是S的影

7、响较大n脱氧：钢中脱氧只是利用溶解氧与钢中存在的碳反映而生成气态的CO C+O=CO（气）质量定律：CO=KCOPCO 影响因素：进真空前温度；破真空温度；真空保持时间；真 空处理时间；Ar气流量；吨钢耗Ar量（马鞍山钢厂）n脱硫：CO分压降低，O浓度降低，为进一步脱 S提供热力学条件n夹杂物变性处理：3Ca+Al2O33CaO+2Al xCaO+yAl2O3(CaO)x(Al2O3)y 喂钙丝，使滞留在钢水中的固态Al2O3夹杂物变性为液态的铝酸钙，并迅速上浮，减少钢水中的夹杂物和氧含量，纯净钢水。VD/VOD炉真空精炼能力炉真空精炼能力:n去氢一般从5ppm脱至1.5ppmn脱氮根据不同钢

8、种去除量大于25%n脱碳和升温超低碳钢和加铝升温n脱氧根据碳氧平衡而定n脱硫接近于渣钢的反应平衡值n有害元素去除去除有较高蒸汽压的元素VDVD(Vacuum Degassing)(Vacuum Degassing)法是将转法是将转炉、电炉的初炼钢水置于真空室中，炉、电炉的初炼钢水置于真空室中，同时钢包底部吹氩搅拌的一种真空同时钢包底部吹氩搅拌的一种真空处理法。可进行脱碳、脱气、脱硫、处理法。可进行脱碳、脱气、脱硫、去除杂质、合金化和均匀钢水温度、去除杂质、合金化和均匀钢水温度、成分等处理。其主要设备由真空系成分等处理。其主要设备由真空系统、真空罐系统、真空罐盖车及加统、真空罐系统、真空罐盖车及

9、加料系统组成。适于生产各种合金结料系统组成。适于生产各种合金结构钢、优质碳钢和低合金高强度钢。构钢、优质碳钢和低合金高强度钢。在在VDVD炉上增加顶吹氧系统，构成炉上增加顶吹氧系统，构成VODVOD炉。此法可以完成真空吹氧脱碳炉。此法可以完成真空吹氧脱碳的功能，适宜冶炼低碳钢和低碳不的功能，适宜冶炼低碳钢和低碳不锈钢。锈钢。工艺过程控制及操作工艺过程控制及操作VD工艺流程整体工艺流程：电炉 LF炉精炼 VD真空处理 喂丝 连铸 VD处理前的要求 处理前必须测温取样，温度控制要充分考虑整个处理过程的温降；除Ti、B、Al、Ca等元素外，其余合金元素的成分要在LF调整好；在LF完成造渣任务，渣量、

10、还原性及流动性都要满足VD罐的处理要求；钢包自由空间要保持在800-1000mm以上；对于生产低氮钢钢种和低硫的钢种，VD前铝要控制在上限；近VD前，钢种锰、硅、铬含量应在目标中限，因为以上元素VD处理过程中根据钢种不同出现氧化或还原现象；进入VD前，钢包渣不宜过黏，否则加少量萤石、预熔渣稀释；底吹氩不良的钢包严禁进入VD处理；VD处理操作n真空度的时间控制n处理过程中的吹氩控制n温度控制n成分控制n脱氢、脱氧工艺一.真空度的时间控制目标氮含量/%最短高真空保持时间/min0.0095-100.008130.0065150.006180.005200.00423对超低硫、低氮和氢钢种，适当延长

11、；对高碳钢，适当缩短；对高铬钢，适当延长二.处理过程的吹氩控制处理阶段吹氩流量,L/min开始抽气时100真空室压力180kPa200真空度达到90kPa300真空度2.5kPa400真空度500Pa增大吹氩量，有利于抑制溢渣处理结束，破真空前200真空盖打开前80（不裸露钢液）注：1.抽真空初期观察渣面情况，若有溢渣，当即退泵；2.整个过程中，观察钢液面，使钢液面裸露逐渐由300mm增大到500mm三三.温度控制温度控制1nssvvwwiidiTCtCtCtCmTLF终点控制温度：温度的控制包括：VD工位等待温降速度为0.5/min。搅拌及抽真空期间，温降按1.5-1.7/min计算。合金料

12、及渣料对温降的影响；禁止VD结束后通过大氩量搅拌来进行温度调节。若需降温调节温度，必要是可重新进行VD的短时间抽气；如加入合金量较多，则需考虑合金量对温降的影响；四四.成分控制成分控制nVD处理的钢种达到高真空10min后可进行合金微调，处理结束后5min前合金加入完毕；nVD处理的钢种如需加入Ti、B等易氧化合金的钢种，则应推迟合金微调的时间至高真空结束前3min进行五.脱气n脱氢、脱氮n操作影响因素：吹氩控制；真空度和真空保温时间控制；碳含量影响，碳量越高则脱氮率越高；降低钢种硫含量可适当提高托氮率；含有钒、铬元素的钢种，托氮率有一定范围；提高喂丝速度，控制增氮；n脱氧 C+O=CO（气）

13、质量定律：CO=KCOPCO n操作要点：钢水进入真空室以前，要进行充分的脱氧，即白渣状态下才能够进入真空室处理，以减少真空处理时间；真空处理时间与脱氧率关系。高真空条件下，真空时间越长，脱氧率越高。低真空条件下，处理时间增加，脱氧率增加不明显，甚至出现氧化量增加；合理的吹氩控制；钢种酸溶铝的量越高，钢中氧含量越低有效脱气的要点n进泵时间进泵时间：从大气压力到真空工作压力（低于67Pa）时间越短，全程处理时间就越短，能量损失越少，钢水的温度得到有效保障；n真空工作最终压力真空工作最终压力：真空压力越低，脱气效率越高；n熔池搅拌强度熔池搅拌强度：调整至最大便于有效脱硫去夹杂n脱气时间脱气时间：在

14、最低压力下根据反应平衡计算所需的脱气时间；钢水中氢和氧的平衡吸氢途径n脱气后水分来源：保温剂；钢包耐火材料；中间包耐材；n气相-渣：1.在CaO-SiO2系中，单硅酸盐的水蒸气溶解度最低，无论增加CaO还是SiO2，水蒸气溶解度都增高，特别是呈碱性时显著地增加。2.在CaO-SiO2系渣中，如果添加Al2O3,则水蒸气溶解度增加；3.碱性成分中，按照Mg2+Ca2+St2+Ba2+的顺序，即随着离子半径的增大，水蒸气溶解度增加；4.在钢包精炼和夹杂物形态控制中使用的CaO-Al2O3系，比CaO-SiO2系的水蒸气溶解度高，特别是呈碱性时显著地增加。n渣-钢水：氢氧基按（OH）=H+O反应转移

15、到钢水中，氢更易于 从渣中转入脱氧后的钢水；n有效方法：减少渣量，不提高碱度，降低Al2O3含量，使用MgO代替CaO 例：与大气平衡的铁液中的C=2%，Ti=2%，H=1.010-3%，欲使H下降到0.110-3%，试问需要采取多大的真空度，T=1600。关于脱氢时间的计算VD精炼需考虑问题n真空度问题：真空度对应气体的最终含量n温降问题：一般认为脱气过程中温降2-3/min，在初炼炉或精炼炉中考虑温度因素n脱氧效率的影响因素：进真空前温度；破真空温度；真空保持时间；真空处理时间；Ar气流量；吨钢耗Ar量（马鞍山钢厂）VD前的精炼工艺要点n电炉采用氧化法，原料采用n精炼工艺：吊包入罐；启动吹氩；测温取样；盖真空罐盖；开启真空泵；调节真空度和吹氩强度；保持真空；氮气破真空；移走罐盖；测温取样；喂丝微调成分；停吹氩；吊包出站。