真空脱气和真空吹氧脱
C 的精练操作
真空脱气(
VD)和真空吹氧脱 C(VOD)已开发成功并利用它在熔化炉外进行了精炼
操作。
VD/VOD 系统的优势是可在一台设备中完成所有的冶金步骤。2008 年,一台 150t
VD/VOD 新设备在 TK AST 钢厂投入使用。它可生产多种锻造钢,主要生产铁素体不锈钢,
其中包括某些优质铁素体不锈钢。
1 优质铁素体钢
优质铁素体钢是
20 世纪 70 年代发展起来的一种新型材料。它具有铁素体显微结构、极
低含量的
C+N、11%~30%Cr 以及不同含量的钼、钛、镍和其他合金元素。这种优质铁素体钢可
代替昂贵的优质合金或钛合金,并在许多领域得以应用。
目前,铁素体钢已经广泛用于各行各业。首先是用于接近海岸发电厂的热交换器和各种近海
设备;其次是化工行业的运输容器和食品工业,太阳能电池和锂电池;特别值得一提的是
用于电动汽车催化剂转换器以及其他各种不同行业。由于镍价猛涨,在某些地方铁素体钢已
经代替了高价的奥氏体钢不锈钢。
优质铁素体钢二次冶金追求两个基本目标:一是在各种情况下使钢中的
C 和 N 含量降
至最低;二是用最经济和最有效的方法实现此目标。为此,在真空条件下采用强制脱
C 相
对比较容易实现上述目标。特别是初始含
C 量较高,直至到达临界含 C 量之前的短暂时刻,
脱
C 反应极易发生且速度极快。对脱 C 反应速度进行最后限制也仅需通过真空泵抽力和钢
包内的适用空间高度即可完成。研究指出,去
N2 反应速度由 N 原子扩散到钢液/气体表面间
的速度和反应生成物也就是
N2 的脱离速度所决定。有效的脱 N2 反应表面积的大小在很大
程度上取决于真空压力和从容器底部搅拌气体及脱
C 反应生成的气泡上升数量的多少和大
小,也就是从钢液
“沸腾”上浮气泡的多少与大小。此外,反应表面活性元素例如 O2 和 S 的
存在也不利于去
N2。由此可见,去 N2 反应最容易在吹 O2 开始时发生。这是因为刚吹 O2 时,
脱
C 生成的 CO 在强烈搅拌增大反应面的同时也降低了钢液面上方的 N2 分压,加上高 C 含
量降低了表面活性元素
O2 的结果。
为了达到最高的脱
C 速度,从而实现最高的脱 N2 速度以保证在短时间内完成二次冶
金处理,
20 世纪 70 年代,钢厂开发成功一种叫做强烈搅拌 SS-VOD 工艺。其特点是依靠非
常高的初始含
C 量(0.8%~1.2%或更高 2.0%)和特别高的底吹气 10L~40L/t·min(s.t.p)搅
拌以及相应较高的钢包净空高度(
1.8m~2.0m)。然而今天,多数钢厂已不再使用这一极端
的操作工艺。
当前,生产铁素体钢的常用路线是所谓的
“三步法”,即 EAF-AOD-VOD 路线。这种生
产路线中,电炉的任务是熔化炉料、脱
C 和还原炉渣中的 Cr。由于 AOD 装置内腔尺寸具有
良好的几何比例,所以,它也担负着主要的脱
C 任务和炉渣还原。从 AOD 装置出钢后去除
还原渣和加入合金。紧接着在
VOD 中经顶吹 O2 完成脱 C 同时降低真空罐压力,完成温度
调整和分析。
就理论而言,采用二步法即
EAF-VOD 路线也可冶炼铁素体钢。但是必须具有很高的初
始含
C 量才能实现钢中的最低含 N 量。因而,为达此目的,VOD 装置不得不进行多次循环