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VODC法

VODC法(Vacuum Oxygen-Argon Decarburization Converter),是转炉真空吹氧脱碳法的简称。是德国于1976年开发的,其目的主要在降低AOD法冶炼不锈钢过程的巨大氩耗量(15~20m3/t)。

从世界范围来看,铸钢生产上采用炉外精炼技术,是以冶金工业的发展为基础的。目前国内外在铸钢生产方面应用较多的是氩氧脱碳精炼(AOD)法,其次是真空氩氧脱碳精炼(VOD)法以及由这两种方法结合而成的真空氩氧脱碳转炉(VODC)法。钢包喷粉精炼(SL)法也逐渐被引入到铸钢行业中来。我国近15年来,在铸钢生产中也愈来愈多地采用炉外精炼技术。

在一些生产铸钢件的厂家中,已有近10台AOD精炼设备已经建成投产或正在建造之中一。这些精炼设备主要是用来生产不锈钢铸件的。VOD和VODC精炼设备在铸钢行业中也有应用,其中有容量达100t的大型VOD炉,也有容量为3t的小VOD炉,还有容量为5.5t的VODC炉。此外,在重型机器制造厂中,有采用容量为20t的钢包电弧加热(LF)精炼炉的,也有采用钢包喷粉精炼炉的,用于生产大型铸钢件。可以预料,今后将会有更多的精炼工艺和设备,在我国的铸钢生产行业中得到应用。

真空氧氩脱碳转炉精炼法一般简称为VODC(Vacuum Oxygen-Argon DecarburizationConverter)法。VODC精炼方法所用的设备实际上是VOD炉与AOD炉的结合,也可说是AOD炉(或VOD炉)的变种。

VODC精炼法所用的设备见下图。

其容器的形状和炉体转动装置与AOD炉基本相同。不同之处是这种方法采用从容器底部吹氩。而从顶部吹氧。此外,在容器的上方有一个可以移动的真空罩。当需要对容器抽吸真空时,可将容器转至竖直位置,将真空罩平移至容器口的位置,然后将罩压紧在容器口上,实现罩与容器之间的密封,然后抽吸真空。当不需要抽真空时,可将真空罩从容器口处松开,并将罩移走。

VODC法的精炼过程可大体分为两个阶段:

前一阶段是在不加真空条件下进行氧氩脱碳的过程,待钢液含碳量接近(稍高于)钢的规格成分要求时,将真空罩盖上,进行后一阶段。即在真空条件下,进行吹氩精炼,进一步清除钢液中的气体和非金属夹杂物,并将超过规格的一小部分含碳量氧化掉。在添加合金进行钢的化学成分调整后,即可松开和移走真空罩,倾炉出钢。

这种方法特别适用于冶炼低合金钢。VODC法在生产应用方面比VOD法更为灵活和方便。这种精炼方法目前在铸钢生产方面应用得还较少,但可以预料,它在今后会得到更多的应用。

1、提高钢的纯净度

铸钢件的内在质量与钢液的纯净度有很大的关系。近年来,国内外在生产高强度钢和超高强度钢方面,日益强调对钢中气体和非金属夹杂物的控制,提出了“清洁钢”的要求。在一般的炼钢方法中,为了清除钢液中的气体和夹杂物,是利用脱碳反应形成的钢液沸腾,而为此就需要使钢液强烈氧化,而下一步为了除去钢液中残留的大量的氧[FeO],就需要将钢液进行脱氧,并因此又产生大量的夹杂物,这是在一般炼钢方法中难以解决的矛盾。采用炉外精炼方法,以真空和惰性气泡来代替一氧化碳气泡的作用来实现精炼的过程,从而免除了采用脱氧剂进行脱氧的工艺要求,这就从根本上改革了炼钢的工艺,而所炼得的钢液在纯净度方面大幅度提高,因而钢的力学性能,特别是韧性有很大的改善。

2、减少合金元素的烧损

在采用电弧炉(平炉等)与炉外精炼相结合的炼钢工艺方法中,合金元素(铁合金、纯金属),一般都是在炉外精炼过程中加入的。在真空或惰性气体作用下,合金元素的损耗极轻微,因而合金元素的收得率极高。同时也便于准确控制钢的化学成分。

3、为冶炼超低碳钢开辟了途径

在一般的炼钢条件下,钢的含碳量难以降得很低。这是由于在钢液中存在有碳一氧平衡关系。如果要钢的含碳量很低,则钢中的含氧量必然会很高。而这将会加重还原期脱氧的负担,并使钢的质量恶化。采用炉外精炼,依靠真空和惰性气体的作用,可以作到既要降碳,又不增氧,因而从根本上解决了低碳(C<0.06-)型和超低碳(C<0.03-)型钢种的冶炼问题。这就为生产例如工业纯铁、电工用硅钢和超低碳不锈钢等含碳极低的钢种,提供了良好的工艺条件和对质量的可靠保证。

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