VAD法(即鋼包真空電弧加熱脫氣法),由美國A.Finkl&Sons公司和摩爾公司于1967年共同研究發明。也稱Finkl-VAD,前西德又稱為VHD法。與ASEA-SKF法基本相同,這種方法加熱在低真空下進行,在鋼包底部吹氬攪拌,主要設備如圖3-26所示。加熱鋼包內的壓力大約控制在0.2x105Pa左右,因而保持了良好的還原性氣氛,精煉爐在加熱過程中可以達到一定的脫氣目的。但是正是VAD的這個優點使得VAD爐蓋的密封很困難,投資費用高,再加上結構較復雜,鋼包壽命低,因而該法自發明以來幾乎沒有得到什么發展。
二、VAD真空爐的優點:
(1)在真空下加熱,形成良好的還原性氣氛,防止鋼水在加熱過程中的氧化。并在加熱過程中達到一定的脫氣效果。
(2)精煉爐完全密封,加熱過程中噪聲較小,而且幾乎無煙塵。
(3)可以在一個工位達到多種精煉目的,如脫氧、脫硫、脫氫、脫氮。甚至在合理造渣的條件下,可以達到很好的脫磷目的。
(4)有良好的攪拌條件,可以進行精煉爐內合金化,使爐內的成分很快地均勻。
(5)可以完成初煉爐的一些精煉任務,協調初煉爐與連鑄工序。
(6)可以在真空條件下進行成分微調。
(7)可以進行深度精煉,生產純凈鋼。
優點是明顯的,但電極密封難以解決的問題也是致命的。這個致命的缺點使得VAD法不能得到很快的發展。一旦電極密封的問題解決了,VAD法會得到很快的發展。但就目前的情況來看,VAD不是發展的主流。
VAD精煉設備主要包括:真空系統、精煉鋼包、加熱系統、加料系統、吹氬攪拌系統、檢測與控制系統、冷卻水系統、壓縮空氣系統、動力蒸汽系統等。
三、VOD真空爐
如果在VOD法真空蓋上安裝一支氧槍,向鋼水內吹氧脫碳,就可以形成真空吹氧脫碳精煉法,即用VOD法可冶煉低碳和超低碳不銹鋼種。其設備包括:鋼包、真空室、拉瓦爾噴嘴水冷氧槍、加料罐、測量取樣裝置、真空抽氣系統、供氬裝置等,如圖3-27所示。VAD法和VOD法兩種設備通常安放在同一車間的相鄰位置,形成VAD/VOD聯合精煉設備,使車間具備了靈活的精煉能力。
圖3-27 VOD法裝置示意圖1一真空室;2-鋼包;3-閘閥;4一多孔塞;5-供給合金附加材料;6-氧槍;7-取樣和測溫裝置
四、VOD法的特點:
VOD法就是不斷降低鋼水所處環境的Pco的分壓,達到去碳保鉻,冶煉不銹鋼的方法。這種方法是德國 Edel-stahlwerk Witten 和Standard Messo公司于1967年共同研制的。這種方法實現了不銹鋼冶煉必要的熱力學和動力學條件-高溫、真空、攪拌。目前,VOD法是不銹鋼,尤其是低碳或超低碳不銹鋼精煉的主要方法之一。1990年日本以不銹鋼的高純化為目的,開發出的由頂吹噴槍吹入粉體石灰或者鐵礦石的方法,稱為VOD-PB法。
VOD法可以與轉爐、電弧爐等配合,初煉爐中將鋼熔化,并調整好除碳和硅外的其他成分,將鋼水倒至鋼包內,送至VOD法工位進行脫碳精煉,有時可以在VOD內進行脫磷處理。在進行脫碳處理時,降下水冷氧槍向鋼包內吹氧脫碳。在吹氧脫碳的同時從鋼包底部向鋼包內吹氬氣進行攪拌。
近年來,不銹鋼的主要生產爐型已擴展為頂底復吹轉爐、AOD法和VOD法。VOD法的生產工藝路線也由電爐(或轉爐)-VOD法演變為電爐-復吹轉爐-VOD法,與頂底復吹轉爐和AOD法相比,VOD法設備復雜,冶煉費用高,脫碳速度慢,初煉爐需要進行粗脫碳,生產效率低。優點是在真空條件下冶煉,鋼的純凈度高,碳氮含量低,一般w([C]+[N])<0.02%,而AOD法則在0.03%以上,因此VOD法更適宜于生產[C]、[N]、[0]含量極低的超純不銹鋼和合金。
五、VOD法的主要設備
A、 VOD鋼包
鋼包應當給鋼水留有足夠的自由空間,一般為1~1.2m,VOD法處理的鋼種都是低碳和超低碳鋼種,因此鋼水溫度一般較高,所以要選用優質耐火材料,尤其渣線部位更應注意。鋼包都要安裝滑動水口。
B、 VOD真空罐
真空罐的蓋子上要安裝氧槍、測溫取樣裝置、加料裝置。真空罐蓋內為防止噴濺造成氧槍通道阻塞和頂部搗固料損壞,圍繞氧槍掛一個直徑3m左右的水冷擋渣盤,通過調整冷卻水流量控制吹氧期出水溫度在60℃左右,使擋渣盤表面只凝結薄薄的鋼渣,并自動脫落。
C、 VOD真空系統
用于VOD法的真空泵有水環泵+蒸汽噴射泵組兩種。水環泵和蒸汽噴射泵的前級泵(6~4級)為預抽真空泵,抽粗真空。蒸汽噴射泵的后級泵(3~1級)為增壓泵,抽高真空,極限真空度不大于20Pa。
D、 VOD氧槍
早期使用的VOD氧槍一般是自耗鋼管。所以在吹煉時要不斷降低氧槍高度,以保證O2出口到鋼水面的一定距離,提高O2的利用率。如果氧槍下端距離過大,廢氣中的CO2和O2濃度增加。經驗證明,使用拉瓦爾噴槍可以有效地控制氣體成分;可以增強氧氣射流壓力;當真空室內的壓力降至100Pa左右時,拉瓦爾噴槍可以產生大馬赫數的射流,強烈沖擊鋼水,加速脫碳反應而不會在鋼液表面形成氧化膜。