增刊1 李实等：VOD精炼不锈钢过程中真空喷溅的预防与控制 ·89· 准备增设VOD真空精炼炉的不锈钢及特殊钢相关 VOD精炼起始钢水碳含量需控制在合理的范 企业设备的顺利投用、生产的有效管理和工艺的合 围内，尤其是不能太高.若起始碳含量超出一定上 理优化提供了指导 限，在真空度、吹氧流量、枪位、吹氩流量等过程控制 参数匹配不当时，前期吹氧阶段的碳氧反应将异常 1真空喷溅的形成原因及危害 剧烈，以致出现渣钢严重喷溅的几率非常大).为 VOD真空精炼过程中极易产生真空喷溅.真空 了防止渣钢严重喷溅，通常要求VOD起始钢水碳含 喷溅主要是因为工况条件不良，或在正常工况下，真 量（质量分数）≤0.60%. 空脱碳工艺不合理和操作控制不当，造成了脱碳 (2)起始温度的控制 反应或渣钢反应过于激烈，产生了大量C0等气 为了实现VOD精炼不锈钢过程有效地脱碳保 泡，在底吹氩搅拌及抽真空的双重作用下气泡从 铬，作为热力学条件之一的起始钢水温度，必须满足 钢包内钢水中快速上浮逸出，带动大量钢水和顶 VOD真空精炼过程的能量平衡和最低吹炼温度要 渣喷出所致) 求.VOD最低起始钢水温度要求一般与起始钢水 VOD真空喷溅危害较多，尤其是渣钢严重喷 碳、硅元素含量有关，国内外钢厂的通用计算方法如 溅.实践表明，真空严重喷溅对设备的破坏力度比 经验公式(1)所示： 较大，轻则造成VOD真空盖结渣钢难以清理，重则 TWo=1680-([C]+2[Si]) (1) 可能成为安全事故隐患，造成设备被迫停产.如某 式中T为最低起始钢水温度，[C]为起始钢水碳 厂VOD精炼设备运行初期，曾因剧烈喷溅造成顶吹 的质量分数，[S]为起始钢水硅的质量分数 氧枪端部频繁粘结大量渣钢，导致氧枪冷却效果不 起始钢水温度的高低将影响到VOD真空吹氧 佳，枪体端部出现熔穿漏水，造成VOD真空精炼过 脱碳效果的好坏.若起始温度偏低，吹氧前期脱碳 程多次被迫紧急中断，险些发生爆炸等重大事故. 速度缓慢，在标准供氧流量和真空度参数控制下，铬 此外，渣钢严重喷溅也会造成顶吹氧枪喷嘴容易被 等金属元素烧损严重，造成钢水表面形成一层流动 渣钢堵塞而难以清理，从而影响VOD真空精炼过程 性较差的富铬渣，渣中氧化铬的质量分数 吹氧脱碳的冶金效果 (%Cr0,)将远远高于通常的20%~30%含量范 围.在底吹氩气不足以大面积推开渣面时，富铬 2真空喷溅的预防与控制 渣将严重阻碍氧气射流与钢水的充分接触，不仅影 VOD真空精炼生产中，渣钢严重喷溅应尽可能 响脱碳顺利进行（此种情况较正常吹氧结束时钢水 地通过有效手段进行预防和控制，以确保VOD精炼 中的碳含量要高)，而且也为后续冶炼过程埋下了 生产的稳定、高效和安全.为了避免或减轻VOD真 的极大隐患.进入深真空自由脱碳阶段，真空度快 空精炼过程中的亚重喷溅，不仅需要合理优化V0D 速提高，底吹氩搅拌力度增强，钢液中残留的碳将与 真空精炼工艺，还需要提高现场生产管理水平，为 渣中的氧化铬产生急剧反应，钢液中瞬间产生大量 VOD精炼创造良好的工况条件.根据VOD真空喷 C0气体，出现大喷现象，危害极其严重 溅的形成原因，渣钢严重喷溅大致可以从四个方面 (3)起始残渣量的控制 进行预防和控制：稳定VOD起始钢水条件，加强 真空精炼前钢包中残留的顶渣量过多，会影响 VOD钢包状态管理，合理控制VOD真空精炼过程， 真空吹氧脱碳效果，尤其是在底吹氩流量匹配不到 及革新设计VOD真空盖系统. 位、搅拌强度略显不足时，钢水与氧气的接触面积较 2.1稳定VOD起始钢水条件 小，极易造成脱碳反应不充分和铬等金属大量氧化， 稳定且合格的起始钢水条件是防止VOD真空 造成深真空自由脱碳阶段出现大喷现象. 喷溅、确保真空精炼顺利进行的前提.首先应根据 因此，为了避免深真空自由脱碳时发生严重喷 VOD精炼装备的自身工况特点，确定合适的起始钢 溅，要求VOD真空精炼之前进行完全扒渣处理，即 水参数，其次对VOD精炼的前道工序进行稳定控 原则上控制钢水顶部“零渣量” 制，确保VOD获得稳定、优越的来料钢水条件. (4)起始钢水量的控制. (1)起始碳含量的控制 起始钢水量决定钢包上部净空高度，起始钢水 起始钢水碳含量不仅决定了VOD真空精炼时 量大，净空高度低，反之亦然.为了避免和减轻严重 间长短和生产节奏快慢，而且影响最佳真空吹氧脱 真空喷溅造成的危害，保证VOD精炼过程足够的钢 碳控制工艺的制定. 包净空高度至关重要，即起始钢水量不应超过一定增刊 1 李 实等: VOD 精炼不锈钢过程中真空喷溅的预防与控制 准备增设 VOD 真空精炼炉的不锈钢及特殊钢相关 企业设备的顺利投用、生产的有效管理和工艺的合 理优化提供了指导． 1 真空喷溅的形成原因及危害 VOD 真空精炼过程中极易产生真空喷溅． 真空 喷溅主要是因为工况条件不良，或在正常工况下，真 空脱碳工艺不合理和操作控制不当，造成了脱碳 反应或渣钢反应过于激烈，产生了大量 CO 等气 泡，在底吹氩搅拌及抽真空的双重作用下气泡从 钢包内钢水中快速上浮逸出，带动大量钢水和顶 渣喷出所致［2］． VOD 真空喷溅危害较多，尤其是渣钢严重喷 溅． 实践表明，真空严重喷溅对设备的破坏力度比 较大，轻则造成 VOD 真空盖结渣钢难以清理，重则 可能成为安全事故隐患，造成设备被迫停产． 如某 厂 VOD 精炼设备运行初期，曾因剧烈喷溅造成顶吹 氧枪端部频繁粘结大量渣钢，导致氧枪冷却效果不 佳，枪体端部出现熔穿漏水，造成 VOD 真空精炼过 程多次被迫紧急中断，险些发生爆炸等重大事故． 此外，渣钢严重喷溅也会造成顶吹氧枪喷嘴容易被 渣钢堵塞而难以清理，从而影响 VOD 真空精炼过程 吹氧脱碳的冶金效果． 2 真空喷溅的预防与控制 VOD 真空精炼生产中，渣钢严重喷溅应尽可能 地通过有效手段进行预防和控制，以确保 VOD 精炼 生产的稳定、高效和安全． 为了避免或减轻 VOD 真 空精炼过程中的严重喷溅，不仅需要合理优化 VOD 真空精炼工艺，还需要提高现场生产管理水平，为 VOD 精炼创造良好的工况条件． 根据 VOD 真空喷 溅的形成原因，渣钢严重喷溅大致可以从四个方面 进行预防和控制: 稳定 VOD 起始钢水条件，加强 VOD 钢包状态管理，合理控制 VOD 真空精炼过程， 及革新设计 VOD 真空盖系统． 2. 1 稳定 VOD 起始钢水条件 稳定且合格的起始钢水条件是防止 VOD 真空 喷溅、确保真空精炼顺利进行的前提． 首先应根据 VOD 精炼装备的自身工况特点，确定合适的起始钢 水参数，其次对 VOD 精炼的前道工序进行稳定控 制，确保 VOD 获得稳定、优越的来料钢水条件． ( 1) 起始碳含量的控制． 起始钢水碳含量不仅决定了 VOD 真空精炼时 间长短和生产节奏快慢，而且影响最佳真空吹氧脱 碳控制工艺的制定． VOD 精炼起始钢水碳含量需控制在合理的范 围内，尤其是不能太高． 若起始碳含量超出一定上 限，在真空度、吹氧流量、枪位、吹氩流量等过程控制 参数匹配不当时，前期吹氧阶段的碳氧反应将异常 剧烈，以致出现渣钢严重喷溅的几率非常大［3］． 为 了防止渣钢严重喷溅，通常要求 VOD 起始钢水碳含 量( 质量分数) ≤0. 60% ． ( 2) 起始温度的控制． 为了实现 VOD 精炼不锈钢过程有效地脱碳保 铬，作为热力学条件之一的起始钢水温度，必须满足 VOD 真空精炼过程的能量平衡和最低吹炼温度要 求． VOD 最低起始钢水温度要求一般与起始钢水 碳、硅元素含量有关，国内外钢厂的通用计算方法如 经验公式( 1) 所示: Tmin VOD = 1 680 －( ［C］+ 2［Si］) ( 1) 式中 Tmin VOD为最低起始钢水温度，［C］为起始钢水碳 的质量分数，［Si］为起始钢水硅的质量分数． 起始钢水温度的高低将影响到 VOD 真空吹氧 脱碳效果的好坏． 若起始温度偏低，吹氧前期脱碳 速度缓慢，在标准供氧流量和真空度参数控制下，铬 等金属元素烧损严重，造成钢水表面形成一层流动 性 较 差 的 富 铬 渣，渣 中 氧 化 铬 的 质 量 分 数 ( % Cr3O4 ) 将远远高于通常的 20% ～ 30% 含量范 围［4］． 在底吹氩气不足以大面积推开渣面时，富铬 渣将严重阻碍氧气射流与钢水的充分接触，不仅影 响脱碳顺利进行( 此种情况较正常吹氧结束时钢水 中的碳含量要高) ，而且也为后续冶炼过程埋下了 的极大隐患． 进入深真空自由脱碳阶段，真空度快 速提高，底吹氩搅拌力度增强，钢液中残留的碳将与 渣中的氧化铬产生急剧反应，钢液中瞬间产生大量 CO 气体，出现大喷现象，危害极其严重． ( 3) 起始残渣量的控制． 真空精炼前钢包中残留的顶渣量过多，会影响 真空吹氧脱碳效果，尤其是在底吹氩流量匹配不到 位、搅拌强度略显不足时，钢水与氧气的接触面积较 小，极易造成脱碳反应不充分和铬等金属大量氧化， 造成深真空自由脱碳阶段出现大喷现象． 因此，为了避免深真空自由脱碳时发生严重喷 溅，要求 VOD 真空精炼之前进行完全扒渣处理，即 原则上控制钢水顶部“零渣量”． ( 4) 起始钢水量的控制． 起始钢水量决定钢包上部净空高度，起始钢水 量大，净空高度低，反之亦然． 为了避免和减轻严重 真空喷溅造成的危害，保证 VOD 精炼过程足够的钢 包净空高度至关重要，即起始钢水量不应超过一定 ·89·