下一个钢板切割工件：钢板零售设备容置和台数的确定。

真空吹氧脱碳精炼炉(VOD精炼炉） VOD法是真空吹氧脱碳(VacuumOxygenDecarburization)法的简称，由德国蒂森公司维滕CWitten)特殊钢钢板零售厂于年开发。VOD法是针对冶炼不锈钢的霱要而开发的，真空下吹氧可以脱碳而减少铬损失，并使钢水升温，故它最适于冶炼不锈钢及其它超低碳钢类。可以冶炼不锈钢实现降碳保铬的炉外犄炼方法有氩氧精炼炉(VOD>、真空循环脱气及吹氧脱炭钢板零售设备（RH—0B)等。VOD炉可以与转炉或电炉双联生产，在VOD椿炼钢板零售中进一步完成脱碳与脱氧、脱硫。 据不完全统计，到1985年，全世界已烃运转或正在建设的VOD钢板零售设备已达38台之多。我国1979年建成投产第一台自行设计、制造的VOD炉、容量为13t。到90年代初我国已烃设置了VOD钢板零售设备或VOD—VAD(或表示为VOD—VHD)联合钢板零售设备14台，容量自3t至60t，但其中有的钢板零售设备尚未能经常生产，有的则没有发挥吹氧脱碳的基本功能，而仅用作真空脱气处理装置（VD)使用。 国外容量知名的是日本新日铁公司八幡钢板零售厂的KOtVOD炉。 VOD-VAD(VHD)联合钢板零售设备是二者合用一套真空抽气系统，合用一个培炼工位（真空罐体），同时也大大扩展了整体钢板零售设备的适用范围。具有真空下加热功能的VAD则可以用于精炼其它中、高碳合金钢的脱气，脱硫，净化和调整成分。我国某些特钢钢板零售厂以装置 桷炼轴承钢已有成熟的经验。 9.5.1 VOD钢板零售设备组成 世界上第一台VOD炉是德国维滕钢钢板零售厂的5Ot炉，其钢板零售设备配置概况如图9_35»它由真空罐、钢板零售、氧枪、加料系统、真空泵、终点控制仪表和取样、测温装置等组成。表9-20列出有关VOD钢板零售设备主要钢板零售技术参数。 罐式特点， A•罐盖的顶部面积较大，易于布置（安装）氧枪、加料系统、取样测温装置及监控系统装置； B•罐内有一定的空间，可以放置某一容量范围的钢板零售完成精炼, C•真空管道接在罐体上（即罐内侧壁上开抽气孔口），为固定型的》 D•钢板零售口结构简单不用设密封用法兰，因而钢水喷溅时也不会损坏罐口密封件，并可以采用较小的钢板零售内部自由空间，约1.0〜1.2m即可》 E.罐式结构钢板零售设备占地面积较大, F•真空罐内真空容积较大，以致要配用较大抽气能力的真空泵jG•真空罐结构较大，制造费用提髙。 桶式特点， A•与罐式比较结构较小，占场地较少, B•需抽真空的容积小，故需用真空泵的抽力可较小，抽吸时间也可能较短》 C•钢板零售内的预衔自由空间大于罐式钢板零售设备的钢板零售，该空间高度可达到1.5〜2.0m,可避免因钢与淹喷溅而烧坏包口的密封件。但钢板零售尺寸和自身质童也增大了。 D•此外，由于钢板零售本身作为一个真空容器使用，则外壳不能开有排气孔，使得新姻包衬后的千燥、烘烤排气（和水汽）困难。 E•要使钢板零售底上滑动水口和透气砖部位不漏气，选材及硇筑钢板零售技术要求较高。 总之，罐式VOD结构型的优越之处是可以弥补其缺点的。 VOD炉容暈不同，真空罐的结构参数也不同。可参照表9-21来确定真空罐的结构。VOD真空罐上口边缘的密封结构设计是罐体设计中的重要一环，图9-36是此处结构的两种形式。 表9-21不R容置VOD炉的真空罐结构参敷 voD炉容*(t) 真空罐直径（mm) 真空罐容枳+罐盖体积一钢桶体积(m3) *空罐*质甩（1) 5〜10 2500 12 .10 10〜20 3100 20 12 20〜30 3500 33 15 30〜40 4000 45 18 40〜60 4500 65 22 60〜80 5000 100 27 80〜120 5500 120 33 120〜160 6000 160 40 160〜250 6500 200 50 250〜450 7000 250 60 图9-36(«)为水冷密封型。当真空盖开启时，注水入真空罐上口法兰的水槽，淹没密封件，防止法兰与橡胶密封件被烤坏*当真空盖下降时，先放走法兰水槽中冷却水再落下盖体。图9-36(6〉为充氩双密封型，两层密封垫以增加气密性，充入氩气以防泄漏时进入空 气。 (2) VOD椅炼钢板零售。如前所述VOD钢板零售设备有罐式和桶式两种，因此钢板零售设计也有区 别，罐式钢板零售设备用钢板零售上口无密封法兰，上部所留自由空间高度也较小；桶式则与上者相反，除去包口设密封结构外，自由空间的高度约比前者大出25%到50%。各种精炼钢板零售的预留自由空间高度的比较，参照表9-22。 «9-22各种精烽用钢板零售钢水面以上自由空间离度 精类型 VOD 真空碳脱珉 VAD VD或LF 自由空间高段，111111I〜1200 〜1000 〜800 >600 无论桶式或罐式都有双层盖子，即外面一个带有吹氧、加料、测温等装置的金属结构盖，内部连挂一个镶砌耐火材料的防溅盖。密封胶圈装在外盖上，为防钢水辐射热的烘烤，设有活动防护板保护胶圈。打开盖子时落下防护板，遮蔽胶圈》加盖时则先提起防护挡板，再下降包盖与钢板零售外壁法兰密封（见图9- 37)。密封件装在外盖底边缘的槽内，图示下K9-37桶式结构的密封 落防护板挡住密封圈。 钢板零售底吹氩装置。为加速钢水脱碳，在包底中心部位装入透气砖吹氩，使钢水面中心的炉渣推向边缘，氧气射流与暴露的钢水接触，伹要降碳至IOppm以下，单个透气砖的搅拌能力显得较弱，日本治金人员曾用两个以上的透气砖以加强搅拌，称为强搅拌VOD法(SSVOD),为冶炼超纯铁素体不锈钢开辟了新途径。又进一步使用¢2〜4mm的不锈钢管3〜6根代替透气砖，使氩流量增大到1200〜1700L/mm(—般单个透气砖为40〜150L/min),更有利于吹氧降碳。 (3) 氧枪。氧枪由顶盖穿孔通过动密封插入真空罐内钢水上方。VOD用的氧枪有两种•一是普通钢管或钢管外涂耐火材料的消耗式氧枪，另一种为水冷氧枪。后者又分为，管式和拉瓦尔喷枪两种。目前使用拉瓦尔氧枪较多，稳定可靠，寿命长。大连钢钢板零售厂与北京钢铁学院的合作实践证明，当氧压为5〜6kg/cm2,氣枪马赫数为3,扩张半角为5。时，260 吹氧过程十分甲稳。氧枪距钢水平面距离，对13tVOD炉约1.0m,对50tVOD炉约取 1.4〜1.8m。由于这种喷枪出口气流为超音速，在入口压力不高的条件下，也可以获得较大的射流，因而可以在气压较低和离开钢水面较高的位置上吹氧。这不仅对提髙氧枪寿命有益，而且对不易获得高压氧气的钢板零售厂家也是极为适宜的。 (4) 如料系统。炉外精炼钢板零售设备按有、无加热装置可归作两类，前者因有加热条件而允许向精炼炉内加入较多的合金料和渣料，对加料时间限制比较灵活；可将加料系统分于两处。一处设多个料仓和称量钢板零售设备，用于储料和称量,另一处设在真空盖上，其作用是在不破坏真空条件下将料加入炉内，两处之间有运输带连接。无加热装置精炼炉的加料系统一般仪用于加脱氧剂和成分微调，因无外加热源加料时间要求越短越好，所以宜于将加料系统置于真空盖上一处，采用多仓式真空料仓，预先将料加入料仓，在楮炼过程中按工艺要求分批入炉。 (5) 终点控制仪表。吹氧脱碳过程的终点碳检测与控制是VOD楮炼工艺的必要手段。一般采用氧浓差电池法检测真空抽气管道中废气的氧浓度，同时测量废气温度和真空度，组成废气检测系统。 氧浓差电池控制过程的原理： PtOl(空气）/Zr02—Ca0/PO2(废气）Pt空气>_2.303i?r匕户^空气） E— iF—~lgp^ar^ 式中R——气体常数，8.314J/mol*K多 T——绝对温度，Kj F——法拉第常数，96500(:/11101; E——固体电解质电池的电势，V» Po2(空气）、Po2(废气）——空气中和废气中O2分压。 根据上式，吹氧初期生成多量CO,P02(废气）低，则电池电势五高》以后，CO生成量变少，Po2(废气）升高，电池电势逐渐降低I当Po2(废气）=0.21atm(21278Pa)时，£=0,则P02(废气）>0.21atm(21278Pa)时，五成为负值。 故初始脱碳激烈时，m大t脱碳逐渐微弱，£值下降，趋近于零。根据这一规律可判断吹氧脱碳的起点，是否正常进行，选取终点。 在备有红外线气体分析仪或热磁式定氧仪的VOD炉上，也可以利用吹炼过程中炉气的CO、（：02和0»含量变化来判断吹炼终点。 (6) 取样、测温装置。测温、取样装置都安装在罐体盖或钢板零售盖上，在真空下取样和检测。 除以上装置外，还应装有窥视孔，通过耐热玻璃窗孔直接观察钢水处理过程。或装有工业电视摄像机以显示炉中情况。 (7) 真空泵。因为VOD过程吹入氧气氧化脱碳，产生CO、CO2气体，故容器中排出气体童较大，抽气泵的能力也必须比其它精炼钢板零售设备要大一些。从表9-23所示日本各钢板零售厂VOD炉真空泵能力来看，新钢板零售设备较之早期的钢板零售设备所配置的抽气能力有增大的趋势。所以，建造VOD钢板零售设备时，此点应予足够重视。 9.5.2 VOD钢板零售设备在车间内的工艺布置 住友金尼崦 1972 EF.50 I 250(0.5X13S.322P»),2000(40X133.322Po) 曰本不锈钢，直江津 1974 EF.38 I 150(0.5X133.322P«),2000(40X133.322Pa) 神户制钢，高眇 1977 EF.18 I 300(0.5X133.322Pa),1500(50X133.322Pa) 曰本制钢钢板零售厂，室兰 1977 EF,30 I 300C0.5X133.322Pa),1500(50X133.322Pa) 可以另装一个没有吹氧装置的真空罐盖，只进行钢水真空吹氩脱气处理，即VD楮炼。有了VOD/VD钢板零售设备，其适用性扩大，除可以精炼低碳钢类外，又可以精炼中、低合金钢类,以适应不同产品的精炼工艺窬要， 图9-38*国外某钢板零售厂EAF—MRP—L—VOD流程的布置，这一流程是“三阶段”生产高合金钢的路线，并已被证明是生产不镑钢、高合金钢最经济的方案。它包括90t电弧炉(EBT型）一台，lOOtMRP—L转炉一台（吹氧精炼转炉MetalRefiningProcesswithLan¬ce),和IOOtVOD钢板零售设备一套。电弧炉负担熔化废钢与合金料的任务,在MRP—L转炉中快速脱碳并可保持较高的铬的回收率，此为第一步精炼过程》第二步精炼是VOD钢板零售设备中完成后期的脱碳和精整工作。这一冶炼工艺方案能知名限度地简化髙合金钢脱碳过程，而且较大地降低了不锈钢生产成本。“三阶段”生产流程使三种钢板零售设备发挥各自特长和效率，是极为经济的操作流程，耐火材料和各项辅助消耗都降低，还有可能使用低价的原材料。图 9- 38所示三种钢板零售设备年产36万吨板坯， 图9-39是电弧炉初炼钢水经LF炉加热、精炼或经VOD精炼的钢板零售设备配置。这一炼钢车间的布置可称是紧凑布罝型，三种熔炼钢板零售设备之间距离尽可能短，但分置于电弧炉跨间、精炼跨间及后续的连铸跨间与出坯跨间。此车间的生产能力是年产50万吨汽车工业用钢，其中还包括约10%的不镑钢。各种熔炼钢板零售设备容惫是,IOOtUHP电弧炉（EBT型）,IOOtLF炉（LHF)、和IOOtVOD/VD钢板零售设备a 10钢水喷粉处理与喂线处理 钢水喷粉处理与喂线处理是炉外精炼钢板零售技术的一个方面，自70年代以来发展较快，已在实际生产中广为应用。可用于多种钢类，可强化终脱氧，改善钢的纯洁度^ 10.1钢水喷粉处理钢板零售技术 早在本世纪60年代就有研究者试用喷射冶金钢板零售技术，到70年代发展迅速，成为炼钢炉外精炼钢板零售技术的一个重要分支。这一钢板零售技术用于铁水预处理可以脱硅、脱硫、脱磷等，脱桂使用的粉剂为石灰粉与氧化剂，脱硫为石灰粉、萤石粉或有的使用电石粉（CaCa),而同时脱硅与脱磷则使用苏打粉。钢水的喷粉处理作用是深脱硫、深脱氧及使非金属夹杂物变性，成为球状物》因此，钢水喷粉处理多用于冶炼超低硫钢种，如石油管线用钢，海上采油平台用钢，其实际含硫量控制在60.002%,以及有抗2向撕裂性能要求的z向钢等。 自1970年到80年代初，全世界已有上百台喷粉钢板零售设备投入生产,其中主要是德国的TNS备和瑞典的SL型钢板零售设备。我国于70年代中期开始工业性生产试验。喷粉处理钢板零售技术的发展不但适用于特钢钢板零售厂的电炉生产，对各大钢铁联合企业的氧气顶吹转炉，平炉炼钢亦同样有效，更有发展前途^ 喷射钢板零售技术不仅可在盛钢桶中进行（其主要作用是脱氧、脱硫及控制夹杂物的形态〉，而且也可以在炉内喷粉，用于炉中快速脱磷（使用含有氧化剂的粉剂）和喷粉增碳（使钢水增碳或电炉熔化期造泡沫渣)。 通常，喷吹所用粉料由冶金粉料（粉剂）专业生产广供应，炼钢车间只需设置贮存仓库或存放场地（要求安全、千燥的环境）；如果无此供应条件，或某些粉料不能取得外部货源时，则炼钢钢板零售厂或本车间应设有粉料的制备、干燥及储存设施。 10.1.1哦粉钢板零售设备 喷粉站的主要钢板零售设备是喷粉罐、锗料仓、粉料回收罐、喷射器、喷枪，输气管道及计童仪器等。图10-1为SL喷粉站总装图。 (I)喷粉罐。喷粉罐又称喷吹罐、分配器,是喷粉系统的关键钢板零售设备。喷粉雉的结构属压力容器，必须按压力容器规范设计和制造。一般设计压力为1,01XIOsPa(IOatm),也有按1.5xlO*Pa(15atm)计算的。我国各钢板零售厂实际使用压力多在<6.07x10*Pa(6atm)。 对喷粉罐的设计要求•I)能把粉料连续、均匀、稳定地输出，不应有脉动现象和堵塞》2)可在一定范围内调节送粉速度》3)能把粉料吹净，保证不挂料、不搭桥,4)结构简单、安全、可靠。 I)喷粉罐形状与容积，喷粉絨体是圆柱形，下部为倒锥形（图10-2、图10-3)。喷粉罐容积按下式计箅《 (10-1) 式中p一喷粉罐容积， wt 粉料装入量，kg» 喷粉罐工作时，为流态化送入的气体大部分随粉料一起流出，小部分气体留在罐内以补充粉料输出后留下的空间，保持罐K，实现均衡供料。此外，上升的气体又有翻动罐内料层的作用，使粉料不断下降到出料口。 根据临界流态化速度来计算上出料喷粉确流态化所需的垴小气体童： Gmt=KUmtAPg (10_6) 式中——匕出料流态化所需最小气体流量，g/s, K——罐形系数，直筒形圆罐为2.2〜3.86> UmI 气体的临界流态化速度，cm/s,可査表10-5» -4——喷粉罐圆筒部分的截面积，cm2, Pg••一出料时罐内乎均压力下气体的密度，g/cm3。 表10-5不H粉料的瞄界流态化速度 粉剂种类 密度，lcg*m^ 粒度，cm 气体 石灰 2000 0.01 N, 0.653 费石（90%C*F*,5%SiO*) 3150 0.01 N, 1.03 碳粉（95%C) 2200 0.01 \r 0.586 硅钙（30%Ca,60%Si) 2250 0.01 Ar 0.679 钛铁（27.8%Ti,70%F«) 6000 0.01 Ar 0.932 硅铁（75%Si25%FO 3500 0.01 Ar 1.598 3) 出料喉口喷粉罐的供粉能力取决于喷吹工艺参玫与喊粉鎺的结沟，它的下料U称为喉口，出料速度可按下式计算《 v=y/2AP (10-7) 式中AP——喉口处上下的压差，Pa(kg/m*sz)多Pm——气粉混合物的密度，kg/ms。 若喉口截面积为4。（1112)，则理论送粉量 m=A0VPm=A0\/~2APPmkg/s (10-8) 式（10-8)表明供粉速度是喉口断面和压力差的函数，可用来调节送粉量。喉口断面能保证在较宽的压差范围内均匀送粉，在工艺参敌略有波动时，如粉料粒度、喷枪捕入深度、软管长度等变化不大时，也能保持均匀送粉。当送粉强度变化较大时，则可采用更换喉口来达到调节的目的。 (2)储料仓。如喷吹粉剂单一，则储料仓数目少。如果为了适应不同喷粉处理目的或粉料需用量大时，则需有较多储料仓。要求能储备较多粉料，如铁合金粉和渣料要有I〜3天的储存*。 有的粉料易吸收水分，或在空气中易氧化，储料仓必须有良好气密性，必要时充入惰性气体。料仓内如装电石，则需设有气体浓度岛动报膂器，当C2H2浓度达到0*5%时自动报繁，确保安全。 通常储料仓（多个料仓）设置在喷粉罐上方，分别有下料管和振动给料器与喷吹罐连  通，以便直接给料入罐减少运输，在整体结构上也紧凑，占地面积小。 图10-4示出多种汾料与喷粉罐连接，由螺旋给料器向喷粉罐下料。图10-5示出多个储粉仓与二个喷粉罐接通，在同一喷吹系统中设二个或二个以上喷粉5«，则可以实施多种粉剂顺序喷吹。 (3) 回收罐a喷粉罐内剩余的粉料喷吹到回收罐内回收，后者还可供钢板零售设备系统的冷态试验之用。 为使粉一气流之粉气分离，从喷粉罐喷出的粉一气流沿切线方向进入回收罐，由于气流突然膨胀，气流速度下降，加之离心力作用使粉粒沿罐壁旋转，下沉于罐底、，为使气粉分离良好，进入罐内的气一粉流速度座小于粉粒的沉降速度。分离后的气体经罐内的过滤器放入大气。当进行冷态试验时（为了寻求合适的喷吹工艺参数与掌握喷吹系统的工作特性），回收罐内先充入气体，使其内压力模拟喷枪出口处金属液与淹液的静压力或略髙一点，而回收罐徘出口处以溢流阀控制，保持罐内恒压，超过时自动溢出。 回收雉的结构如图10-6所示。 回收罐圆筒部分直径可按下式确定《 D=\.\zJy_j_ (10-9) vaV. 式中h——气体流量，mVs, V,——粉粒沉降速度，m/S>a—系数，一般为0.03〜0.05。 圆筒部分的高度约为（I〜2XD。 (4) 喷枪及其升降结构。  I;喷枪结构I喷枪直接插入钢液，粉料喷入钢液深部，多采用钢管外砌（或外包）耐火材料。钢管套上圆形或方形套砖（或称袖砖）的称装®式，外部用耐火材料浇注（打结）成的称整体式（如图10-7>»根据国内外使用经验，整体式的比装配式的寿命长，这是W于装配式喷枪外套的砖缝多而易受侵蚀的缘故。 图10-7装配式00与整体式OO喷枪 图10-8喷枪自动装接 喷枪外套使用寿命一般I〜3次，有使用长达20次的。 我国整体式喷枪的耐火浇注料是以a—Al2Os细粉为基质的刚玉质（Al2O,>98%)或高铝质料（Ala0375〜88%),以纯铝酸钙水泥为结合剂，用柠檬酸钠作减水剂，效栗很好，寿命长达15次，累计喷吹平均达75分钟。成本与使用寿命均优于某种进口材料。 图10-8、图10-9是喷枪号升降机构连接，与渝粉資接通的方法，前者是自动快速连接结构，后者是手工操作结构。 2)喷枪支架与升降机械：喷枪支架与升降机构必须有一定的刚度，以支持喷吹吋咬枪定位和抵抗喷枪的振动，保持机构的工作稳定性。 图10-10是SL型喷枪支架和枪的尺寸，参见表10-6,可供设计选用。 喷枪插入钢液深度应尽量大一些，但不允许气粉流直接冲刷包底，一般喷枪出口距包底宜在300〜400mm。由于喷吹时枪身振动激烈，容易引起枪体耐火材料和连接件的损坏，较小容量钢水包，喷枪采用悬背状态，大容量钢板零售（>50t容量）喷吹时采用阆定式，即将枪头部顶住包底，喷吹时振动可大为减少。此时喷枪的喷出口在喷头侧面，喷口距位底约300~■400mm。 (5)喷射器。喷射器又称引射器，是供给二次气流使粉料进入输粉管道，并喷吹入喷枪•喷射器装在喷粉罐出料阀之后。当关闭出料阀停止下料时，继续供气可将管路中的粉料吹扫千净• 喷射器多设计成拉瓦尔管，使粉料得到加速，如图10-11所示。