起始碳含量的高低不仅决定了真空处理时间的长短,而且影响到SS-VOD 真空处理过程的控制方式,即不同的起始碳含量需要采取不同的真空吹氧脱碳工艺。高起始碳含量下的真空脱碳相对低起始碳含量来说脱碳任务重、控制复杂,若不加以区分,则极易因吹氧流量过大、真空度控制过高,脱碳反应剧烈,造成渣钢严重飞溅,容易造成设备损坏。此外,SS-VOD真空处理所允许的起始碳含量需控制在合理的范围内,既不能太高,也不能过低。根据各厂的实践经验,最佳的起始碳含量范围为0.20%~0.80%,工艺上通常将其划分成高碳区0.50%~0.80%和低碳区0.20%~0.50%,分别采取不同的真空吹氧脱碳模式进行控制。
鉴于硅氧升温特点,部分厂家VOD 采取较高起始硅含量(0.20%~0.30%)的工艺,以此来获得真空脱碳所需的起始温度,此种工艺优点是可降低前工序出钢温度,减少耐材消耗,同时可以弥补钢包传搁、扒渣过程中温度的损失。但也存在不利的一面,为了保护钢包包衬,不得不在VOD 吹氧之前添加一定量的CaO 来中和硅氧升温产生的SiO2,从而导致钢包内渣量增加,严重影响真空吹氧脱碳时氧气射流与钢水的充分接触,导致氧气利用率偏低,真空吹氧脱碳效果不好。对于SS-VOD,最佳起始硅含量应小于0.20%,从而吹氧脱碳之前不需添加CaO,钢包内衬也不会受到严重侵蚀,且同时能满足VOD真空吹氧脱碳提出的“零顶渣”要求。
为了实现快速脱碳和脱碳保铬,作为热力学条件之一的起始温度必须满足SS-VOD 起始要求。首先,起始温度不能过低,否则钢水流动性差,碳的传质速度小,脱碳速度慢。如式(2)所示,在正常供氧流量和真空度下,若起始温度偏低,则平衡常数小,铬优于碳先氧化,即脱碳时间滞后,吹氧过程钢水表面容易形成一层流动性较差的富铬渣,富铬渣将阻碍氧气射流与钢水有效接触,导致氧气利用率下降;若富铬渣形成过多,则自由脱碳阶段易发生真空喷溅。脱碳保铬反应为:
如前文所述,钢包中的渣量过多将影响吹氧脱碳效果,搅拌强度不够时,极易造成贵重金属烧损严重,故原则上要求SS-VOD 真空处理之前100%的扒渣,即控制“零渣量”。为了确保扒渣后尽可能少的渣量,给真空吹氧脱碳创造优越条件,除了要求严格执行扒渣制度之外,前工序需优化造渣制度和控制下渣量,以减轻扒渣难度,实现完全扒渣
SS-VOD特殊的工艺特点决定了真空处理对钢包起始条件的要求极其苛刻,特别是钢包底吹透气性和清洁度。SS-VOD真空处理过程中,吹氩效果良好不仅能确保氧气射流与钢液中的碳充分接触,提高氧气利用率,而且能促进钢液的有效传质,加快成分和温度的均匀;相反,若钢包吹氩不良,在强脉冲氧气射流的冲击下极易造成钢水表面金属烧损严重,影响脱碳保铬效果。钢包清洁度主要表现在包底冷钢和余渣过多、包壁结渣圈严重以及包口不干净等方面,若真空处理用的钢包渣线部位结渣严重,则吹氧过程中随着钢液温度及炉内温度的上升,渣圈将逐渐熔化而进入钢液,覆盖于钢水表面,将阻碍氧气与钢水的充分接触,不利于脱碳。