真空过程真空的基本概念

真空并不是一无所有的意思，而是指低于大气压力的状态。真空度的高低甩气体压强表示，单位按国际单位制（SI）为帕（Pa）。以前习惯上使用的某些单位（现已废除）与帕的换算关系是：1mmHg= 1/760 atm= 133. 322 Pa。

根据压强的大小可将真空度划分为：

粗真空1.013 x10⁵~1.3 x10³Pa

低真空1.33x10³~ 1.3x10^-1 Pa

高真空 1.33x10^-2~1.33x10^-5 Pa

超高真空 1.33x10^-6~1.33x10^-9 Pa

极高真空 <1. 33 x10^-9 Pa

可以看出，所谓真空度高，指的是体系压强低 由计算可知，即使在1. 33×10^-6Pa的超高真空下，每立方米内仍有约3 x10⁸个气体分子，每秒钟对单位面积的碰撞次数为3.84x10¹²次，但比常压下的气体稀薄多了。在这种情况下，气体的行为与常压下有重要的区别，致使真空技术在高纯金属和非金属材料的真空熔炼、区域提纯及研究等方面都得到了广泛的应用。

1、 空气可以减缓某些物理和化学作用，例如热水瓶的复壁中需要真空（10^-1~10^-2毫米汞高），是因为可降低气体的传导和对流的作用，使热量不容易散发，从而达到保温的作用。温度计需要真空（10^-2~10^-3毫米汞高）可以减小玻璃管内剩余气体的体积压缩而产生的气压变化影响测量高度。电灯泡需要真空（10^-1~10^-3毫米汞高）是因为防止钨丝在高温时和空气中的氧作用而被焚毁。

在真空度高的情况下可以忽略剩余气体和某些物料的化学作用，例如钛在高温时很容易吸收氧、氮、硅、碳等元素，而利用真空冶炼，就可以制得纯钛。半导体的基体锗或硅，只要有百分或千分之一杂质，就可以破坏它们的特性，除了在真空（10^-5~10^-7毫米汞高）中进行冶炼外，没有别的办法能使它们提纯。

2、真空可以降低汽化点，以水为例，水的沸点为：

t_水=100 0.0367(P-760)℃

式中P单位为毫米汞高，所以在高山上，P<760毫米汞高时，水不到100℃就开了。

3、真空的绝缘性强，在高真空情况下的两个电极之间，可以耐受极高的电位差而不致漏电或击穿，这样就有了真空电容器（10^-4~10^-5毫米汞高）。

产生真空的过程称为抽气或排气。用物理方法产生真空的工具通称真空泵，有一些泵能使气体压力从1个大气压开始变小，另一些泵却只能从较低的压力抽到更低的压力，它要求前一种泵首先把气体压力从760毫米汞高递减为一个规定数值，然后开始工作。前者就被称为“前级泵”，后者称为“次级泵”，次级泵作用开始所要求的气压称为“予备真空”。

在规定的气压下单位时间抽出的气体体积称为抽气速率。泵在工作了足够时间以后能达到的最低压力称为极限真空。

真空设备从最简单的实验室的喷射式真空水泵到抽高真空的蒸汽扩散泵，种类很多，但在作用原理和构造上往往类似于压缩机，这是因为压缩机出口在产生压缩气体的同时，对于其进口而言，实质上就是吸气抽真空过程。一般将真空泵分为二大类，即机械泵和扩散泵。

不锈钢分公司SS-VOD 真空处理过程主要分为真空准备、真空脱碳、真空还原脱硫等三个阶段，其中真空准备阶段包括初始合金化和化学升温，脱碳阶段主要分为真空吹氧脱碳和自由脱碳，还原脱硫阶段包括添加还原剂和渣料、深真空强搅拌还原脱硫。真空处理过程见表1。

SS--VOD法真空准备控制

1 初始合金化

在起始温度足够的情况下，若钢水起始成分（如铬、锰）与目标成分存在一定的偏差，则在真空吹氧脱碳前可添加高碳合金或中碳合金进行成分粗调，真空处理开始后合金即可加入钢包，以代替真空处理后添加低碳合金和微碳合金，节约冶炼成本。

2 化学升温

为了弥补初始合金化造成的温度损失，确保足够的真空脱碳起始温度，通常在脱碳之前进行适当的铝氧化学升温，但铝的加入量不可超过2%，否则过多的氧化铝夹杂将影响不锈钢产品表面质量。化学升温时，铝通常在吹氧之前较短的时间内加入钢包，以确保大部分的铝覆于钢水表面而不完全进入钢液，可实现较好的升温效果。

SS--VOD法真空脱碳控制

真空脱碳控制是整个SS-VOD 真空冶炼过程控制的核心，其控制好坏将决定真空冶炼是否成功。为了实现有效的“脱碳保铬”，通常将吹氧脱碳过程分为预脱硅（和化学升温）、主脱碳、动态脱碳等三个步骤，吹氧流量、枪位、真空度和吹氩流量等真空参数根据不同的步骤分别进行控制，且不同的钢种真空参数的控制也略有不同。

SS--VOD法吹氧脱碳控制

吹氧脱碳控制的关键为确定临界碳含量和控制停氧时刻。临界碳含量是指真空吹氧脱碳过程中碳含量的一个临界点，临界点之前脱碳速度基本上与钢水中的碳含量无关，仅是吹氧流量、真空度、枪位等参数的一个函数，而在临界点之后随着碳含量的降低脱碳速度逐渐降低，主要是因为钢包内部碳的传质减少，钢水表面碳的补给不足所致。因此，VOD 通常以临界碳含量为依据进行主脱碳和动态脱碳的切换，防止吹氧脱碳后期金属烧损严重。

SS-VOD以脱碳速度40ppm/min时的碳含量作为临界碳含量，以此临界碳含量进行控制，氧气利用率最高，吹氧脱碳效果最佳，金属烧损和还原剂消耗最低，且真空喷溅几乎可以避免，如图1和表2所示。停氧时刻的合理控制是避免脱碳过程过氧化的关键，停氧时刻主要根据废气中的CO和CO2含量以及废气流量进行控制，针对不同钢种成品碳含量的要求，控制标准相应不同。

真空过滤是借在过滤介质一侧造成一定程度的负压(真空)而使滤液排出实现固液分离的，因而其推动力较小，一般为0.04～0.06MPa，在某些场合，可达0.08MPa，由于滤饼两侧的压力降较低，因此过滤速度较慢，微细物料滤饼的含水量较高，这是真空过滤机主要的不足之处；但其优点则在于能在相对简单的机械条件下连续操作，而且在大多数场合能获得比较满意的工作指标。因此，与其他类型的过滤机(如压滤机)相比，真空过滤机长期以来一直得到用户的青睐。除非压滤机在连续操作、力学性能、制造及运行成本诸方面都取得重大突破，并能满足应用部门的综合要求，否则真空过滤在固液分离领域内有重要地位将难以动摇。

真空过滤机的工作周期一般可分为如下几个阶段：①成饼阶段；②脱水阶段；③洗涤阶段，④压实阶段；⑤干燥阶段；⑥卸饼阶段。其中洗涤、压实、干燥等阶段的有无视实际需要而定，而成饼、脱水及卸饼则是大部分真空过滤机(水平带式真空过滤机的过滤周期中可不计卸饼阶段)所具有的基本工作过程。在过滤周期中，每一操作过程所占用的时间份额随过滤机而异。

成饼阶段是严格意义上的过滤过程(过滤就其本身意义而言是指滤液连续通过介质与固体物料分离的过程)，在这一过程中，固体物料借真空作用(下部给料)或真空与重力联合作用(上部给料)而吸附在过滤介质表面，逐渐形成一定厚度的滤饼；随着滤饼的逐渐增厚，相应的过滤阻力也逐渐增大，因此在这一阶段的过滤速度(即单位时间内单位面积的过滤介质所通过的滤液体积)呈逐渐下降趋势。不过这一阶段的主要任务是形成一定厚度的滤饼，以达到预期的处理能力。滤饼形成后即脱离给料槽进入脱水阶段。在该阶段内，滤饼的相对饱和度(即滤饼水分所占体积与滤饼孔隙总体积之比)要从开始时的100%降低到10%~20%左右。在真空抽吸作用下，水分所占据的大部分孔隙被空气所取代。

被排除的水分基本上是重力水及孔隙水，因为真空抽吸还不足以排除表面水及毛细水。滤饼脱水阶段的流体力学特性，是多孔介质中两种流体的驱替问题。对作为替换介质的气体来说，有效渗透率逐渐增大，流动阻力逐渐减小，而对被驱替的液体来说，情况则正好相反。

用空气驱逐孔隙中的液体。一方面固然可以降低滤饼水分，但另一方面也极易导致真空度的下降而不利于水分的进一步排除，这是因为气体很容易穿透滤饼而使滤饼龟裂的缘故。因此在脱水阶段如何防止滤饼的龟裂是实际过滤过程中一个非常重要的课题。滤饼经脱水后，若无其他处理，则进入卸饼阶段。此阶段的任务；一是卸除滤饼；二是恢复过滤介质的渗透性使之进入下一个过滤周期。因此怎样卸下剩余水分尽可能低的滤饼且最大限度地恢复过滤介质的渗透能力(即避免堵塞)是选用卸饼方式时所要考虑的两大因素。

在真空过滤机上实现上述的三个基本阶段是一件相对简单的事情，这是因为真空过滤所用压力较低，各阶段之间的转换从机械上来说不需很高的要求。但是，在实际的过滤周期中各阶段之间并不是截然分明的，而是存在着一定的过渡阶段。因此，在过滤机设计时，应尽可能地扩大脱水区，而减小其他各区。例如，若给料浓度足以保证一定厚度滤饼的形成，则可适当减少成饼阶段所占用的时间而增加脱水时间；至于过渡区的大小，主要取决于分配头的机械切换性能，若能予以改进，亦可增加脱水时间。