فرآیند کربن زدایی فولاد توسط اکسیژن تحت خلأ (Vacuum Oxygen Decarburization) به طور خاص برای تولید فولادهای ضد زنگ و حذف کربن بدون تحت تأثیر قرار دادن میزان کروم به کار می‌رود. این فرآیند در مقایسه با فرآیند کربن زدایی در خلأ، یک مرحله اضافه دمش اکسیژن نیز دارد که به منظور کاهش ترکیبات اکسیدشونده موجود در فولاد نظیر کربن و فسفر اعمال می‌شود. همچنین جریان اکسیژن برای حرارت‌دهی شیمیایی مذاب (فرآیند VD-OB) نیز به کار می‌رود؛ چراکه واکنش‌های شیمیایی ترکیبات فولاد با اکسیژن، گرماده هستند. با نظر کارشناسان و متخصصان مبتکران، فولادهای ابزاری این محموعه از جمله فولادهای 1.2344، 1.2367، 1.2714، 1.2379، 1.2080، 1.2436 و همچنین فولادهای قالب پلاستیک مجموعه همچون HCRS 135 و HCRS 165،تحت پروسه VOD قرار گرفته‌اند.

مکانیزم فرآیند کربن زدایی فولاد توسط اکسیژن تحت خلأ (VOD)

تقاضای زیاد برای فولاد باکیفیت، عملیات خلأ را به یک مرحله مهم در فرآیند متالوژی ثانویه تبدیل می‌کند. فرآیند VOD، مذاب را گاززدایی و کربن زدایی کرده و بهترین شرایط را برای حذف فسفر و دیگر محتویات فراهم می‌کند. شرایط خلأ به کمک یک سیستم پمپ خلأ، تشکیل شده از پمپ‌های مکانیکی یا اجکتورهای بخار ایجاد می‌شود. به جهت این که تحرک مذاب زیاد شود، گاز خنثی از طریق دریچه‌های متخلخل تزریق می‌شود.

یونیت VOD به طور عمده برای تولید فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) به کار رفته و مناسب‌ترین شرایط را برای کربن‌زدایی گسترده و دستیابی به خلوص بالا فراهم می‌کند. این واحد از یک مخزن گاززدا و یک لنس اکسیژن تشکیل شده و به گونه‌ای طراحی می‌شود که توانایی مقاومت در برابر حرارت و انتشار بالای گاز CO را داشته باشد. فرآیند کربن زدایی فولاد توسط اکسیژن تحت خلأ برای کربن زدایی فولادهای ابزاری (Tool Steels) به کار می‌رود.

در طول فرآیند کربن زدایی فولاد توسط اکسیژن تحت خلأ، سیستم خلأ باید قابلیت عملکرد پیوسته تحت فشار بالا در حدود 200-50 مگابار را داشته باشد و هم‌زمان، جریان‌های قوی گازی در حدود 20000-5000 متر مکعب بر ساعت را نیز دفع کند. فرآیند کربن زدایی می‌تواند تا 45-10 دقیقه طول بکشد. تصویر زیر، فرآیند VD و VOD را به طور شماتیک نشان می‌دهد.

شماتیک فرآیند VD و VOD

چالش‌های فرآیند VOD

اصلی‌ترین چالش‌های تولید به روش VOD، مقادیر زیاد ذرات گرد و غبار تولیدشده در طول مرحله دمش اکسیژن بوده و در کنار آن، پیک‌های جریان گازی با حجم زیادی از اکسیژن‌های واکنش نداده نیز ممکن است. همیشه پس از فرآیند کربن‌زدایی، گاززدایی تحت خلأ انجام می‌شود که در آن سرعت پمپاژ باید بین 250000-50000  متر مکعب بر ساعت و فشار تقریبی 67/0 مگابار باشد.

استفاده از فیلتر غبار جهت به دام انداختن ذرات غبار تولید شده در طول فرآیند ضروری است. از آنجا که ذرات غبار غالباً هرمی شکل هستند، فیلتر نیز باید به تناسب طراحی شود. برای تمیزکردن سطح فیلترها از دمش معکوس گاز خنثی استفاده می‌شود.

در طول فرآیند طولانی دمش اکسیژن در فشار بالا، گازهایی که که از مخزن گاززدا خارج می‌شوند نیز از تراکم بالایی برخوردار هستند و این بدان معناست که انرژی حرارتی زیادی را در خود ذخیره می‌کنند. برای این که از داغ شدن بیش از اندازه فیلتر غبار جلوگیری شود، در طول فرآیند دمش اکسیژن، یک گاز خنک کننده باید بین فیلتر و مخزن اعمال شود.

بنابراین فرآیند VOD به منظور کاهش هرچه بیشتر ترکیبات اکسیدشونده موجود در فولاد نظیر کربن و فسفر به کار رفته و با دارا بودن یک مرحله اضافی دمش اکسیژن در مقایسه با فرآیند VD، فولاد باکیفیت‌تری را تولید می‌کند.