Кальций-кремниевые сплавыиспользуют кальций (Ca) и кремний (Si) в качестве основных компонентов, а некоторые элементы бария и алюминия поддерживают их высокоэффективную функцию десульфурации:
Диапазон состава:Ca 28%-35%, Si 55%-65%, примеси Al Менее или равно 2,0%, S Менее или равно 0,04%, P Менее или равно 0,04%;
Физические свойства:Температура плавления 1250-1350 градусов, плотность 2,5-2,8 г/см³, в кусковой (5-30 мм) или гранулированной (1-10 мм) форме, с сильной химической активностью при высоких температурах;
Основные преимущества:Способность десульфурации кальция намного превосходит способность марганца и железа, а раскисляющий эффект кремния оптимизирует среду десульфурации, достигая синергетического эффекта «десульфуризация + раскисление».
Основной механизм десульфурации при производстве стали из кремниево-кальциевых сплавов
(1) Химическая реакция с кальцием-серой: основная основа десульфурации
Основная реакция:Ca + S → CaS, образующийся CaS имеет температуру плавления 2450 градусов и растворимость всего 0,0002% (в расплавленной стали), что делает его практически нерастворимым в расплавленной стали;
Синергетическая реакция:Кремний вступает в реакцию с FeO в расплавленной стали (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe), снижая содержание кислорода в расплавленной стали и предотвращая образование трудноудаляемых--сульфатов (таких как CaSO₄) кислородом и серой, тем самым создавая восстановительную среду для реакции с кальцием-серой;
Термодинамическое преимущество:Электродный потенциал кальция намного ниже, чем у серы, поэтому кальций преимущественно соединяется с серой, что делает реакцию десульфурации необратимой.
(2) Флотация и сепарация CaS: ключевой этап десульфурации
Факторы, определяющие разницу в плотности:CaS имеет гораздо меньшую плотность, чем расплавленная сталь, и, естественно, имеет тенденцию всплывать;
Усиление факторов разделения:Перемешивание расплавленной стали ускоряет агрегацию частиц CaS, увеличивая скорость флотации в 2-3 раза;
Адсорбция шлака:После всплывания на поверхность расплавленной стали CaS адсорбируется шлаком CaO-SiO₂-Al₂O₃ и выводится вместе со шлаком, завершая десульфурацию.
(3) Количественная оценка эффекта десульфурации и влияющих факторов
Данные основного эффекта:
Обычное количество добавки (0,1%-0,3% от массы расплавленной стали):Может снизить содержание серы в расплавленной стали с 0,05%-0,08% до менее 0,01%, достигая степени десульфурации 80%-90%;
Высококачественное-рафинирование стали (сумма добавления 0,3–0,5 % + рафинирование в печи LF):Содержание серы можно снизить до уровня ниже 0,005 % (стандарт для стали со сверх-низким содержанием серы) при степени десульфурации, большей или равной 93 %.
Ключевые факторы влияния:
Состав сплава:Сплав SiCa с содержанием 30–32 % Ca и 60–62 % Si демонстрирует наибольшую эффективность десульфурации. Слишком низкое содержание кальция (<28%) will lead to a 15%-20% decrease in desulfurization rate.
Температура стали:Скорость реакции десульфурации самая высокая при температуре 1550-1600 градусов. Ниже 1500 градусов эффективность реакции снижается на 30%.
Содержание кислорода:Когда начальное содержание кислорода в расплавленной стали меньше или равно 50 ppm, скорость десульфурации на 25% выше, чем при содержании кислорода 80-100 ppm. Раскисляющее действие кремния имеет решающее значение.
Применение и адаптация сплава CaSi на различных этапах производства стали
(1) Конвертерное производство стали (окончательное обессеривание)
Логика приложения:
Добавляется на более поздней стадии выпуска конвертера, используя турбулентное перемешивание расплавленной стали для первоначального снижения содержания серы, закладывая основу для последующего рафинирования;
Параметры процесса:
Количество добавки 0,1%-0,2%, температура расплавленной стали 1600-1650 градусов, перемешивание аргона в течение 5-8 минут во время выпуска, степень десульфурации может достигать 70%-75%;
Подходящие сценарии:
Первичное обессеривание обычной углеродистой стали и низколегированной стали, снижение содержания серы до 0,02%-0,03%.
(2) Рафинирование в печи LF (глубокая десульфурация)
Логика приложения:
В восстановительной атмосфере печи LF кремний-кальциевый сплав смешивается со шлакообразующими веществами, такими как известь и флюорит, для достижения глубокого обессеривания;
Параметры процесса:
Количество добавки 0,2%-0,5%, основность шлака контролируется на уровне 1,8-2,2, интенсивность перемешивания аргона 0,4-0,6 м/с, время рафинирования 30-40 минут, содержание серы может быть снижено до уровня ниже 0,005%;
Подходящие сценарии:
Производство сталей со сверх-низким содержанием серы, таких как высококачественные-легированные стали, нержавеющая сталь и подшипниковая сталь.
(3) Непрерывное литье Защитное литье (конечная десульфурация)
Логика приложения:
Проволока из кальциево-кремниевого сплава (диаметром 10-13 мм) подается в кристаллизатор через механизм подачи проволоки для удаления следовых количеств остаточной серы в расплавленной стали;
Параметры процесса:
Скорость подачи проволоки 3-5 м/с, количество подачи проволоки 0,05%-0,1%, что позволяет дополнительно снизить содержание серы до уровня ниже 0,003%, избегая горячеломких дефектов в непрерывнолитой заготовке.
Контрольные точки выбора и использования
(1) Логика выбора: выберите марку сплава в соответствии с требованиями к стали.
| Марка стали | Рекомендуемые марки кремниевых-кальциевых сплавов | Требования к основным компонентам (Ca/Si) | Цели десульфурации |
| Обычная углеродистая сталь | CaSi3060 | 30%/60% | S Менее или равно 0,02 %, степень десульфурации больше или равна 75 % |
| Низколегированная сталь | CaSi3262 | 32%/62% | S Менее или равно 0,01 %, степень десульфурации больше или равна 85 % |
| Высококачественная-сталь со сверх-низким содержанием серы | CaSi3560 | 35%/60% | S Менее или равно 0,005 %, степень десульфурации больше или равна 93 % |
(2) Меры предосторожности при использовании
Контроль количества добавления:
Excessive addition (>0,6%) может легко привести к избыточному содержанию кальция в расплавленной стали, образованию включений CaO и влиянию на ударную вязкость стали (снижение на 10–15%).
Время добавления:
Начинайте добавлять, когда конвертер выпустит 1/3 стали, чтобы избежать преждевременной добавления, которая может вызвать окисление кальция (степень выгорания-кальция увеличивается с 10–15 % до более чем 30 %).
Защита хранения:
Храните в сухом, герметичном помещении, чтобы избежать окисления влаги (образования Ca(OH)₂, снижения активности десульфурации). Срок хранения не должен превышать 6 месяцев.
Безопасность Защита:
Кальций легко воспламеняется. Во время добавления держитесь подальше от открытого огня и используйте сухой порошковый огнетушитель, чтобы предотвратить разбрызгивание частиц сплава и возникновение пожара.
Тенденции отрасли: совершенствование направлений обессеривания кальциево-кремниевых сплавов
Композитная обработка:Разработка композиционных десульфураторов на основе «кремния-кальция-бария» и «кремния-кальция-алюминия». Барий и алюминий могут еще больше улучшить коэффициент использования кальция (с 60–70% до более 80%), увеличивая степень десульфурации на 5–10%.
Улучшенная обработка:Настройка составов для различных марок стали (таких как сплавы со сверх-низким содержанием алюминия и кремния-кальция и сплавы с низким-сернистым кремнием-кальцием) для удовлетворения строгих требований по содержанию примесей, предъявляемых к высококачественным-сталям.
Зеленая обработка:Использование экологически чистой электроэнергии для выплавки кремний-кальциевых сплавов, сокращение выбросов углерода и оптимизация производственных процессов для снижения содержания вредных примесей (таких как P и S) в сплаве.
