ТрадиционныйферросилицийРаскисление имеет два основных недостатка:первый, продукт раскисления Al₂O₃ (примеси алюминия в ферросилиции) представляет собой крошечное включение, трудно удаляемое из расплавленной стали, влияющее на чистоту стали;второй, он только раскисляет, но не одновременно десульфурирует, что требует добавления десульфурирующего агента.
Карбид кремния(SiC, чистота не менее 98%) точно устраняет эти недостатки благодаря своим основным преимуществам:
Без алюминия-:Не содержит алюминия, что позволяет избежать образования включений Al₂O₃, что делает его пригодным для производства стали с низким-алюминием и сверх{1}}чистой стали;
Многофункциональная-интеграция:Сочетает в себе функции раскисления, обессеривания и измельчения зерна, упрощая процесс выплавки стали;
Термодинамические преимущества:Более стабильная реакция при высоких температурах, продукты раскисления легко всплывают, что приводит к более высокой чистоте стали.
Основной механизм действия
(1) Механизм раскисления
Карбид кремния подвергается реакциям разложения и восстановления в расплавленной стали при температуре 1500-1600 градусов:
Основная реакция:SiC + 2FeO → SiO₂ + 2Fe + CO↑
Вспомогательная реакция:SiC + 3FeO → SiO₂ + 3Fe + CO₂↑
Образующийся SiO₂ имеет гораздо меньшую плотность, чем расплавленная сталь, и легко образует композитный шлак с низкой-точкой плавления-с CaO, который быстро удаляется всплавом. Поднимающийся газ CO/CO₂ может перемешивать расплавленную сталь, способствуя агрегации и росту включений, что еще больше повышает чистоту расплавленной стали.
(2) Механизм десульфурации и очистки зерна
Реакция десульфурации:[Si], образующийся в результате разложения SiC, может вступать в реакцию с S в расплавленной стали с образованием SiS, который удаляется со шлаком. Степень десульфурации может достигать 40-60%.
Очистка зерна:Мелкие карбиды (частицы SiC), образующиеся в результате реакции, могут служить гетерогенными ядрами зародышеобразования во время затвердевания расплавленной стали, измельчая зерна и улучшая ударную вязкость и прочность стали.
Основные преимущества карбида кремния как заменителя ферросилиция
| Сравнительные размеры | Карбид кремния (SiC) | Традиционный ферросилиций (ФеСи75) |
| Эффективность раскисления | Содержание кислорода в расплавленной стали снизилось с 80-100 ppm до 20-30 ppm. | Содержание кислорода в расплавленной стали снизилось с 80-100 ppm до 30-50 ppm. |
| Мощность десульфурации | Степень десульфурации: 40%-60%, с одновременной дезоксигенацией и десульфурацией. | Только дезоксигенация, скорость десульфурации<10%. |
| Контроль включения | Никаких включений Al₂O₃, SiO₂ легко удаляется. | Содержит крошечные включения Al₂O₃, которые трудно удалить. |
| Чистота стали | Общее количество включений снижено на 50–70 %. | Общее количество включений относительно велико |
| Эффект измельчения зерна | Мелкость зерна 30%-40% | Нет значительного эффекта измельчения зерна |
| Совместимые марки стали | Сталь с низким-алюминием, сверх-чистая сталь, подшипниковая сталь и т. д. | Обычная углеродистая сталь, низко-легированная сталь |
Эффекты практического применения и адаптируемость к сценариям
(1) Типичный случай применения
Крупный сталелитейный завод использовал карбид кремния вместо FeSi при производстве подшипниковой стали GCr15 (низкая потребность в алюминии: Als Меньше или равно 0,005%):
Эффект раскисления:Содержание кислорода в расплавленной стали снизилось с 90 ppm до 25 ppm, то есть на 72,2%;
Изменения включения:Включений Al₂O₃ практически не было, а общее содержание включений снизилось с 12мг/10кг до 3,5мг/10кг;
Механические свойства:Предел прочности увеличился с 1800 МПа до 1950 МПа, а ударная вязкость (-20 градусов) увеличилась с 28 Дж/см² до 42 Дж/см²;
Упрощение процесса:Никакого дополнительного десульфуратора не потребовалось, а стоимость вспомогательных материалов на тонну стали снизилась на 30-50 юаней.
(2) Подходящие сценарии
Сценарии приоритетной замены:Высококачественные-марки стали, чувствительные к включениям, такие как сталь с низким-алюминием, сверх-чистая сталь, подшипниковая сталь и пружинная сталь;
Неподходящие сценарии:Обычная углеродистая сталь (стоимость выше, чем у ферросилиция, нет преимущества в экономической-эффективности), марки стали, требующие высокого-легирования кремния (эффективность высвобождения содержания кремния из карбида кремния ниже, чем у ферросилиция).
Ключевые моменты для управления процессом
(1) Количество и метод добавления
Сумма добавления:
Контролируется на уровне 0,3%-0,8% от массы расплавленной стали (0,5%-0,8% для высококачественной стали, 0,3%-0,5% для обычной легированной стали);
Время добавления:
Добавляется в поток, когда выпуск конвертера достигает 1/2, или добавляется на начальном этапе рафинирования печи LF для обеспечения достаточной реакции;
Физические требования:
Выбирайте блочный карбид кремния размером 3-10 мм, чтобы избежать чрезмерного пригорания порошка.
(2) Адаптация и корректировка процесса
Основность шлака:
Контролируйте CaO/SiO₂=1.2-1.5, чтобы повысить адсорбционную способность шлака по SiO₂;
Контроль температуры:
Поддерживайте температуру расплавленной стали на уровне 1550-1600 градусов, чтобы обеспечить достаточную реакцию разложения SiC;
Комбинированное использование:
При добавлении вместе скальциево-кремниевые сплавыи ферромарганца, он может дополнительно улучшить эффект десульфурации и удаления включений.
(3) Хранение и защита
Хранилище:
Храните в сухом и вентилируемом помещении во избежание окисления влагой (окисление приводит к образованию пленки SiO₂, снижающей реакционную способность);
Безопасность:
Во время добавления держаться подальше от открытого огня. Газы CO/CO₂ должны выпускаться через выхлопную систему, чтобы избежать превышения стандарта концентрации газов, установленного мастерской.
