В процессах ковшового рафинированиякальциево-кремниевые сплавыявляются одними из важнейших композиционных добавок. Они одновременно выполняют три основные задачи: раскисление, обессеривание и модификацию включений, что делает их незаменимым материалом для производства высококачественной чистой стали.
Однако даже при использовании кремний-кальциевого сплава одной и той же марки между разными партиями могут существовать значительные различия в эффектах обработки. Основная причина этой разницы часто кроется не в различиях в рабочем процессе, а в стабильности состава самого сплава CaSi-особенно в колебаниях содержания кальция и кремния. Кальций является наиболее активным раскисляющим элементом, и даже небольшие изменения его содержания могут привести к значительным изменениям в эффектах обработки стали.
Двойные преимущества сплавов сика обусловлены синергическим эффектом кальция и кремния, каждый из которых имеет свою собственную функцию:
| Элементы | Основные функции | Механизм действия |
| Кальций (Ca) | Сильное раскисление, десульфуризация и денатурация включений. | Он имеет сильное сродство к кислороду и сере, образуя CaO и CaS, превращая Al₂O₃ в алюминат кальция с низкой-точкой плавления-. |
| Кремний (Si) | Базовое раскисление и обработка элементов-носителей | Сначала он осуществляет предварительное раскисление, одновременно снижая давление паров кальция, тем самым увеличивая выход кальция. |
Кальций в сплавах кальция и кремния
1. Способность к раскислению: количественная связь между содержанием кальция и эффективностью раскисления.
Способность кальция к раскислению намного превосходит способность кремния. Исследования показали, что сродство кальция к кислороду примерно на 30% выше, чем у кремния. Содержание кальция напрямую определяет эффективность раскисления сплава.
| Типы содержания кальция | Объем | Характеристики дезоксигенации | Применимые сценарии |
| Тип с высоким содержанием кальция |
Ca Больше или равно 31% |
Сильная способность к раскислению, быстрое снижение содержания кислорода в расплавленной стали и образование включений алюмината кальция с низкой-точкой плавления-. | Сталь высокой-чистоты, автомобильная сталь, подшипниковая сталь |
| Средний тип кальция |
Около 24%-28% |
Умеренная способность к раскислению, хорошие общие характеристики. | Обычная высококачественная-сталь, конструкционная сталь |
| Тип с низким содержанием кальция |
Ca Меньше или равно 20 % |
Ограниченная способность к раскислению, в основном используется в качестве вспомогательного агента раскисления кремния. | Обычная сталь, чугун |
2. Эффект модификации включения
Одним из основных преимуществ кремний-кальциевых сплавов является модификация включений Al₂O₃ с высокой-точкой-точки плавления в алюминаты кальция с низкой-точкой плавления-, тем самым улучшая текучесть расплавленной стали и свойства стали.
| Соотношение Са/Si | Морфология включения | Результаты лечения | Риск образования узелков в литнике |
| < 0.5 (insufficient calcium) | Включения Al₂O₃ с высокой-точкой-плавления (температура плавления 2050 градусов) | Неполная денатурация; включения остаются твердыми. | Высокий риск |
|
0.5-0.8 |
Частично изменено | Умеренные результаты; наблюдаются колебания. | Средний риск |
| Больше или равно 0,8 (достаточное количество кальция) | Жидкий алюминат кальция (низкая температура плавления) | Включения полностью денатурированы; легко всплывает и удаляется. | Низкий риск |
3. Негативные последствия избыточного содержания кальция.
Важно отметить, что больше кальция не обязательно лучше. Чрезмерное содержание кальция может привести к новым проблемам:
| Типы проблем | Специфические проявления | Объяснение механизма |
| Ограничение температуры кипения | Температура кипения кальция составляет всего 1484 градуса, что ниже температуры расплавленной стали. | Избыток кальция будет бурно испаряться, вызывая разбрызгивание расплавленной стали. |
| Снижение урожайности | Выход кальция в объемных сплавах составляет всего 20-30%. | Кальций выделяется в виде пара, что приводит к низкой утилизации. |
| Медленное растворение | Температура плавления сплавов с высоким-кальцием повышается (1100 градусов → 1300 градусов). | Время полного растворения увеличивается с 3-5 минут до 8-10 минут. |
| Пустая трата ресурсов | Потеря элементов кальция с высокой-валентностью. | Экономическая эффективность снижается. |
Рекомендации по процессу:Рекомендуется использоватьпорошковая проволокапроцесс подачи вместо прямого ввода блочного сплава, что может увеличить степень извлечения кальция с 20%-30% до 40%-50%.
Кремний в сплавах CaSi
1. «Несущая» функция кремния.
Кремний в кремниевых-сплавах кальция не только осуществляет основное раскисление, но и играет решающую роль,-выступая в качестве "переносчика" для кальция. Чистый кальций имеет чрезвычайно высокое давление паров при температуре расплавленной стали, что затрудняет его эффективное добавление; однако после образования сплава с кремнием активность кальция снижается, что позволяет ему стабильно растворяться в расплавленной стали и оказывать раскисляющее действие.
2. Комплексное влияние соотношения Ca/Si на эффект обработки стали.
Если рассматривать кальций и кремний как синергетическую систему, то их соотношение (Ca/Si) является более важным параметром процесса, чем содержание любого отдельного элемента:
| Диапазон соотношения Ca/Si | Эффект дезоксигенации | Контроль включения | Производительность непрерывного литья | Качество стали |
|
< 0.4 (Severe calcium deficiency) |
Бедный | Включения Al₂O₃: неденатурированные | Сильное засорение форсунок. | Значительная анизотропия |
|
0,4-0,6 (Недостаток кальция) |
Средний | частично денатурированный | Периодическое засорение | Большие колебания производительности |
|
0,6-0,8 (Хорошо) |
Хороший | полностью денатурированный | В основном стабильный | Стабильная производительность |
|
0,8-1,0 (оптимально) |
Отличный | полностью сжиженный | Плавная работа | Отличное качество |
|
>1,0 (избыток кальция) |
Отлично, но расточительно | стабильный эффект | Бесперебойная работа, но высокая стоимость | Хорошее качество, но низкая экономическая эффективность |
Для сталелитейных компаний выбор поставщика кальциево-кремниевых сплавов стабильного состава является не только решением о закупках, но и стратегическими инвестициями в контроль качества. Только когда содержание кальция и кремния в каждой партии кремний-кальциевого сплава остается стабильным в заданном диапазоне, инженеры-технологи могут создать надежную модель процесса, обеспечивающую предсказуемые, воспроизводимые и оптимизируемые результаты обработки стали.
