Kalciumkisellegering (CaSi)är ett högeffektivt kompositraffineringsmedel inom den metallurgiska industrin. Genom den synergistiska effekten av kisel (Si) och kalcium (Ca), uppnår den djup deoxidation, avsvavling och inklusionsmodifiering, vilket direkt bestämmer renheten hos smält stål och stålets totala prestanda. Det är ett kärnhjälpmaterial vid tillverkning av medel-till-hög-stål.
Kärnfördelar:Hög deoxidations- och avsvavlingseffektivitet, utmärkt inklusionsmodifieringseffekt; djup raffinering kan uppnås med en tillsats på endast 0,2 %-0,5 % per ton stål, vilket gör det till det föredragna kompositraffineringsmedlet för avancerad stålproduktion.
Form och förpackning:Block (lämpliga för skänkraffinering),kalciumkiselpulver/kärnadstråd (lämplig för kontinuerliga gjutprocesser), förpackad i fuktsäkra-järnfat eller tonpåsar; internationella transporter kräver tätning för att förhindra oxidation.
Deoxidationsprincip och kvantitativ effekt av kiselkalciumlegering
(1) Kärndeoxidationsmekanism: kisel-kalciumsynergi, djuprening
Grundläggande deoxidation av kisel:
Reaktionsprincip:Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe (spontant i smält stål vid 1500-1600 grader), SiO₂ har en mycket lägre densitet än smält stål och flyter lätt för att bilda slagg;
Viktiga fördelar:Mild deoxidation undviker våldsam kokning av smält stål, och den genererade SiO₂ kan bilda låg-smältpunkt-kompositinneslutningar med andra oxider (som CaO・SiO₂), vilket ytterligare förbättrar separationseffektiviteten.
Förbättrad deoxidation av kalcium:
Reaktionsprincip:2Ca + O2 → 2CaO, Ca + Al2O3 → CaO·Al2O3. Kalcium har en starkare affinitet för syre än kisel och aluminium, och tar bort spårmängder av kvarvarande syre i smält stål samtidigt som det modifierar hårda och spröda Al₂O3-inneslutningar.
Unik roll:Bubblorna som bildas av kalciumförångning rör om det smälta stålet, vilket främjar kollisionen och flotationen av inneslutningar, vilket förbättrar deoxidationslikformigheten.
Synergistisk deoxidationseffekt:
Kisel minskar först syrehalten i det smälta stålet, vilket skapar förutsättningar för kalciumdeoxidation. Den resulterande Ca2SiO4 och andra kompositföreningar förbättrar deoxidationseffektiviteten ytterligare och förbättrar den med 30%-40% jämfört med enkel kisel- eller kalciumdeoxidation.
Kvantitativa effekter efter scenario
| Stål typ | Tillsatsmängd av CaSi-legering | Initialt syreinnehåll (ppm) | Syrehalt efter raffinering (ppm) | Deoxidationseffektivitet |
|---|---|---|---|---|
| Vanligt kolstål (Q235) | 0.2%-0.3% | 80-100 | 40-50 | 45%-60% |
| Låg-legerat hög-hållfast stål (Q355) | 0.3%-0.4% | 90-110 | 35-45 | 55%-68% |
| Rostfritt stål (304) | 0.4%-0.5% | 100-120 | 25-35 | 65%-79% |
| Legerat konstruktionsstål (40Cr) | 0.3%-0.4% | 85-105 | 30-40 | 58%-71% |
Avsvavlingsprincip och kvantitativa effekter av kiselkalciumlegering
(1) Kärnavsvavlingsmekanism: kalcium som dominant faktor, kisel som hjälpko-faktor
Kalcium-Dominant avsvavling:
Reaktionsprincip:Ca + FeS → CaS + Fe (företrädesvis i smält stål), CaS har en smältpunkt på 2450 grader, är olösligt i smält stål, fälls ut som fasta partiklar och flyter till slaggen;
Viktiga fördelar:Kalcium har en mycket stark affinitet för svavel och dess avsvavlingskapacitet är 5-10 gånger högre än mangan, vilket minskar svavelhalten i smält stål till under 0,01 %.
Silicons hjälproll:
Minskar ytspänningen hos smält stål, främjar kollision och aggregering av CaS-partiklar och påskyndar deras flytning och separering;
Minskar syrehalten i smält stål under deoxidation, minskar interferensen av syre på avsvavlingsreaktionen (undviker alstring av SO2) och förbättrar omvandlingshastigheten för avsvavlingsreaktionen.
(2) Kvantitativa effekter efter scenario
| Stål typ | Tillsatsmängd av SiCa-legering | Initial svavelhalt (%) | Svavelhalt efter raffinering (%) | Avsvavlingseffektivitet | Kärnvärde |
|---|---|---|---|---|---|
| Vanligt kolstål (Q235) | 0.2%-0.3% | 0.03-0.05 | 0.015-0.025 | 30%-50% | Undvik termisk sprödhet |
| Låg-legerat hög-hållfast stål (Q355) | 0.3%-0.4% | 0.02-0.04 | 0.008-0.015 | 55%-70% | Förbättra svetsbarheten |
| Rostfritt stål (304) | 0.4%-0.5% | 0.015-0.03 | 0.003-0.008 | 70%-85% | Förbättra korrosionsbeständigheten |
| Slitstarkt-stål (NM450) | 0.3%-0.4% | 0.02-0.04 | 0.006-0.012 | 65%-80% | Förbättra slitstyrkan |
Nyckelfaktorer som påverkar deoxidations- och avsvavlingseffekter och praktisk kontroll
Ståltemperatur:Den optimala reaktionstemperaturen är 1500-1600 grader. Om temperaturen är för låg (<1450℃), the reaction rate decreases; if the temperature is too high (>1650 grader), ökar kalciumförångningen.
Tilläggsmetod:Trådmatningsmetoden (tråd med kärnor av kalciumkisel) används vid skänkraffinering. Tillsatsens likformighet är god, och deoxidations- och avsvavlingseffektiviteten är 15%-20% högre än den för direkt matning.
Initial syre- och svavelhalt i stålet:När syre- och svavelhalten är för hög bör den tillsatta mängden ökas på lämpligt sätt eller tillsättas i steg för att undvika otillräcklig reaktion.
