Traditionellferrokiseldeoxidation lider av två stora nackdelar:första, är deoxidationsprodukten Al2O3 (aluminiumföroreningar i ferrokisel) en liten inneslutning, svår att avlägsna från smält stål, som påverkar stålrenheten;andra, avoxiderar den endast, inte avsvavlar samtidigt, vilket kräver tillsats av ett avsvavlingsmedel.
Kiselkarbid(SiC, renhet större än eller lika med 98%) åtgärdar exakt dessa brister med sina kärnfördelar:
Aluminium-fritt:Innehåller inget aluminium, vilket undviker bildning av Al₂O₃-inneslutningar, vilket gör den lämplig för produktion av låg-aluminiumstål och ultra-rent stål;
Multi-funktionell integration:Kombinerar deoxidation, avsvavling och kornförädling, vilket förenklar ståltillverkningsprocessen;
Termodynamiska fördelar:Mer stabil reaktion vid höga temperaturer, deoxidationsprodukter flyter lätt, vilket resulterar i högre stålrenhet.
Kärnverkansmekanism
(1) Deoxidationsmekanism
Kiselkarbid genomgår nedbrytnings- och reduktionsreaktioner i smält stål vid 1500-1600 grader:
Huvudreaktion:SiC + 2FeO → SiO₂ + 2Fe + CO↑
Hjälpreaktion:SiC + 3FeO → SiO₂ + 3Fe + CO₂↑
Den genererade SiO₂ har en mycket lägre densitet än smält stål och bildar lätt sammansatt slagg med låg--smältpunkt med CaO, som snabbt avlägsnas genom att flyta. Den stigande CO/CO₂-gasen kan röra om det smälta stålet, främja aggregationen och tillväxten av inneslutningar, vilket ytterligare förbättrar renheten hos det smälta stålet.
(2) Mekanism för avsvavling och spannmålsförfining
Avsvavlingsreaktion:Det [Si] som bildas vid nedbrytningen av SiC kan reagera med S i det smälta stålet och bilda SiS, som avlägsnas med slaggen. Avsvavlingshastigheten kan nå 40% -60%.
Kornförfining:De fina karbiderna (SiC-partiklar) som genereras av reaktionen kan fungera som heterogena kärnbildningskärnor under stelningen av smält stål, förfina kornen och förbättra stålets seghet och styrka.
Kärnfördelarna med kiselkarbid som ersättning för ferrokisel
| Jämförelsemått | Kiselkarbid (SiC) | Traditionell ferrokisel (FeSi75) |
| Deoxidationseffektivitet | Syrehalten i smält stål minskade från 80-100 ppm till 20-30 ppm | Syrehalten i smält stål minskade från 80-100 ppm till 30-50 ppm |
| Avsvavlingskapacitet | Avsvavlingshastighet: 40%-60%, med samtidig deoxygenering och avsvavling. | Endast deoxygenering, avsvavlingshastighet<10%. |
| Inklusionskontroll | Inga Al2O3-inneslutningar, SiO2 avlägsnas lätt | Innehåller små Al₂O3-inneslutningar, svåra att ta bort |
| Stål renhet | Totalt antal inkluderingar minskat med 50 %–70 % | Den totala inkluderingen är relativt hög |
| Kornförfiningseffekt | Kornstorleksförfining 30%-40% | Ingen betydande kornförfiningseffekt |
| Kompatibla stålsorter | Lågt-aluminiumstål, ultra-rent stål, lagerstål, etc. | Vanligt kolstål, låg-legerat stål |
Praktiska tillämpningseffekter och scenarieanpassningsförmåga
(1) Typiskt applikationsfall
En stor stålfabrik använde kiselkarbid för att ersätta FeSi vid tillverkning av GCr15-lagerstål (lågt aluminiumbehov: Als Mindre än eller lika med 0,005%):
Deoxidationseffekt:Syrehalten i det smälta stålet minskade från 90 ppm till 25 ppm, en minskning med 72,2 %;
Inklusionsförändringar:Al2O3-inneslutningar var nästan noll, och det totala inneslutningsinnehållet minskade från 12 mg/10 kg till 3,5 mg/10 kg;
Mekaniska egenskaper:Draghållfastheten ökade från 1800 MPa till 1950 MPa, och slagsegheten (-20 grader) ökade från 28J/cm² till 42J/cm²;
Processförenkling:Inget ytterligare avsvavlingsmedel krävdes, och kostnaden för hjälpmaterial per ton stål reducerades med 30-50 yuan.
(2) Lämpliga scenarier
Scenarier för prioriterade ersättningar:Höga-stålkvaliteter som är känsliga för inneslutningar, såsom låg-aluminiumstål, ultra-rent stål, lagerstål och fjäderstål;
Olämpliga scenarier:Vanligt kolstål (kostnad högre än ferrokisel, ingen kostnad-effektivitetsfördel), stålkvaliteter som kräver hög-kisellegering (kiselkarbidinnehållet frigöringseffektivitet är lägre än ferrokisel).
Nyckelpunkter för processkontroll
(1) Tilläggsbelopp och metod
Tilläggsbelopp:
Kontrolleras till 0,3 %-0,8 % av den smälta stålmassan (0,5 %-0,8 % för avancerade stål, 0,3 %-0,5 % för vanligt legerat stål);
Tilläggstid:
Tillsätts med flödet när omvandlartappningen når 1/2, eller tillsätts i det inledande skedet av LF-ugnsraffineringen för att säkerställa tillräcklig reaktion;
Fysiska krav:
Välj blockig kiselkarbid med en storlek på 3-10 mm för att undvika överdriven bränning på grund av pulver.
(2) Processanpassning och justering
Slaggs grundlighet:
Kontrollera CaO/SiO₂=1.2-1.5 för att förbättra slaggens adsorptionskapacitet för SiO₂;
Temperaturkontroll:
Håll temperaturen på det smälta stålet vid 1550-1600 grader för att säkerställa tillräcklig SiC-nedbrytningsreaktion;
Kombinerad användning:
När den läggs till i samband medkalciumkisellegeringaroch ferromangan kan det ytterligare förbättra avsvavlings- och inklusionsavlägsnande effekter.
(3) Lagring och skydd
Lagring:
Förvara i en torr och ventilerad miljö för att undvika fuktoxidation (oxidation genererar en SiO₂-film, vilket minskar reaktiviteten);
Säkerhet:
Håll borta från öppen låga under tillsatsen. CO/CO₂-gaser måste släppas ut genom avgassystemet för att undvika överskridande av verkstadsgaskoncentrationsstandarden.
