Bij pollepelraffinageprocessencalciumsiliciumlegeringenzijn een van de belangrijkste composietadditieven. Ze voeren tegelijkertijd drie belangrijke taken uit: deoxidatie, ontzwaveling en insluitingsmodificatie, waardoor ze een onmisbaar materiaal zijn voor de productie van schoon staal van hoge- kwaliteit.
Zelfs met silicium-calciumlegeringen van dezelfde kwaliteit kunnen er tussen verschillende batches echter aanzienlijke verschillen in behandelingseffecten bestaan. De hoofdoorzaak van dit verschil ligt vaak niet in variaties in het werkingsproces, maar in de samenstellingsstabiliteit van de CaSi-legering zelf-vooral fluctuaties in het calcium- en siliciumgehalte. Calcium is het meest reactieve deoxiderende element, en zelfs kleine veranderingen in de inhoud ervan kunnen aanzienlijke veranderingen in de effecten van de staalbehandeling veroorzaken.
De dubbele voordelen van sica-legeringen komen voort uit het synergetische effect van calcium en silicium, waarbij elk zijn eigen nadruk op functie legt:
| Elementen | Kernfuncties | Mechanisme van actie |
| Calcium (Ca) | Sterke deoxidatie, ontzwaveling en insluitingsdenaturatie | Het heeft een sterke affiniteit voor zuurstof en zwavel en vormt CaO en CaS, waardoor Al₂O₃ wordt omgezet in calciumaluminaat met een laag-smeltpunt-. |
| Silicium (Si) | Basisdeoxidatie en verwerking van dragerelementen | Het voert eerst een voorlopige deoxidatie uit, terwijl tegelijkertijd de dampdruk van calcium wordt verlaagd, waardoor de calciumopbrengst wordt verhoogd. |
Calcium in calcium-siliciumlegeringen
1. Deoxidatiecapaciteit: kwantitatieve relatie tussen calciumgehalte en deoxidatie-efficiëntie
Het deoxidatievermogen van calcium is veel beter dan dat van silicium. Studies hebben aangetoond dat de zuurstofaffiniteit van calcium ongeveer 30% hoger is dan die van silicium. Het calciumgehalte bepaalt rechtstreeks de deoxidatie-efficiëntie van de legering.
| Soorten calciumgehalte | Domein | Deoxygenatiekenmerken | Toepasselijke scenario's |
| Hoog calciumtype |
Ca Groter dan of gelijk aan 31% |
Sterk deoxidatievermogen, waardoor het zuurstofgehalte van gesmolten staal snel wordt verlaagd en calciumaluminaatinsluitsels met een laag-smeltpunt- worden gevormd. | Hoog-zuiver staal, autostaal, lagerstaal |
| Middelmatig calciumtype |
Ca 24%-28% |
Matig deoxidatievermogen, goede algehele prestaties. | Conventioneel staal van hoge-kwaliteit, constructiestaal |
| Laag calciumtype |
Ca Minder dan of gelijk aan 20% |
Beperkt deoxidatievermogen, voornamelijk gebruikt als aanvullend siliciumdeoxidatiemiddel. | Gewoon staal, gietijzer |
2. Inclusiemodificatie-effect
Een van de kernwaarden van silicium-calciumlegeringen is de modificatie van Al₂O₃-insluitsels met een hoog-smeltpunt- in calciumaluminaten met een laag-smeltpunt-, waardoor de vloeibaarheid van gesmolten staal en de eigenschappen van het staal worden verbeterd.
| Ca/Si-verhouding | Inclusiemorfologie | Behandelingsresultaten | Risico op knobbelvorming aan de spruw |
| < 0.5 (insufficient calcium) | Al₂O₃-insluitsels met een hoog-smelt-punt (smeltpunt 2050 graden) | Onvolledige denaturatie; insluitsels blijven solide. | Hoog risico |
|
0.5-0.8 |
Gedeeltelijk gewijzigd | Matige resultaten; schommelingen waargenomen. | Middelmatig risico |
| Groter dan of gelijk aan 0,8 (voldoende calcium) | Vloeibaar calciumaluminaat (laag smeltpunt) | Insluitsels volledig gedenatureerd; gemakkelijk gedreven en verwijderd. | Laag risico |
3. Negatieve effecten van overmatig calciumgehalte
Het is belangrijk op te merken dat meer calcium niet noodzakelijkerwijs beter is. Een te hoog calciumgehalte kan tot nieuwe problemen leiden:
| Probleemtypen | Specifieke manifestaties | Mechanisme Uitleg |
| Kookpuntbeperking | Het kookpunt van calcium is slechts 1484 graden, lager dan de temperatuur van gesmolten staal. | Overtollig calcium zal heftig verdampen, waardoor gesmolten staal zal spatten. |
| Verminderde opbrengst | De calciumopbrengst in bulklegeringen is slechts 20% -30%. | Calcium ontsnapt als damp, wat resulteert in een lage benutting. |
| Langzamere ontbinding | Het smeltpunt van legeringen met een hoog-calciumgehalte neemt toe (1100 graden →1300 graden). | De volledige oplostijd wordt verlengd van 3-5 minuten naar 8-10 minuten. |
| Verspilling van hulpbronnen | Verlies van calciumelementen met hoge{0}}valentie. | De economische efficiëntie neemt af. |
Procesaanbeveling:Het wordt aanbevolen om gebruik te maken van degevulde draadvoedingsproces in plaats van directe invoer van bloklegeringen, waardoor het calciumherstelpercentage kan worden verhoogd van 20% -30% naar 40% -50%.
Silicium in CaSi-legeringen
1. De ‘carrier’-functie van Silicon
Silicium in silicium-calciumlegeringen zorgt niet alleen voor fundamentele deoxidatie, maar speelt ook een cruciale rol- als 'drager' voor calcium. Zuiver calcium heeft een extreem hoge dampspanning bij gesmolten staaltemperaturen, waardoor het moeilijk is om effectief toe te voegen; Na het vormen van een legering met silicium neemt de activiteit van calcium echter af, waardoor het stabiel kan oplossen in gesmolten staal en zijn deoxiderende effect kan uitoefenen.
2. De alomvattende impact van de Ca/Si-verhouding op de effecten van staalbehandeling
Als we calcium en silicium als een synergetisch systeem beschouwen, is hun verhouding (Ca/Si) een belangrijkere procesparameter dan de inhoud van welk afzonderlijk element dan ook:
| Ca/Si-verhoudingsbereik | Deoxygenatie-effect | Inclusiecontrole | Continue gietprestaties | Staalkwaliteit |
|
< 0.4 (Severe calcium deficiency) |
Arm | Al₂O₃-insluitsels: niet gedenatureerd | Ernstige verstopping van de spuitmonden | Aanzienlijke anisotropie |
|
0,4-0,6 (onvoldoende calcium) |
Gemiddeld | gedeeltelijk gedenatureerd | Periodieke verstopping | Grote prestatieschommelingen |
|
0,6-0,8 (goed) |
Goed | volledig gedenatureerd | In principe stabiel | Stabiele prestaties |
|
0,8-1,0 (optimaal) |
Uitstekend | volledig vloeibaar gemaakt | Vlotte bediening | Uitstekende kwaliteit |
|
>1,0 (calciumoverschot) |
Uitstekend maar verspillend | stabiel effect | Vlotte bediening maar hoge kosten | Goede kwaliteit, maar slechte economische efficiëntie |
Voor staalproducenten is het selecteren van een leverancier van calcium-siliciumlegeringen met een stabiele samenstelling niet alleen een aankoopbeslissing, maar ook een strategische investering in kwaliteitscontrole. Alleen wanneer het calcium- en siliciumgehalte van elke batch silicium-calciumlegeringen stabiel blijft binnen het beoogde bereik, kunnen procesingenieurs een betrouwbaar procesmodel opstellen, dat voorspelbare, reproduceerbare en optimaliseerbare staalbehandelingsresultaten mogelijk maakt.
