Aliatges de calci silicisón aliatges compostos compostos per silici (Si) i calci (Ca), que contenen normalment entre un 28% i un 35% de Ca, un 55% -65% de Si, i la resta és ferro i petites quantitats d'impureses.
Aquesta combinació de dos elements no és en cap cas una casualitat, sinó una "maridada daurada" dissenyada amb cura pels metal·lúrgics:
| Elements | Inconvenients d'utilitzar-lo sol | Avantatges de la combinació |
| Calci (Ca) | Punt d'ebullició baix (1482 graus), vaporització violenta a temperatures d'acer fos, rendiment extremadament baix, difícil de controlar. | El silici, actuant com a "element portador", redueix la pressió de vapor del calci, permetent que es dissolgui de manera estable en l'acer fos. |
| Silici (Si) | Capacitat de desoxidació moderada; no pot aconseguir una desoxidació profunda quan s'utilitza sol. | Treballant de manera sinèrgica amb el calci, primer crea condicions favorables per al calci durant la desoxidació inicial, augmentant l'eficiència de desoxidació entre un 30% i un 40%. |
Menjar clau:La presència de silici permet que el calci es dissolgui "de manera silenciosa" en l'acer fos, en lloc de vaporitzar-se i escapar a l'instant. Aquesta és la base tecnològica perquè els aliatges CaSi tinguin un doble paper.
Per què considerar l'ordre de desoxidació i desulfuració?
En els processos de refinació de cullerots, l'aliatge de silici i calci (SiCa) és considerat un "agent de refinació universal". Pot realitzar simultàniament desoxidació, desulfuració i modificació d'inclusió, cosa que el converteix en un material auxiliar indispensable per a la producció d'acer d'alta-puresa. Afegir només un 0,2%-0,5% per tona d'acer és suficient per a un refinament profund, el que el converteix en un material auxiliar bàsic en la producció d'acer de gamma mitjana-{-.
Tanmateix, una pregunta fonamental ha preocupat constantment als-enginyers i dissenyadors de processos: quan s'afegeix un aliatge de calci silici a l'acer fos, la desoxidació i la desulfuració es produeixen simultàniament o seqüencialment? Si aquest últim, què passa primer?
La resposta a aquesta pregunta determina directament:
Moment de l'addició:S'ha d'afegir en les primeres o últimes etapes de refinació?
Mètode d'addició:S'ha d'afegir tot alhora o per lots?
Cost{0}efectivitat:Com maximitzar la utilització del calci?
La reacció de qui és més "urgent"?
1. En l'acer fos, el calci participa simultàniament en les següents reaccions clau:
Reacció de desoxidació
| Tipus de reacció | Equació de la reacció química | Explicació |
| Desoxidació bàsica del silici |
Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe |
Aquest procés es produeix espontàniament en acer fos a 1500-1600 graus. SiO₂ té una densitat baixa i flota fàcilment per formar escòries. |
| Desoxidació millorada del calci |
2Ca + O₂ → 2CaO |
El calci té una afinitat més forta per l'oxigen que el silici i l'alumini, i pot eliminar l'oxigen residual de l'acer fos. |
| Desnaturalització d'inclusió |
Ca + Al₂O₃ → CaO·Al₂O₃ |
Transforma l'Al₂O₃ fràgil en aluminat de calci líquid de -punt de fusió- baix. |
Reacció de desulfuració
| Tipus de reacció | Equació de la reacció química | Explicació |
| Desulfuració-dominada pel calci |
Ca + FeS → CaS + Fe |
CaS té un punt de fusió de 2450 graus i és gairebé insoluble en acer fos, flotant com a partícules sòlides. |
| Desulfuració assistida{0}}de silici |
Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe |
Redueix el contingut d'oxigen de l'acer fos, creant un entorn reductor per a la desulfuració i evitant la formació de CaSO₄. |
2. En termodinàmica metal·lúrgica, com més negatiu és el canvi d'energia lliure de Gibbs (ΔG) d'una reacció, més forta és la tendència espontània de la reacció i més "urgent" és.
Ordre d'afinitat de la reacció del calci:
Reacció del calci amb l'oxigen: ΔG és molt negatiu; a temperatures de fabricació d'acer (1600 graus), el calci té una afinitat extremadament forta per l'oxigen.
Reacció del calci amb sofre: ΔG també és negativa, però menys negativa que la de la reacció del calci-oxigen.
Conclusió:Des d'una perspectiva purament termodinàmica, el calci reacciona preferentment amb l'oxigen, i després amb el sofre.
3. Llindar crític: "pas prioritari" de l'oxigen
Els estudis mostren que la desulfuració només es produeix a gran escala quan el contingut d'oxigen de l'acer fos disminueix fins a un cert nivell:
Quan el contingut d'oxigen inicial és inferior o igual a 50 ppm, la velocitat de desulfuració és un 25% més alta que quan el contingut d'oxigen és de 80-100 ppm. El paper de desoxidació del silici és crucial en aquest procés, creant l'entorn reductor necessari per a la reacció calci-sofre.
Comparació dels efectes de desoxidació i desulfuració
1 Dades quantitatives sobre l'efecte de desoxidació
Segons les estadístiques de pràctiques industrials, l'efecte de desoxidació dels aliatges de silicicalci està estretament relacionat amb el grau d'acer i la quantitat afegida:
| Graus d'acer | Import addicional de CaSi | Contingut inicial d'oxigen (ppm) | Contingut d'oxigen després del refinament (ppm) | Eficàcia de desoxidació |
| Acer al carboni normal (Q235) |
0.2%-0.3% |
80-100 |
40-50 |
45%-60% |
| Acer de baixa{0}}aliatge d'alta resistència (Q355) |
0.3%-0.4% |
90-110 |
35-45 |
55%-68% |
| Acer inoxidable (304) |
0.4%-0.5% |
100-120 |
25-35 |
65%-79% |
| Acer estructural d'aliatge (40Cr) |
0.3%-0.4% |
85-105 |
30-40 |
58%-71% |
2 Dades quantitatives sobre l'efecte de la desulfuració
Els efectes de les reaccions de desulfuració realitzades simultàniament són els següents:
| Graus d'acer | Import addicional de CaSi | Contingut inicial de sofre (%) | Contingut de sofre després del refinament (%) | Eficiència de desulfuració | Valor bàsic |
| Acer al carboni normal (Q235) |
0.2%-0.3% |
0.03-0.05 |
0.015-0.025 |
30%-50% |
Eviteu la fragilitat calenta |
| Acer d'alta resistència de baix aliatge (Q355) |
0.3%-0.4% |
0.02-0.04 |
0.008-0.015 |
55%-70% |
Millorar la soldabilitat |
| Acer inoxidable (304) |
0.4%-0.5% |
0.015-0.03 |
0.003-0.008 |
70%-85% |
Millorar la resistència a la corrosió |
| Acer -resistent al desgast (NM450) |
0.3%-0.4% |
0.02-0.04 |
0.006-0.012 |
65%-80% |
Millorar la resistència al desgast |
3 Capacitat de desulfuració profunda
Per als graus d'acer-de gamma alta, els aliatges de silicicàlci poden aconseguir una desulfuració més profunda:
| Escenaris de processos | Import addicional de CaSi | Condicions de refinament | Contingut de sofre després de la desulfuració | Eficiència de desulfuració |
| Addició de rutina |
0.1%-0.3% |
- |
<0.01% |
80%-90% |
| Refinació-d'acer de gamma alta |
0.3%-0.5% |
Refinació del forn LF |
<0.005% |
Superior o igual al 93% |
| Colada contínua Colada protectora |
0.05%-0.1% |
Velocitat d'alimentació 3-5 m/s |
<0.003% |
Estàndard d'acer ultra-baix en sofre |
Informació clau:La comparació de les dues taules revela que, a la mateixa dosi, la reacció de desoxidació es produeix abans i més ràpidament, i l'eficiència de desoxidació generalment arriba a un nivell considerable abans que comenci la reacció de desulfuració. Això confirma l'ordre termodinàmic de la desoxidació que té prioritat sobre la desulfuració.
La resposta es revela: Què es produeix primer, la desoxigenació o la desulfuració?
A partir de l'ordre de reacció, la desoxigenació es produeix abans de la desulfuració.
| Dimensions de comparació | Reacció de desoxigenació | Reacció de desulfuració |
| Tendència termodinàmica | El calci té una afinitat més forta per l'oxigen, donant lloc a un ΔG més negatiu | Afinitat secundària |
| Seqüència de temps | Es produeix durant tot el procés, però és dominant en les primeres etapes | Actiu en l'etapa mitjana, requereix nivell d'oxigen per disminuir |
| Dependència del contingut d'oxigen | Encara pot ocórrer en condicions d'hiperòxia | Requereix un contingut d'oxigen inferior o igual a 50 ppm per a un funcionament eficient |
| El paper del silici | Element de desoxigenació del nucli | Auxiliar (creant un entorn reductor) |
El comportament del calci en l'acer fos es pot imaginar com un procés de "tractament prioritari":
Primera prioritat:Desoxidació-Després d'entrar a l'acer fos, el calci primer "busca" àtoms d'oxigen per combinar-los, mentre que el silici inicialment es desoxida, creant les condicions per al calci.
Segona prioritat:Desulfuració-Quan l'oxigen es consumeix a un nivell baix (menys o igual a 50 ppm), el calci comença a combinar-se amb el sofre en grans quantitats.
Tercera prioritat:Modificació-Finalment, el calci restant s'utilitza per modificar les inclusions residuals d'Al₂O₃, formant aluminat de calci de baix-punt de fusió-, optimitzant la morfologia de la inclusió.
Implicacions del procés
Aquest principi científic suggereix als-enginyers del lloc:
No espereu completar la desoxidació i la desulfuració simultàniament amb una sola addició-la prioritat del calci dicta que s'ha de fer per etapes.
El control de l'oxigen és un requisit previ per a una desulfuració eficient-si la desoxidació és incompleta en les primeres etapes, l'eficiència de la desulfuració en les etapes posteriors es veurà afectada inevitablement.
El tractament amb calci en les etapes posteriors del refinament és igual d'important-fins i tot després de completar la desoxidació i la desulfuració, una quantitat adequada de calci és crucial per millorar el rendiment de la fosa.
Preguntes freqüents
P1: Per què es realitza el tractament amb calci en les últimes etapes del refinament?
R: Perquè el calci reacciona preferentment amb l'oxigen. Només després que el contingut d'oxigen hagi disminuït a un nivell baix, el calci pot realitzar de manera eficient la desulfuració i la modificació de la inclusió.
P2: Com millorar el rendiment de calci?
R: Utilitzeu el mètode d'alimentació de filferro amb nucli (15%-20% més eficient que el mètode d'alimentació directa), controleu la temperatura de l'acer a 1500-1600 graus i comenceu a afegir calci quan s'ha aprofitat 1/3 de l'acer.
P3: Quines són les conseqüències d'afegir un excés d'aliatge de silici-calci?
A: Excessive addition (>El 0,6%) comportarà un contingut de calci excessivament elevat a l'acer, formant inclusions de CaO i reduint la resistència a l'impacte en un 10%-15%.
P4: Quin paper té el silici en l'aliatge de silici-calci?
R: El silici actua com a element portador, reduint l'alta pressió de vapor del calci, permetent que es dissolgui de manera estable en l'acer fos; simultàniament, el silici realitza una desoxidació preliminar, creant condicions per a la desulfuració del calci.
