Calcium-Silizium-Legierung (CaSi)ist ein hocheffizientes Verbundraffinierungsmittel in der metallurgischen Industrie. Durch die synergistische Wirkung von Silizium (Si) und Kalzium (Ca) wird eine tiefgreifende Desoxidation, Entschwefelung und Einschlussmodifikation erreicht, die direkt die Reinheit des geschmolzenen Stahls und die Gesamtleistung des Stahls bestimmt. Es ist ein zentrales Hilfsmaterial bei der Herstellung von mittel{2}}bis-hochwertigem-Stahl.
Kernvorteile:Hohe Desoxidations- und Entschwefelungseffizienz, hervorragende Einschlussmodifikationswirkung; Mit einer Zugabe von nur 0,2 %-0,5 % pro Tonne Stahl kann eine Tiefenveredelung erreicht werden, was es zum bevorzugten Verbundveredelungsmittel für die hochwertige Stahlproduktion macht.
Form und Verpackung:Blöcke (geeignet für die Pfannenveredelung),Calcium-Silizium-Pulver/Fülldraht (geeignet für Stranggussverfahren), verpackt in feuchtigkeitsbeständigen Eisenfässern oder Tonnensäcken; Internationale Transporte erfordern eine Versiegelung, um Oxidation zu verhindern.
Desoxidationsprinzip und quantitative Wirkung der Silizium-Kalzium-Legierung
(1) Kern-Desoxidationsmechanismus: Silizium-Kalzium-Synergie, Tiefenreinigung
Grundlegende Desoxidation von Silizium:
Reaktionsprinzip:Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe (spontan in geschmolzenem Stahl bei 1500-1600 Grad), SiO₂ hat eine viel geringere Dichte als geschmolzener Stahl und schwimmt leicht unter Bildung von Schlacke;
Hauptvorteile:Durch eine milde Desoxidation wird ein heftiges Sieden der Stahlschmelze vermieden, und das erzeugte SiO₂ kann mit anderen Oxiden (wie CaO・SiO₂) Verbundeinschlüsse mit niedrigem Schmelzpunkt bilden (wie CaO・SiO₂), wodurch die Trenneffizienz weiter verbessert wird.
Verbesserte Desoxidation durch Kalzium:
Reaktionsprinzip:2Ca + O₂ → 2CaO, Ca + Al₂O₃ → CaO・Al₂O₃. Calcium hat eine stärkere Affinität zu Sauerstoff als Silizium und Aluminium und entfernt Spuren von Restsauerstoff in der Stahlschmelze, während es gleichzeitig harte und spröde Al₂O₃-Einschlüsse modifiziert.
Einzigartige Rolle:Die durch die Verflüchtigung von Kalzium gebildeten Blasen rühren den geschmolzenen Stahl um, fördern die Kollision und Flotation von Einschlüssen und verbessern so die Gleichmäßigkeit der Desoxidation.
Synergistischer Desoxidationseffekt:
Silizium reduziert zunächst den Sauerstoffgehalt in der Stahlschmelze und schafft so Bedingungen für die Desoxidation von Kalzium. Das resultierende Ca₂SiO₄ und andere Verbundverbindungen steigern die Desoxidationseffizienz weiter und verbessern sie um 30–40 % im Vergleich zur Desoxidation mit einfachem Silizium oder Kalzium.
Quantitative Effekte nach Szenario
| Stahltyp | Zugabemenge der CaSi-Legierung | Anfänglicher Sauerstoffgehalt (ppm) | Sauerstoffgehalt nach der Raffinierung (ppm) | Desoxidationseffizienz |
|---|---|---|---|---|
| Gewöhnlicher Kohlenstoffstahl (Q235) | 0.2%-0.3% | 80-100 | 40-50 | 45%-60% |
| Niedrig-legierter hoch-fester Stahl (Q355) | 0.3%-0.4% | 90-110 | 35-45 | 55%-68% |
| Edelstahl (304) | 0.4%-0.5% | 100-120 | 25-35 | 65%-79% |
| Legierter Baustahl (40Cr) | 0.3%-0.4% | 85-105 | 30-40 | 58%-71% |
Entschwefelungsprinzip und quantitative Auswirkungen der Silizium-Kalzium-Legierung
(1) Kernentschwefelungsmechanismus: Calcium als dominierender Faktor, Silizium als Hilfs-Co--Faktor
Calcium-Dominante Entschwefelung:
Reaktionsprinzip:Ca + FeS → CaS + Fe (vorzugsweise in geschmolzenem Stahl), CaS hat einen Schmelzpunkt von 2450 Grad, ist in geschmolzenem Stahl unlöslich, fällt als feste Partikel aus und schwimmt zur Schlacke;
Hauptvorteile:Calcium hat eine sehr starke Affinität zu Schwefel und seine Entschwefelungskapazität ist fünf- bis zehnmal so hoch wie die von Mangan, wodurch der Schwefelgehalt in geschmolzenem Stahl auf unter 0,01 % sinkt.
Die Hilfsrolle von Silizium:
Reduziert die Oberflächenspannung von geschmolzenem Stahl, fördert die Kollision und Aggregation von CaS-Partikeln und beschleunigt deren Schweben und Trennung;
Reduziert den Sauerstoffgehalt im geschmolzenen Stahl während der Desoxidation, verringert die Beeinträchtigung der Entschwefelungsreaktion durch Sauerstoff (vermeidet die Entstehung von SO₂) und verbessert die Umwandlungsrate der Entschwefelungsreaktion.
(2) Quantitative Effekte nach Szenario
| Stahltyp | Zugabemenge der SiCa-Legierung | Anfangsschwefelgehalt (%) | Schwefelgehalt nach der Raffinierung (%) | Entschwefelungseffizienz | Kernwert |
|---|---|---|---|---|---|
| Gewöhnlicher Kohlenstoffstahl (Q235) | 0.2%-0.3% | 0.03-0.05 | 0.015-0.025 | 30%-50% | Vermeiden Sie thermische Sprödigkeit |
| Niedrig-legierter hoch-fester Stahl (Q355) | 0.3%-0.4% | 0.02-0.04 | 0.008-0.015 | 55%-70% | Verbessern Sie die Schweißbarkeit |
| Edelstahl (304) | 0.4%-0.5% | 0.015-0.03 | 0.003-0.008 | 70%-85% | Verbessern Sie die Korrosionsbeständigkeit |
| Verschleiß-beständiger Stahl (NM450) | 0.3%-0.4% | 0.02-0.04 | 0.006-0.012 | 65%-80% | Verbessern Sie die Verschleißfestigkeit |
Schlüsselfaktoren, die die Desoxidations- und Entschwefelungseffekte beeinflussen, und praktische Kontrolle
Stahltemperatur:Die optimale Reaktionstemperatur liegt bei 1500–1600 Grad. Wenn die Temperatur zu niedrig ist (<1450℃), the reaction rate decreases; if the temperature is too high (>1650 Grad), nimmt der Verflüchtigungsverlust von Kalzium zu.
Additionsmethode:Die Drahtvorschubmethode (Calcium-Silizium-Fülldraht) wird bei der Pfannenraffinierung verwendet. Die Gleichmäßigkeit der Zugabe ist gut und die Desoxidations- und Entschwefelungseffizienz ist 15–20 % höher als bei der Direkteinspeisung.
Anfangsgehalt an Sauerstoff und Schwefel im Stahl:Bei zu hohem Sauerstoff- und Schwefelgehalt sollte die Zugabemenge entsprechend erhöht oder stufenweise zugegeben werden, um eine unzureichende Reaktion zu vermeiden.
