Calcium-Silizium-Legierungenbestehen hauptsächlich aus Kalzium (Ca) und Silizium (Si), wobei einige Elemente wie Barium und Aluminium ihre Anpassungsfähigkeit an verschiedene Anwendungen unterstützen:
Zusammensetzungsbereich:Ca 28 %–35 %, Si 55 %–65 %, Verunreinigungen Al kleiner oder gleich 2,0 %, S kleiner oder gleich 0,04 %, P kleiner oder gleich 0,04 %
Physikalische Eigenschaften:Schmelzpunkt 1250–1350 Grad, Dichte 2,5–2,8 g/cm³, in klumpiger (5–30 mm) oder körniger (1–10 mm) Form, zeigt starke chemische Aktivität bei hohen Temperaturen.
Kernfunktionen:Durch die Integration von Entschwefelung, Desoxidation, Legierung und Kornverfeinerung ist es ein „multi{0}funktionales Verbundmittel“ in der metallurgischen Industrie.
Kernanwendungsszenarien von Silizium-Kalzium-Legierungen
(1) Stahlindustrie: Kernrohstoff für die Entschwefelung, Desoxidation und Legierung
Die Silizium-Kalzium-Legierung ist ein hocheffizientes Verbundfunktionsmaterial in der Stahlindustrie, das sich besonders für die Herstellung von hochwertigem Stahl und Stahl mit extrem niedrigem Schwefelgehalt eignet. Seine Kernanwendungen sind wie folgt:
Tiefentschwefelung:
Wirkmechanismus:Calcium reagiert mit Schwefel mit extrem niedriger freier Energie und erzeugt bei hohen Temperaturen spontan CaS (Schmelzpunkt 2450 Grad, nahezu unlöslich in geschmolzenem Stahl). Silizium desoxidiert gleichzeitig und optimiert die Reaktionsumgebung (Englisch: Ca + S → CaS, Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe);
Quantitativer Effekt:Durch die Zugabe von 0,1 %-0,5 % kann der Schwefelgehalt von geschmolzenem Stahl von 0,05 % bis 0,08 % auf unter 0,01 % (Standard für Stahl mit extrem niedrigem Schwefelgehalt) gesenkt werden, wodurch eine Entschwefelungsrate von 80 % bis 95 % erreicht wird;
Geeignete Szenarien: Hochwertige Stahlsorten, die empfindlich auf Schwefelgehalt reagieren, wie Lagerstahl, Federstahl und Edelstahl.
Hocheffiziente Desoxidation:
Wirkmechanismus:Calcium hat eine stärkere Desoxidationsfähigkeit als Aluminium und Silizium. Es kann mit Sauerstoff und Oxiden in geschmolzenem Stahl reagieren, um CaO zu bilden, und kann auch Al₂O₃-Einschlüsse reduzieren (wodurch CaO・Al₂O₃ mit niedrigem Schmelzpunkt entsteht), die durch Flotation leicht entfernt werden können.
Quantitativer Effekt:Bei einer Zugabe von 0,2–0,3 % sinkt der Sauerstoffgehalt im geschmolzenen Stahl von 80–100 ppm auf 20–30 ppm, die Gesamtmenge an Oxideinschlüssen sinkt um 60–70 % und die Oberflächenfehlerrate von Stahlbarren sinkt von 1,2 % auf 0,3 %.
Geeignete Szenarien:Herstellung von niedriglegiertem hochfestem Stahl und Elektrosiliziumstahl zur Verbesserung der Verarbeitungsleistung und Lebensdauer von Stahl.
Legierungs- und Leistungssteigerung:
Wirkmechanismus: Calcium- und Siliziumatome werden in das Ferritgitter eingebaut, was zu einer Gitterverzerrung führt, die Versetzungsbewegung behindert und die Korngröße verfeinert;
Quantitativer Effekt:Die Zugabe von 0,1 %-0,2 % Ferro-Silizium-Kalzium-Legierung zu niedriglegiertem Baustahl erhöht die Zugfestigkeit um 10–15 % und die Schlagzähigkeit (-20 Grad) um 20–30 %, wodurch es für Maschinenbau und Brückenstahl geeignet ist;
(2) Gießereiindustrie: Kernkomponenten von Impfmitteln und Sphäroidisierungsmitteln
Die SiCa-Legierung wird hauptsächlich bei der Herstellung von Grauguss und Sphäroguss verwendet, um die Gleichmäßigkeit der Gussstruktur und der mechanischen Eigenschaften zu verbessern:
Anwendung des Impfmittels:
Wirkmechanismus:Fördert die Graphitisierungsausfällung, verfeinert die Graphitkörner und die Matrixstruktur und verhindert die Neigung zu weißem Gusseisen;
Quantitativer Effekt:Die Zugabe von 0,1–0,3 % körniger Ferro-Kalzium-Silizium-Legierung (1–3 mm) (Grauguss) erhöht die Zugfestigkeit von Gussteilen von 200 MPa auf 280 MPa und verbessert die Schlagzähigkeit . 133 %, die Ausschussrate wurde von 8 % auf 3 % reduziert; Geeignet für: Präzisionsgussteile wie Motorblöcke und Werkzeugmaschinenbetten.
Komponenten des Sphäroidisierungsmittels:
Wirkmechanismus:Wird in Kombination mit Magnesium und seltenen Erdelementen (wie z. BSilizium-Kalzium-Barium-Legierungen) zur Förderung der Graphitkristallisation in Kugelformen und zur Verbesserung der Zähigkeit und Festigkeit von Sphäroguss;
Wirkung:Die Sphäroidisierungsrate kann über 90 % erreichen, die Zugfestigkeit des Sphärogusses ist größer oder gleich 450 MPa, die Dehnung größer oder gleich 10 % und eignet sich für tragende Teile wie Automobilkurbelwellen und Zahnräder;
Vorteile:Im Vergleich zu einzelnen Magnesium-Sphäroidisierungsmitteln können Calcium-Silizium-Legierungen die Abbrandrate von Magnesium um 15–20 % reduzieren und so die Produktionskosten senken.
(3) Ferrolegierungsproduktion: hoch-effizientes Reduktions- und Raffinationsmittel
CaSi-Legierungen sind aufgrund ihrer stark reduzierenden Eigenschaften und ihres niedrigen Kohlenstoffgehalts (weniger als oder gleich 0,1 %) ideale Reduktionsmittel für die Herstellung von Ferrolegierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt.
Kernanwendungen:
Wirkmechanismus:Reduziert Oxide von Vanadium, Titan, Niob usw., um kohlenstoffarmes Ferrovanadium, Ferrotitan, Ferroniob usw. herzustellen, wobei eine Kohlenstoffanreicherung vermieden wird;
Geeignete Szenarien:Hochwertige-Produktion von Ferrolegierungen, die in den Bereichen Luft- und Raumfahrt und elektronische Materialien eingesetzt werden.
Verfeinerungsfunktion:Entfernt Verunreinigungen wie Schwefel und Phosphor aus Ferrolegierungen und verbessert so die Produktreinheit. Beispielsweise wird bei der Herstellung von hochreinem Ferromangan durch die Zugabe von Calcium-Silizium-Legierungen der Schwefelgehalt von 0,05 % auf unter 0,01 % reduziert, wodurch die Anforderungen der hochwertigen Stahlschmelze erfüllt werden.
(4) Andere Anwendungsszenarien
Nicht-Nichteisenmetallschmelze:Als Raffinationsmittel für Aluminium- und Kupferlegierungen entfernt es Sauerstoff- und Schwefelverunreinigungen und verbessert so die Reinheit und Fließfähigkeit des Metalls. Bei einer Zugabe von 0,3–0,5 % sinkt der Sauerstoffgehalt von Aluminiumlegierungen von 50–80 ppm auf 20–30 ppm, wodurch die Porositätsfehlerrate von Gussteilen um 70 % reduziert wird. Geeignete Szenarien: Herstellung von Aluminiumlegierungen und Präzisionskupferlegierungen für die Luft- und Raumfahrt.
Schweißmaterialien:Als Rohstoff für Schweißstäbe und Flussmittelbeschichtungen mit einem Zusatz von 20–30 % desoxidiert und entschwefelt es beim Schweißen und verbessert so die Schweißnahtfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit; Schweißnahtzugfestigkeit größer oder gleich 400 MPa und Salzsprühkorrosionsbeständigkeitszeit um das Zweifache verlängert; Geeignete Szenarien: Bau- und Maschinenschweißen.
Anwendungsanpassung und Auswahllogik verschiedener Qualitäten von CaSi-Legierungen
(1) Tabelle der Kernqualitäten und Anwendungsanpassungen
| Silizium-Kalzium-Legierungssorte | Kernkomponenten (Ca/Si) | Kernanwendungsszenarien | Empfohlene Ergänzung |
| CaSi3060 | 30%/60% | Desoxidation bei der konventionellen Stahlherstellung, Impfung von niedriglegierten Gussteilen | 0,1 %–0,2 % (Stahlherstellung), 0,1 %–0,3 % (Guss) |
| CaSi3262 | 32%/62% | Entschwefelung in der hochwertigen Stahlherstellung, Sphäroidisierung im Präzisionsguss | 0,2 %–0,5 % (Stahlherstellung), 0,2 %–0,4 % (Guss) |
| CaSi3560 | 35%/60% | Raffinierung von Stahl mit extrem niedrigem Schwefelgehalt und Reduktionsmitteln bei der Herstellung von Ferrolegierungen | 0,3 %–0,5 % (Stahlherstellung), 1,2–1,5 Tonnen/Tonne Legierung (Ferrolegierung) |
(2) Kernauswahlprinzipien
Leistungspriorität:Hochwertiger -Stahl und Präzisionsguss sollten hohe -Kalziumqualitäten (Ca größer oder gleich 32 %) verwenden, um Entschwefelungs- und Desoxidationseffekte sicherzustellen;
Kostenbilanz:Gewöhnlicher Stahl und konventioneller Guss sollten mittlere -Kalziumqualitäten (Ca 30–32 %) verwenden, um Leistung und Kosten in Einklang zu bringen;
Prozessanpassung:Bei der Stahlherstellung sollten blockige (5–30 mm) Materialien verwendet werden, beim Gießen sollten körnige (1–3 mm) Materialien verwendet werden und bei der Ferrolegierungsproduktion sollten blockige (10–50 mm) Materialien verwendet werden.
