Bei PfannenveredelungsprozessenCalcium-Silizium-Legierungensind eines der wichtigsten Verbundadditive. Sie erfüllen gleichzeitig drei Hauptaufgaben: Desoxidation, Entschwefelung und Einschlussmodifikation, was sie zu einem unverzichtbaren Material für die Herstellung von hochwertigem, sauberem Stahl macht.
Allerdings können selbst bei der gleichen Silizium-Kalzium-Legierung erhebliche Unterschiede in den Behandlungseffekten zwischen verschiedenen Chargen bestehen. Die Hauptursache für diesen Unterschied liegt oft nicht in Schwankungen im Betriebsprozess, sondern in der Zusammensetzungsstabilität der CaSi-Legierung selbst-insbesondere Schwankungen im Kalzium- und Siliziumgehalt. Calcium ist das reaktivste desoxidierende Element, und selbst kleine Änderungen in seinem Gehalt können erhebliche Veränderungen in den Auswirkungen der Stahlbehandlung hervorrufen.
Die doppelten Vorteile von Sica-Legierungen ergeben sich aus der synergistischen Wirkung von Kalzium und Silizium, wobei jede von ihnen einen eigenen Funktionsschwerpunkt hat:
| Elemente | Kernfunktionen | Wirkmechanismus |
| Kalzium (Ca) | Starke Desoxidation, Entschwefelung und Einschlussdenaturierung | Es hat eine starke Affinität zu Sauerstoff und Schwefel und bildet CaO und CaS, wodurch Al₂O₃ in Calciumaluminat mit niedrigem Schmelzpunkt umgewandelt wird. |
| Silizium (Si) | Grundlegende Desoxidation und Trägerelementverarbeitung | Es führt zunächst eine vorläufige Desoxidation durch und senkt gleichzeitig den Dampfdruck des Kalziums, wodurch die Kalziumausbeute erhöht wird. |
Calcium in Calcium-Silizium-Legierungen
1. Desoxidationskapazität: Quantitative Beziehung zwischen Calciumgehalt und Desoxidationseffizienz
Die Desoxidationskapazität von Calcium ist der von Silizium weit überlegen. Studien haben gezeigt, dass die Sauerstoffaffinität von Kalzium etwa 30 % höher ist als die von Silizium. Der Calciumgehalt bestimmt direkt die Desoxidationseffizienz der Legierung.
| Arten des Kalziumgehalts | Umfang | Desoxygenierungseigenschaften | Anwendbare Szenarien |
| Typ mit hohem Kalziumgehalt |
Ca Größer als oder gleich 31 % |
Starke Desoxidationsfähigkeit, die den Sauerstoffgehalt der Stahlschmelze schnell reduziert und niedrig{0}schmelzende-Calciumaluminateinschlüsse bildet. | Hochreiner-Stahl, Automobilstahl, Wälzlagerstahl |
| Mittlerer Kalziumtyp |
Ca. 24 %–28 % |
Mäßige Desoxidationsfähigkeit, gute Gesamtleistung. | Konventioneller hochwertiger-Stahl, Baustahl |
| Typ mit niedrigem Kalziumgehalt |
Ca Weniger als oder gleich 20 % |
Begrenzte Desoxidationsfähigkeit, wird hauptsächlich als Hilfsdesoxidationsmittel für Silizium verwendet. | Gewöhnlicher Stahl, Gusseisen |
2. Einschlussmodifikationseffekt
Einer der Kernwerte von Silizium-Kalzium-Legierungen ist die Umwandlung von Al₂O₃-Einschlüssen mit hohem Schmelzpunkt in Kalziumaluminate mit niedrigem Schmelzpunkt, wodurch die Fließfähigkeit von geschmolzenem Stahl und die Eigenschaften des Stahls verbessert werden.
| Ca/Si-Verhältnis | Einschlussmorphologie | Behandlungsergebnisse | Gefahr der Knötchenbildung am Anguss |
| < 0.5 (insufficient calcium) | Al₂O₃-Einschlüsse mit hohem Schmelzpunkt (Schmelzpunkt 2050 Grad) | Unvollständige Denaturierung; Einschlüsse bleiben fest. | Hohes Risiko |
|
0.5-0.8 |
Teilweise modifiziert | Mäßige Ergebnisse; Schwankungen beobachtet. | Mittleres Risiko |
| Größer oder gleich 0,8 (ausreichend Kalzium) | Flüssiges Calciumaluminat (niedriger Schmelzpunkt) | Einschlüsse vollständig denaturiert; leicht schweben und entfernen. | Geringes Risiko |
3. Negative Auswirkungen eines zu hohen Kalziumgehalts
Es ist wichtig zu beachten, dass mehr Kalzium nicht unbedingt besser ist. Ein zu hoher Kalziumgehalt kann zu neuen Problemen führen:
| Problemtypen | Spezifische Manifestationen | Erklärung des Mechanismus |
| Siedepunktbegrenzung | Der Siedepunkt von Calcium beträgt nur 1484 Grad und liegt damit unter der Temperatur von geschmolzenem Stahl. | Überschüssiges Kalzium verdampft heftig, wodurch geschmolzener Stahl spritzt. |
| Verringerter Ertrag | Die Calciumausbeute in Massenlegierungen beträgt nur 20–30 %. | Calcium entweicht als Dampf, was zu einer geringen Ausnutzung führt. |
| Langsamere Auflösung | Der Schmelzpunkt von Legierungen mit hohem -Kalziumgehalt steigt (1100 Grad → 1300 Grad). | Die vollständige Auflösungszeit wird von 3–5 Minuten auf 8–10 Minuten verlängert. |
| Verschwendung von Ressourcen | Verlust hochwertiger Calciumelemente. | Die wirtschaftliche Effizienz nimmt ab. |
Prozessempfehlung:Es wird empfohlen, das zu verwendenFülldrahtZuführungsprozess anstelle der direkten Eingabe einer Blocklegierung, wodurch die Kalziumrückgewinnungsrate von 20–30 % auf 40–50 % erhöht werden kann.
Silizium in CaSi-Legierungen
1. Die „Träger“-Funktion von Silizium
Silizium in Silizium-{0}}Kalziumlegierungen führt nicht nur eine grundlegende Desoxidation durch, sondern spielt auch eine entscheidende Rolle-als „Träger“ für Kalzium. Reines Kalzium hat bei den Temperaturen des geschmolzenen Stahls einen extrem hohen Dampfdruck, was eine wirksame Zugabe erschwert. Nach der Bildung einer Legierung mit Silizium nimmt jedoch die Aktivität von Kalzium ab, sodass es sich stabil in der Stahlschmelze auflösen und seine desoxidierende Wirkung entfalten kann.
2. Der umfassende Einfluss des Ca/Si-Verhältnisses auf die Auswirkungen der Stahlbehandlung
Betrachtet man Kalzium und Silizium als synergistisches System, ist ihr Verhältnis (Ca/Si) ein wichtigerer Prozessparameter als der Gehalt eines einzelnen Elements:
| Ca/Si-Verhältnisbereich | Desoxygenierungseffekt | Inklusionskontrolle | Stranggussleistung | Stahlqualität |
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< 0.4 (Severe calcium deficiency) |
Arm | Al₂O₃-Einschlüsse: unvergällt | Starke Verstopfung der Düse | Signifikante Anisotropie |
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0,4-0,6 (Kalziummangel) |
Durchschnitt | teilweise denaturiert | Zeitweilige Verstopfung | Große Leistungsschwankungen |
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0,6-0,8 (Gut) |
Gut | vollständig denaturiert | Grundsätzlich stabil | Stabile Leistung |
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0,8–1,0 (optimal) |
Exzellent | vollständig verflüssigt | Reibungsloser Betrieb | Hervorragende Qualität |
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>1,0 (Kalziumüberschuss) |
Ausgezeichnet, aber verschwenderisch | stabile wirkung | Reibungsloser Betrieb, aber hohe Kosten | Gute Qualität, aber schlechte Wirtschaftlichkeit |
Für Stahlunternehmen ist die Auswahl eines Lieferanten von Calcium-Silizium-Legierungen mit stabiler Zusammensetzung nicht nur eine Beschaffungsentscheidung, sondern auch eine strategische Investition in die Qualitätskontrolle. Nur wenn der Kalzium- und Siliziumgehalt jeder Charge einer Silizium--Kalziumlegierung stabil im Zielbereich bleibt, können Verfahrensingenieure ein zuverlässiges Prozessmodell erstellen, das vorhersehbare, reproduzierbare und optimierbare Stahlbehandlungsergebnisse ermöglicht.
