Кальцієво-кремнієві сплавивикористовують кальцій (Ca) і кремній (Si) як основні компоненти, а деякі елементи барію та алюмінію підтримують їх високоефективну функцію десульфурації:
Діапазон складу:Ca 28%-35%, Si 55%-65%, домішки Al Менше або дорівнює 2,0%, S Менше або дорівнює 0,04%, P Менше або дорівнює 0,04%;
Фізичні властивості:Температура плавлення 1250-1350 градусів, щільність 2,5-2,8 г/см³, у грудковій (5-30 мм) або гранульованій (1-10 мм) формі, з сильною хімічною активністю при високих температурах;
Основні переваги:Здатність десульфурації кальцію значно перевищує здатність марганцю та заліза, тоді як розкислювальний ефект кремнію оптимізує середовище десульфурації, досягаючи синергічного ефекту «десульфурація + розкислення».
Основний механізм десульфурації при виробництві сталі з кремнієво-кальцієвого сплаву
(1) Хімічна реакція кальцію-сірки: основна основа десульфурації
Основна реакція:Ca + S → CaS, утворений CaS має температуру плавлення 2450 градусів і розчинність лише 0,0002% (у розплавленій сталі), що робить його майже нерозчинним у розплавленій сталі;
Синергічна реакція:Кремній реагує з FeO у розплавленій сталі (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe), зменшуючи вміст кисню в розплавленій сталі та запобігаючи утворенню важко{2}}-видалюваних сульфатів (таких як CaSO₄) киснем і сіркою, таким чином створюючи відновне середовище для кальцій-сірчаної реакції;
Термодинамічна перевага:Електродний потенціал кальцію набагато нижчий, ніж потенціал сірки, що забезпечує переважне з’єднання кальцію з сіркою, що робить реакцію десульфурації незворотною.
(2) Флотація та сепарація CaS: ключовий етап десульфурації
Фактори, що впливають на різницю щільності:CaS має набагато нижчу щільність, ніж розплавлена сталь, і, природно, має тенденцію до спливання;
Посилення факторів поділу:Перемішування розплавленої сталі прискорює агрегацію частинок CaS, збільшуючи швидкість флотації в 2-3 рази;
Адсорбція шлаку:Після спливання на поверхню розплавленої сталі CaS адсорбується шлаком CaO-SiO₂-Al₂O₃ і виводиться разом із шлаком, завершуючи десульфурацію.
(3) Кількісна оцінка ефекту десульфурації та факторів впливу
Дані основного ефекту:
Звичайна кількість додавання (0,1%-0,3% маси розплавленої сталі):Може знизити вміст сірки в розплавленій сталі з 0,05%-0,08% до рівня нижче 0,01%, досягаючи рівня десульфурації 80%-90%;
Високо{0}}рафінування сталі (сума додавання 0,3%-0,5% + рафінування в печі LF):Вміст сірки можна зменшити до рівня нижче 0,005% (стандарт сталі з ультра-низьким вмістом сірки) зі швидкістю десульфурації, що перевищує або дорівнює 93%.
Ключові фактори впливу:
Склад сплаву:Сплав SiCa з 30%-32% Ca і 60%-62% Si демонструє найкращу ефективність десульфурації. Занадто низький вміст кальцію (<28%) will lead to a 15%-20% decrease in desulfurization rate.
Температура сталі:Швидкість реакції десульфурації найшвидша при 1550-1600 градусах. Нижче 1500 градусів ефективність реакції знижується на 30%.
Вміст кисню:Коли початковий вміст кисню в розплавленій сталі менше або дорівнює 50 ppm, швидкість десульфурації на 25% вища, ніж коли вміст кисню становить 80-100 ppm. Розкислювальний ефект кремнію є вирішальним.
Застосування та адаптація сплаву CaSi на різних стадіях виробництва сталі
(1) Виробництво сталі в конвертері (остаточна десульфурація)
Логіка програми:
Додано на пізнішій стадії випуску конвертера, використовуючи турбулентне перемішування розплавленої сталі для початкового зниження вмісту сірки, закладаючи основу для наступного рафінування;
Параметри процесу:
Кількість додавання 0,1%-0,2%, температура розплавленої сталі 1600-1650 градусів, перемішування аргону протягом 5-8 хвилин під час натискання, швидкість десульфурації може досягати 70%-75%;
Відповідні сценарії:
Початкова десульфурація звичайної вуглецевої сталі та низьколегованої сталі, зниження вмісту сірки до 0,02%-0,03%.
(2) Рафінування в печі LF (Глибока десульфурація)
Логіка програми:
У відновній атмосфері печі LF кремнієво-кальцієвий сплав поєднується з шлако{0}}утворюючими агентами, такими як вапно та флюорит, для досягнення глибокої десульфурації;
Параметри процесу:
Кількість додавання 0,2%-0,5%, контроль основності шлаку на рівні 1,8-2,2, інтенсивність перемішування аргону 0,4-0,6 м/с, час рафінування 30-40 хвилин, вміст сірки можна знизити до рівня нижче 0,005%;
Відповідні сценарії:
Виробництво сталі з над-низьким вмістом сірки, як-от високоякісної-легованої сталі, нержавіючої сталі та підшипникової сталі.
(3) Захисне лиття безперервного лиття (термінальна десульфурація)
Логіка програми:
Дріт із кальцієво-кремнієвого сплаву (діаметром 10-13 мм) подається в кристалізатор через пристрій подачі дроту для видалення незначних кількостей залишкової сірки в розплавленій сталі;
Параметри процесу:
Швидкість подачі дроту 3-5 м/с, кількість подачі дроту 0,05%-0,1%, що може додатково знизити вміст сірки до рівня нижче 0,003%, уникаючи гарячих крихких дефектів у безперервнолитій заготовці.
Контрольні точки вибору та використання
(1) Логіка вибору: відповідність марки сплаву відповідно до вимог до сталі
| Марка сталі | Рекомендовані марки кремнієвих-кальцієвих сплавів | Вимоги до основних компонентів (Ca/Si) | Мішені десульфурації |
| Звичайна вуглецева сталь | CaSi3060 | 30%/60% | S Менше або дорівнює 0,02%, швидкість десульфурації Більше або дорівнює 75% |
| Низьколегована сталь | CaSi3262 | 32%/62% | S Менше або дорівнює 0,01%, швидкість десульфурації Більше або дорівнює 85% |
| Високоякісна-сталь із ультра-низьким вмістом сірки | CaSi3560 | 35%/60% | S Менше або дорівнює 0,005%, швидкість десульфурації Більше або дорівнює 93% |
(2) Застереження щодо використання
Контроль суми додавання:
Excessive addition (>0,6%) може легко призвести до надмірного вмісту кальцію в розплавленій сталі, утворюючи включення CaO та впливаючи на ударну в’язкість сталі (зменшується на 10%-15%).
Час додавання:
Почніть додавати, коли конвертер випустив 1/3 сталі, щоб уникнути передчасного додавання, яке може спричинити окислення кальцію (швидкість спалювання кальцію зростає з 10%-15% до понад 30%).
Захист зберігання:
Зберігайте в сухому герметичному середовищі, щоб уникнути окислення вологи (утворення Ca(OH)₂, зниження активності десульфурації). Термін зберігання не повинен перевищувати 6 місяців.
Захист безпеки:
Кальцій легкозаймистий. Під час додавання тримайтеся подалі від відкритого вогню та використовуйте вогнегасник із сухим порошком, щоб запобігти розбризкуванню частинок сплаву та спричиненню пожежі.
Галузеві тенденції: модернізація напрямів десульфурації кальцієво-кремнієвих сплавів
Композитна обробка:Розробка композитних десульфуруючих агентів із «кремнію-кальцію-барію» та «кремнію-кальцію-алюмінію». Барій і алюміній можуть додатково підвищити ступінь використання кальцію (від 60%-70% до понад 80%), збільшуючи швидкість десульфурації на 5%-10%.
Досконала обробка:Налаштування композицій для різних марок сталі (таких як сплави з ультра-невеликим вмістом алюмінію-кальцію та сплави з низьким вмістом -сірки-кальцію), щоб відповідати суворим вимогам до домішок для високоякісних-сталей.
Зелена обробка:Використання екологічно чистої електроенергії для виплавлення кремнієво-кальцієвих сплавів, зменшення викидів вуглецю та оптимізація виробничих процесів для зменшення вмісту шкідливих домішок (таких як P і S) у сплаві.
