Традиційнийферосиліційрозкислення має два основні недоліки:перший, продукт розкислення Al₂O₃ (домішки алюмінію у феросилікії) є крихітними вкрапленнями, які важко видалити з розплавленої сталі, що впливає на чистоту сталі;другий, він лише розкислює, а не одночасно десульфурує, вимагаючи додавання десульфуруючого агента.
Карбід кремнію(SiC, чистота більше або дорівнює 98%) точно усуває ці недоліки за допомогою своїх основних переваг:
Без{0}}алюмінію:Не містить алюмінію, уникаючи утворення включень Al₂O₃, що робить його придатним для виробництва сталі з низьким вмістом-алюмінію та ультра-чистої сталі;
Багато-функціональна інтеграція:Поєднує функції розкислення, десульфурації та очищення зерна, що спрощує процес виробництва сталі;
Термодинамічні переваги:Більш стабільна реакція при високих температурах, продукти розкислення легко спливають, що призводить до вищої чистоти сталі.
Основний механізм дії
(1) Механізм розкислення
Карбід кремнію піддається реакціям розкладання та відновлення в розплавленій сталі при 1500-1600 градусах:
Основна реакція:SiC + 2FeO → SiO₂ + 2Fe + CO↑
Допоміжна реакція:SiC + 3FeO → SiO₂ + 3Fe + CO₂↑
Утворений SiO₂ має набагато нижчу щільність, ніж розплавлена сталь, і легко утворює з CaO композиційний шлак із -температурою плавлення-, який швидко видаляється шляхом флотації. Газ CO/CO₂, що піднімається, може перемішувати розплавлену сталь, сприяючи агрегації та зростанню включень, ще більше покращуючи чистоту розплавленої сталі.
(2) Десульфурація та механізм очищення зерна
Реакція десульфурації:[Si], що утворюється в результаті розкладання SiC, може реагувати з S у розплавленій сталі з утворенням SiS, який видаляється разом із шлаком. Швидкість десульфурації може досягати 40%-60%.
Очищення зерна:Дрібні карбіди (частинки SiC), що утворюються в результаті реакції, можуть служити гетерогенними зародками під час затвердіння розплавленої сталі, подрібнюючи зерна та покращуючи ударну в’язкість і міцність сталі.
Основні переваги карбіду кремнію як замінника феросилікію
| Розміри порівняння | Карбід кремнію (SiC) | Традиційний феросиліцій (FeSi75) |
| Ефективність розкислення | Вміст кисню в розплавленій сталі зменшився з 80-100 ppm до 20-30 ppm | Вміст кисню в розплавленій сталі зменшився з 80-100 ppm до 30-50 ppm |
| Потужність десульфурації | Швидкість десульфурації: 40%-60%, з одночасним дезоксигенацією та десульфурацією. | Лише дезоксигенація, швидкість десульфурації<10%. |
| Контроль включення | Без включень Al₂O₃, SiO₂ легко видаляється | Містить дрібні включення Al₂O₃, які важко видалити |
| Чистота сталі | Загальна кількість включень зменшена на 50%-70% | Загальна кількість включень відносно висока |
| Ефект подрібнення зерна | Подрібнення зерна 30%-40% | Немає значного ефекту подрібнення зерна |
| Сумісні марки сталі | Сталь із низьким вмістом-алюмінію, ультра-чиста сталь, підшипникова сталь тощо. | Звичайна вуглецева сталь, низько-легована сталь |
Ефекти практичного застосування та адаптивність сценарію
(1) Типовий випадок застосування
Великий сталеливарний завод використовував карбід кремнію для заміни FeSi під час виробництва підшипникової сталі GCr15 (низька потреба в алюмінії: Als менше або дорівнює 0,005%):
Ефект розкислення:Вміст кисню в розплавленій сталі зменшився з 90 ppm до 25 ppm, що становить 72,2%;
Зміни включення:Включення Al₂O3 були майже нульовими, а загальний вміст включень зменшився з 12 мг/10 кг до 3,5 мг/10 кг;
Механічні властивості:Міцність на розрив зросла з 1800 МПа до 1950 МПа, а ударна в’язкість (-20 градусів) зросла з 28 Дж/см² до 42 Дж/см²;
Спрощення процесу:Не знадобилося додаткового десульфуратора, а вартість допоміжних матеріалів на тонну сталі була знижена на 30-50 юанів.
(2) Відповідні сценарії
Сценарії пріоритетної заміни:Високоякісні-марки сталі, чутливі до включень, наприклад сталь із низьким вмістом-алюмінію, ультра-чиста сталь, підшипникова та пружинна сталь;
Невідповідні сценарії:Звичайна вуглецева сталь (вартість вища, ніж феросиліцій, відсутність переваг-економічної ефективності), марки сталі, які потребують високого-легування кремнієм (ефективність вивільнення вмісту карбіду кремнію нижча, ніж феросиліцій).
Ключові моменти контролю процесу
(1) Сума та метод додавання
Сума додавання:
Контролюється на 0,3%-0,8% від маси розплавленої сталі (0,5%-0,8% для високоякісної сталі, 0,3%-0,5% для звичайної легованої сталі);
Час додавання:
Додається з потоком, коли вихід конвертера досягає 1/2, або додається на початковій стадії рафінування печі НЧ для забезпечення достатньої реакції;
Фізичні вимоги:
Виберіть блоковий карбід кремнію розміром 3-10 мм, щоб уникнути надмірного горіння через порошок.
(2) Адаптація та налаштування процесу
Основність шлаку:
Контролюйте CaO/SiO₂=1.2-1.5 для підвищення адсорбційної здатності шлаку для SiO₂;
Контроль температури:
Підтримуйте температуру розплавленої сталі на рівні 1550-1600 градусів, щоб забезпечити достатню реакцію розкладання SiC;
Комбіноване використання:
При додаванні в сполученні зкальцієво-кремнієві сплавиі феромарганець, це може додатково покращити десульфурацію та ефекти видалення включень.
(3) Зберігання та захист
Зберігання:
Зберігайте в сухому та провітрюваному середовищі, щоб уникнути окислення вологи (окислення призведе до утворення плівки SiO₂, що знижує реакційну здатність);
Безпека:
Під час додавання тримайтеся подалі від відкритого вогню. Гази CO/CO₂ повинні скидатися через вихлопну систему, щоб уникнути перевищення стандарту концентрації газів у майстерні.
