Кальцієво-кремнієвий сплавце важливий легуючий матеріал, який в основному складається з кремнію та кальцію, зазвичай із вмістом кремнію від 30% до 60%.
Сталеплавильна промисловість: розкислення серцевини, десульфурація та оптимізація продуктивності
Кремнієво-кальцієвий сплав є високоефективним композиційним функціональним матеріалом у металургійній галузі, який виконує кілька функцій, включаючи розкислення, десульфурацію та очищення зерна:
Функція розкислення:
Як попередній-розкислювач або кінцевий розкислювач, додана кількість становить 0,3%-0,8% від маси сталі. Кальцій (Ca) має надзвичайно сильну спорідненість до кисню (вільна енергія реакції ΔG₂₀₀₀K=-604кДж/моль), переважно поєднуючись із киснем у сталі з утворенням CaO. Силіцій (Si) одночасно утворює SiO₂, і обидва утворюють композиційне включення з -температурою плавлення- (CaO-SiO₂) із щільністю, набагато нижчою, ніж у сталі (2,6 г/см³ проти 7,8 г/см³). Це включення швидко спливає на поверхню і видаляється разом зі шлаком, знижуючи вміст кисню в сталі з 80-100 ppm до 30-50 ppm, таким чином зменшуючи дефекти, такі як пористість і включення.
Десульфурація:
Кальцій реагує з сіркою з утворенням стабільного CaS (температура плавлення 2450 градусів), досягаючи рівня десульфурації 60%-70%, знижуючи вміст сірки в розплавленій сталі з 0,03% до 0,009%-0,012%. Це покращує стійкість сталі до гарячих тріщин і продуктивність обробки, що робить її придатною для виробництва високоякісних сталей (таких як підшипникова сталь і пружинна сталь).
Очищення зерна та підвищення продуктивності:
Кальцій сприяє утворенню карбонітридів з таких елементів, як Nb і Ti в сталі, збільшуючи розмір зерна (від 50 мкм до 20-30 мкм). Це підвищує міцність сталі на розрив на 15%-20% і ударну в'язкість на 25%-30%, а також покращує зварюваність сталі та стійкість до корозії.
Ливарна промисловість: модифікатори та оптимізація якості лиття
У литті чавуну та кольорових сплавів сплав CaSi є ключовим модифікатором і модифікатором продуктивності:
Щеплення чавуну:
Додаючи 0,2%-0,5% маси розплавленого заліза, кремній сприяє процесу графітизації, збільшує кількість ядер графіту та перетворює морфологію графіту з грубих пластівців на дрібні однорідні пластівці або сферичні форми, запобігаючи утворенню білого чавуну. Це може підвищити ударну в’язкість сірого чавуну на 20%-30%, а міцність на розрив ковкого чавуну на 10%-15%, що робить його придатним для ключових виливків, таких як блоки двигунів автомобілів і станини верстатів.
Лиття з-кольорових сплавів:
Додавання 0,1%-0,3% кремнію-кальцієвого сплаву під час виробництва алюмінієвих сплавів дозволяє кальцію нейтралізувати такі шкідливі елементи, як Na та Li, покращуючи схильність до гарячого розтріскування, тоді як кремній підвищує міцність сплаву. У виробництві магнієвих сплавів він може покращувати розмір зерна (від 100 мкм до 40-50 мкм), покращуючи високотемпературну міцність і термостійкість, що робить його придатним для компонентів з легких сплавів, які використовуються в аерокосмічній галузі.
Контроль дефектів лиття:
Завдяки очищенню розплавленого чавуну та покращенню текучості зменшуються усадочні порожнини та дефекти пористості, збільшуючи вихід лиття на 10%-15% і знижуючи витрати на подальшу обробку.
Спеціальні сплави та нові матеріали: коригування складу та підвищення продуктивності
Виробництво спеціальної сталі:
Додавання сплавів SiCa до плавки нержавіючої сталі оптимізує розподіл хрому, уникає зон-збіднення хромом і подовжує корозійну стійкість до соляного туману з 200 до понад 350 годин. У виробництві жаростійкого-сплаву кальцій і кремній синергетично утворюють щільну оксидну плівку, знижуючи швидкість окислення при 1000 градусів на 50%, що робить його придатним для високо{7}}температурних компонентів, таких як лопатки газових турбін.
Електронні матеріали:
Високо{0}}кремнієво-кальцієві сплави (загальний вміст домішок менше або дорівнює 0,1%) можна використовувати як сировину для виготовлення напівпровідникових матеріалів. Полікристалічний кремній виробляється за допомогою реакції відновлення з точним контролем вмісту кальцію та кремнію (Ca більше або дорівнює 30%, Si більше або дорівнює 60%), щоб запобігти впливу домішок на електричні властивості кремнієвих пластин, що робить його придатним для сценаріїв виробництва мікросхем.
У сфері вогнетривких матеріалів:
Порошок кальцієво-кремнієвого сплаву можна використовувати як добавку до вогнетривкої цегли та бетонних плит, покращуючи високо-температурну стабільність (робоча температура може сягати вище 1600 градусів) і корозійну стійкість матеріалів, що робить його придатним для промислових печей і футеровки високотемпературного обладнання.
Інші галузі: захист навколишнього середовища та застосування функціональних матеріалів
Хімічна промисловість:
Як відновник або каталізатор він використовується в реакціях органічного синтезу (таких як отримання силану) для прискорення процесу реакції та підвищення виходу продукту; він також може виробляти інокулянти CaSi, придатні для потреб у корозійностійких-і зносостійких-відливках у хімічному обладнанні.
Екологічні переваги:
Використання кремнієво-кальцієвих сплавів для заміни окремих розкислювачів (наприклад, алюмінію) у виробництві сталі може зменшити споживання алюмінію на 30%-40%, скоротити споживання енергії на тонну сталі на 5%-8% і зменшити викиди CO₂, що відповідає тенденції зеленої металургії; крім того, вартість сплавів CaSi становить лише 1/3-1/2 вартості алюмінію, що збалансовує економічну ефективність і екологічність.
Основні переваги застосування та принципи вибору
Переваги застосування:
Функціональний композит (розкислення + десульфурація + інокуляція + легування), що усуває потребу в численних добавках; широке застосування (сталеплавильна, ливарна, електроніка та ін.); висока економічна-ефективність, баланс між продуктивністю та економічністю.
Принципи відбору:
Для розкислення та десульфурації при виробництві сталі вибирайте сорти з високим-кальцієм (наприклад, Ca31Si55); для щеплення виливків вибирайте високі-класи кремнію (наприклад, Ca28Si60); для електронних матеріалів обирайте високі-ступені чистоти (загальний вміст домішок менше або дорівнює 0,1%); регулюйте кількість додавання відповідно до типу матеріалу та процесу обладнання, щоб уникнути надмірного додавання, що призводить до утворення твердих і крихких фаз.
