Nei processi di raffinazione della siviera,leghe di calcio-siliciosono uno degli additivi compositi più importanti. Svolgono contemporaneamente tre compiti principali: disossidazione, desolforazione e modificazione delle inclusioni, rendendoli un materiale indispensabile per la produzione di acciaio pulito di alta-qualità.
Tuttavia, anche con lo stesso tipo di lega di silicio-calcio, possono esistere differenze significative negli effetti del trattamento tra lotti diversi. La causa principale di questa differenza spesso non risiede nelle variazioni del processo operativo, ma nella stabilità compositiva della lega CaSi stessa-in particolare nelle fluttuazioni del contenuto di calcio e silicio. Il calcio è l'elemento disossidante più reattivo e anche piccole variazioni nel suo contenuto possono causare alterazioni significative negli effetti del trattamento dell'acciaio.
Il duplice vantaggio delle leghe di sica deriva dall'effetto sinergico di calcio e silicio, ciascuno dei quali ha la propria enfasi sulla funzione:
| Elementi | Funzioni principali | Meccanismo d'azione |
| Calcio (Ca) | Forte disossidazione, desolforazione e denaturazione delle inclusioni | Ha una forte affinità per l'ossigeno e lo zolfo, formando CaO e CaS, convertendo così Al₂O₃ in alluminato di calcio a basso-punto di fusione-. |
| Silicio (Si) | Disossidazione di base e lavorazione degli elementi portanti | Esegue innanzitutto la disossidazione preliminare, abbassando contemporaneamente la pressione di vapore del calcio, aumentando così la resa di calcio. |
Calcio nelle leghe di calcio e silicio
1. Capacità di disossidazione: relazione quantitativa tra contenuto di calcio ed efficienza di disossidazione
La capacità di disossidazione del calcio è di gran lunga superiore a quella del silicio. Gli studi hanno dimostrato che l'affinità per l'ossigeno del calcio è circa il 30% superiore a quella del silicio. Il contenuto di calcio determina direttamente l'efficienza di disossidazione della lega.
| Tipi di contenuto di calcio | Ambito | Caratteristiche di deossigenazione | Scenari applicabili |
| Tipo ad alto contenuto di calcio |
Ca Maggiore o uguale al 31% |
Forte capacità di disossidazione, riducendo rapidamente il contenuto di ossigeno dell'acciaio fuso e formando inclusioni di alluminato di calcio a basso-punto di fusione-. | Acciaio ad alta-purezza, acciaio per automobili, acciaio per cuscinetti |
| Tipo di calcio medio |
Ca 24%-28% |
Capacità di disossidazione moderata, buone prestazioni generali. | Acciaio convenzionale di alta-qualità, acciaio strutturale |
| Tipo a basso contenuto di calcio |
Ca Inferiore o uguale al 20% |
Capacità di disossidazione limitata, utilizzata principalmente come agente ausiliario di disossidazione del silicio. | Acciaio comune, ghisa |
2. Effetto di modifica dell'inclusione
Uno dei valori fondamentali delle leghe di silicio-calcio è la modifica delle inclusioni di Al₂O₃ ad alto-punto di fusione-in alluminati di calcio a basso-punto di fusione-, migliorando così la fluidità dell'acciaio fuso e le proprietà dell'acciaio.
| Rapporto Ca/Si | Morfologia dell'inclusione | Risultati del trattamento | Rischio di formazione di noduli alla materozza |
| < 0.5 (insufficient calcium) | Inclusioni di Al₂O₃ ad alto-punto di fusione-(punto di fusione 2050 gradi) | Denaturazione incompleta; le inclusioni rimangono solide. | Alto rischio |
|
0.5-0.8 |
Parzialmente modificato | Risultati moderati; fluttuazioni osservate. | Rischio medio |
| Maggiore o uguale a 0,8 (calcio sufficiente) | Alluminato di calcio liquido (basso punto di fusione) | Inclusioni completamente denaturate; facilmente flottato e rimosso. | Basso rischio |
3. Effetti negativi di un contenuto eccessivo di calcio
È importante notare che più calcio non è necessariamente migliore. Un contenuto eccessivo di calcio può portare a nuovi problemi:
| Tipi di problemi | Manifestazioni specifiche | Spiegazione del meccanismo |
| Limitazione del punto di ebollizione | Il punto di ebollizione del calcio è di soli 1484 gradi, inferiore alla temperatura dell'acciaio fuso. | Il calcio in eccesso vaporizzerà violentemente, provocando schizzi di acciaio fuso. |
| Rendimento diminuito | La resa di calcio nelle leghe sfuse è solo del 20%-30%. | Il calcio fuoriesce sotto forma di vapore, con conseguente basso utilizzo. |
| Dissoluzione più lenta | Il punto di fusione delle leghe ad alto-calcio aumenta (1100 gradi →1300 gradi). | Il tempo di dissoluzione completa viene esteso da 3-5 minuti a 8-10 minuti. |
| Spreco di risorse | Perdita di elementi di calcio ad alta-valenza. | L’efficienza economica diminuisce. |
Raccomandazione sul processo:Si consiglia di utilizzare ilfilo animatoprocesso di alimentazione invece dell'immissione diretta di lega in blocchi, che può aumentare il tasso di recupero del calcio dal 20%-30% al 40%-50%.
Silicio nelle leghe CaSi
1. Funzione "Carrier" del silicio
Il silicio nelle leghe di silicio-calcio non solo esegue la disossidazione di base, ma svolge anche un ruolo cruciale-agendo come "portatore" del calcio. Il calcio puro ha una pressione di vapore estremamente elevata alle temperature dell'acciaio fuso, il che rende difficile l'aggiunta efficace; tuttavia, dopo aver formato una lega con il silicio, l'attività del calcio diminuisce, permettendogli di dissolversi stabilmente nell'acciaio fuso ed esercitare il suo effetto disossidante.
2. L'impatto complessivo del rapporto Ca/Si sugli effetti del trattamento dell'acciaio
Considerando calcio e silicio come un sistema sinergico, il loro rapporto (Ca/Si) è un parametro di processo più importante del contenuto di ogni singolo elemento:
| Intervallo del rapporto Ca/Si | Effetto di deossigenazione | Controllo dell'inclusione | Prestazioni di colata continua | Qualità dell'acciaio |
|
< 0.4 (Severe calcium deficiency) |
Povero | Inclusioni di Al₂O₃: non denaturate | Grave intasamento degli ugelli | Anisotropia significativa |
|
0,4-0,6 (Calcio insufficiente) |
Media | parzialmente denaturato | Intasamento intermittente | Grandi fluttuazioni delle prestazioni |
|
0,6-0,8 (Buono) |
Bene | completamente denaturato | Fondamentalmente stabile | Prestazioni stabili |
|
0,8-1,0 (ottimale) |
Eccellente | completamente liquefatto | Funzionamento regolare | Qualità eccellente |
|
>1,0 (eccesso di calcio) |
Eccellente ma dispendioso | effetto stabile | Funzionamento regolare ma costo elevato | Buona qualità ma scarsa efficienza economica |
Per le aziende siderurgiche, selezionare un fornitore di leghe di calcio-silicio con composizione stabile non è solo una decisione di approvvigionamento ma anche un investimento strategico nel controllo di qualità. Solo quando il contenuto di calcio e silicio di ciascun lotto di lega di silicio-calcio rimane stabile entro l'intervallo target gli ingegneri di processo possono stabilire un modello di processo affidabile, consentendo risultati di trattamento dell'acciaio prevedibili, riproducibili e ottimizzabili.
