Kalcija silīcija sakausējumiir salikti sakausējumi, kas sastāv no silīcija (Si) un kalcija (Ca), kas parasti satur 28–35% Ca, 55–65% Si, bet pārējais ir dzelzs un neliels daudzums piemaisījumu.
Šī divu elementu kombinācija nekādā ziņā nav nejauša, bet drīzāk rūpīgi izstrādāts metalurgu "zelta pāris":
| Elementi | Trūkumi, lietojot to atsevišķi | Kombinācijas priekšrocības |
| Kalcijs (Ca) | Zema viršanas temperatūra (1482 grādi), spēcīga iztvaikošana kausēta tērauda temperatūrā, ārkārtīgi zema raža, grūti kontrolēt. | Silīcijs, kas darbojas kā "nesējelements", pazemina kalcija tvaika spiedienu, ļaujot tam stabili izšķīst izkausētā tēraudā. |
| Silīcijs (Si) | Vidēja deoksidācijas spēja; nevar panākt dziļu deoksidāciju, ja to lieto atsevišķi. | Darbojoties sinerģiski ar kalciju, tas vispirms rada labvēlīgus apstākļus kalcijam sākotnējās deoksidācijas laikā, palielinot deoksidācijas efektivitāti par 30%-40%. |
Atslēgas līdzņemšanai:Silīcija klātbūtne ļauj kalcijam "klusi" izšķīst izkausētā tēraudā, nevis uzreiz iztvaicēt un izplūst. Tas ir tehnoloģiskais pamats, lai CaSi sakausējumiem būtu divējāda loma.
Kāpēc apsvērt deoksidācijas un desulfurizācijas secību?
Kausu rafinēšanas procesos silīcija kalcija sakausējums (SiCa) tiek slavēts kā "universāls rafinēšanas līdzeklis". Tas vienlaikus var veikt deoksidāciju, desulfurizāciju un iekļaušanas modifikāciju, padarot to par neaizstājamu palīgmateriālu augstas -tīrības tērauda ražošanai. Tikai 0,2%-0,5% pievienošana vienai tonnai tērauda ir pietiekama dziļai attīrīšanai, padarot to par galveno palīgmateriālu vidējas līdz -augstākās klases tērauda ražošanā.
Tomēr būvlaukuma inženierus un procesu izstrādātājus pastāvīgi satrauc viens būtisks jautājums: vai kausētam tēraudam pievienojot kalcija silīcija sakausējumu, deoksidācija un sēra atdalīšana notiek vienlaicīgi vai secīgi? Ja pēdējais, kas notiek vispirms?
Atbilde uz šo jautājumu tieši nosaka:
Pievienošanas laiks:Vai tas jāpievieno agrīnā vai vēlīnā rafinēšanas stadijā?
Papildināšanas metode:Vai tas jāpievieno visu uzreiz vai pa partijām?
Izmaksu{0}}efektivitāte:Kā maksimāli palielināt kalcija izmantošanu?
Kura reakcija ir "steidzamāka"?
1. Izkausētā tēraudā kalcijs vienlaikus piedalās šādās galvenajās reakcijās:
Deoksidācijas reakcija
| Reakciju veidi | Ķīmiskās reakcijas vienādojums | Paskaidrojums |
| Pamata silīcija deoksidācija |
Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe |
Šis process notiek spontāni izkausētā tēraudā 1500-1600 grādu temperatūrā. SiO₂ ir zems blīvums un viegli peld, veidojot izdedžus. |
| Uzlabota kalcija deoksidācija |
2Ca + O₂ → 2CaO |
Kalcijam ir spēcīgāka afinitāte pret skābekli nekā silīcijam un alumīnijam, un tas var noņemt atlikušo skābekli no izkausētā tērauda. |
| Iekļaušanas denaturācija |
Ca + Al2O3 → CaO·Al₂O3 |
Tas pārvērš trauslo Al₂O3 par zemu{0}}kušanas-punktu šķidrā kalcija aluminātā. |
Desulfurizācijas reakcija
| Reakciju veidi | Ķīmiskās reakcijas vienādojums | Paskaidrojums |
| Kalcijs{0}}dominē atsērošana |
Ca + FeS → CaS + Fe |
CaS kušanas temperatūra ir 2450 grādi, un tas gandrīz nešķīst kausētā tēraudā, peld kā cietas daļiņas. |
| Silikona -sēra atdalīšana |
Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe |
Tas samazina skābekļa saturu izkausētajā tēraudā, radot reducējošu vidi atsērošanai un novēršot CaSO₄ veidošanos. |
2. Metalurģiskajā termodinamikā, jo negatīvāka ir reakcijas Gibsa brīvās enerģijas maiņa (ΔG), jo spēcīgāka ir reakcijas spontāna tendence, un tā ir "steidzamāka".
Kalcija reakcijas afinitātes secība:
Kalcija reakcija ar skābekli: ΔG ir ļoti negatīva; tērauda ražošanas temperatūrā (1600 grādi) kalcijam ir ārkārtīgi spēcīga afinitāte pret skābekli.
Kalcija reakcija ar sēru: ΔG arī ir negatīva, bet mazāk negatīva nekā kalcija -skābekļa reakcija.
Secinājums:Tīri no termodinamiskā viedokļa kalcijs galvenokārt reaģē ar skābekli un pēc tam ar sēru.
3. Kritiskais slieksnis: skābekļa "prioritārā pāreja"
Pētījumi liecina, ka sēra atdalīšana notiek lielā mērogā tikai tad, kad skābekļa saturs izkausētā tēraudā samazinās līdz noteiktam līmenim:
Ja sākotnējais skābekļa saturs ir mazāks vai vienāds ar 50 ppm, desulfurizācijas ātrums ir par 25% lielāks nekā tad, ja skābekļa saturs ir 80-100 ppm. Silīcija deoksidācijas loma šajā procesā ir izšķiroša, radot nepieciešamo reducējošo vidi kalcija-sēra reakcijai.
Deoksidācijas un desulfurizācijas efektu salīdzinājums
1 Kvantitatīvie dati par deoksidācijas efektu
Saskaņā ar rūpnieciskās prakses statistiku silīcija kalcija sakausējumu deoksidācijas efekts ir cieši saistīts ar tērauda marku un pievienoto daudzumu:
| Tērauda kategorijas | CaSi pievienošanas summa | Sākotnējais skābekļa saturs (ppm) | Skābekļa saturs pēc rafinēšanas (ppm) | Deoksidācijas efektivitāte |
| Vienkāršs oglekļa tērauds (Q235) |
0.2%-0.3% |
80-100 |
40-50 |
45%-60% |
| Mazleģēts augstas{0}}izturības tērauds (Q355) |
0.3%-0.4% |
90-110 |
35-45 |
55%-68% |
| Nerūsējošais tērauds (304) |
0.4%-0.5% |
100-120 |
25-35 |
65%-79% |
| Leģētais konstrukciju tērauds (40 kr) |
0.3%-0.4% |
85-105 |
30-40 |
58%-71% |
2 Kvantitatīvie dati par desulfurizācijas efektu
Vienlaikus veikto desulfurizācijas reakciju ietekme ir šāda:
| Tērauda kategorijas | CaSi pievienošanas summa | Sākotnējais sēra saturs (%) | Sēra saturs pēc rafinēšanas (%) | Desulfurizācijas efektivitāte | Pamatvērtība |
| Vienkāršs oglekļa tērauds (Q235) |
0.2%-0.3% |
0.03-0.05 |
0.015-0.025 |
30%-50% |
Izvairieties no karsta trausluma |
| Zema leģēta augstas stiprības tērauds (Q355) |
0.3%-0.4% |
0.02-0.04 |
0.008-0.015 |
55%-70% |
Uzlabojiet metināmību |
| Nerūsējošais tērauds (304) |
0.4%-0.5% |
0.015-0.03 |
0.003-0.008 |
70%-85% |
Palieliniet izturību pret koroziju |
| Nodilumizturīgs-tērauds (NM450) |
0.3%-0.4% |
0.02-0.04 |
0.006-0.012 |
65%-80% |
Uzlabojiet nodilumizturību |
3 Dziļās atsērošanas jauda
Augstākās kvalitātes{0}}tēraudiem silīcija kalcija sakausējumi var panākt dziļāku sēra atdalīšanu:
| Procesa scenāriji | CaSi pievienošanas summa | Rafinēšanas nosacījumi | Sēra saturs pēc atsērošanas | Desulfurizācijas efektivitāte |
| Regulāra pievienošana |
0.1%-0.3% |
- |
<0.01% |
80%-90% |
| Augstākās kvalitātes-tērauda rafinēšana |
0.3%-0.5% |
LF krāsns rafinēšana |
<0.005% |
Lielāks vai vienāds ar 93% |
| Nepārtraukta liešana Aizsardzības liešana |
0.05%-0.1% |
Barošanas ātrums3-5m/s |
<0.003% |
Īpaši-zema sēra satura tērauda standarts |
Galvenais ieskats:Salīdzinot abas tabulas, atklājas, ka pie vienādas devas deoksidācijas reakcija notiek ātrāk un ātrāk, un deoksidācijas efektivitāte parasti sasniedz ievērojamu līmeni pirms desulfurizācijas reakcijas sākuma. Tas apstiprina deoksidācijas termodinamisko secību, kas ir svarīgāka par desulfurizāciju.
Tiek atklāta atbilde: kas notiek vispirms, deoksigenācija vai desulfurizācija?
No reakcijas secības deoksigenācija notiek pirms desulfurizācijas.
| Salīdzināšanas izmēri | Deoksigenācijas reakcija | Desulfurizācijas reakcija |
| Termodinamiskā tendence | Kalcijam ir spēcīgāka afinitāte pret skābekli, kā rezultātā ΔG ir negatīvāks | Sekundārā afinitāte |
| Laika secība | Tas notiek visa procesa laikā, bet dominē sākumposmā | Aktīvs vidējā stadijā, nepieciešams skābekļa līmeņa pazemināšanai |
| Skābekļa satura atkarība | Tas joprojām var rasties hiperoksijas apstākļos | Efektīvai darbībai nepieciešams skābekļa saturs, kas mazāks par vai vienāds ar 50 ppm |
| Silīcija loma | Kodola deoksigenācijas elements | Papildu (rada samazinošu vidi) |
Kalcija uzvedību izkausētā tēraudā var iedomāties kā "prioritārās apstrādes" procesu:
Pirmā prioritāte:Deoksidācija-Pēc iekļūšanas izkausētajā tēraudā kalcijs vispirms "meklē" skābekļa atomus, ar kuriem savienoties, bet silīcijs sākotnēji deoksidējas, radot apstākļus kalcijam.
Otrā prioritāte:Desēra atdalīšana-Kad skābeklis tiek patērēts līdz zemam līmenim (mazāks par vai vienāds ar 50 ppm), kalcijs sāk apvienoties ar sēru lielos daudzumos.
Trešā prioritāte:Modifikācija-Visbeidzot, atlikušais kalcijs tiek izmantots, lai modificētu atlikušos Al₂O3 ieslēgumus, veidojot kalcija aluminātu ar zemu -kušanas temperatūru-, optimizējot ieslēguma morfoloģiju.
Procesa sekas
Šis zinātniskais princips{0}}vietnes inženieriem iesaka:
Negaidiet, ka deoksidācija un sēra atdalīšana tiks pabeigta vienlaikus ar vienu pievienošanu-kalcija prioritāte nosaka, ka tas jāveic pakāpeniski.
Skābekļa kontrole ir efektīvas atsērošanas priekšnoteikums-ja deoksidācija ir nepilnīga sākuma stadijā, atsērošanas efektivitāte vēlākajos posmos neizbēgami tiks ietekmēta.
Kalcija apstrāde vēlākajos attīrīšanas posmos ir vienlīdz svarīga-pat pēc deoksidācijas un atsērošanas pabeigšanas, piemērots kalcija daudzums ir ļoti svarīgs, lai uzlabotu liešanas veiktspēju.
FAQ
Q1: Kāpēc kalcija apstrāde tiek veikta vēlākos rafinēšanas posmos?
A: Tā kā kalcijs galvenokārt reaģē ar skābekli. Tikai pēc skābekļa satura samazināšanās līdz zemam līmenim kalcijs var efektīvi veikt desulfurizāciju un iekļaušanas modifikāciju.
Q2: Kā uzlabot kalcija ražu?
A: Izmantojiet serdes stieples padeves metodi (par 15–20% efektīvāku nekā tiešās padeves metodi), kontrolējiet tērauda temperatūru 1500–1600 grādu līmenī un sāciet pievienot kalciju, kad ir izsists 1/3 tērauda.
3. jautājums. Kādas ir pārmērīga silīcija-kalcija sakausējuma pievienošanas sekas?
A: Excessive addition (>0,6%) izraisīs pārmērīgi augstu kalcija saturu tēraudā, veidojot CaO ieslēgumus un samazinot triecienizturību par 10-15%.
4. J. Kādu lomu silīcijs spēlē silīcija{1}}kalcija sakausējumā?
A: Silīcijs darbojas kā nesējs elements, samazinot kalcija augsto tvaika spiedienu, ļaujot tam stabili izšķīst izkausētā tēraudā; vienlaikus silīcijs veic sākotnējo deoksidāciju, radot apstākļus kalcija desulfurizācijai.
