Kalcio silicio lydiniaiyra sudėtiniai lydiniai, sudaryti iš silicio (Si) ir kalcio (Ca), kurių paprastai yra 28–35 % Ca, 55–65 % Si, o likusi dalis yra geležis ir nedideli priemaišų kiekiai.
Šis dviejų elementų derinys jokiu būdu nėra atsitiktinis, o kruopščiai sukurta metalurgų „auksinė pora“:
| Elementai | Vieno naudojimo trūkumai | Derinio privalumai |
| Kalcis (Ca) | Žema virimo temperatūra (1482 laipsniai), smarkus garavimas išlydyto plieno temperatūroje, itin maža išeiga, sunkiai kontroliuojama. | Silicis, veikdamas kaip „nešiklio elementas“, sumažina kalcio garų slėgį, todėl jis stabiliai ištirpsta išlydytame pliene. |
| Silicis (Si) | Vidutinis deoksidacijos pajėgumas; naudojant vieną, negalima pasiekti gilios deoksidacijos. | Dirbdamas sinergiškai su kalciu, jis pirmiausia sukuria palankias sąlygas kalciui pradinės deoksidacijos metu, padidindamas deoksidacijos efektyvumą 30-40%. |
Pagrindinis išsinešimas:Silicio buvimas leidžia kalciui "tyliai" ištirpti išlydytame pliene, o ne akimirksniu išgaruoti ir išbėgti. Tai yra technologinis pagrindas CaSi lydiniams atlikti dvigubą vaidmenį.
Kodėl verta apsvarstyti deoksidacijos ir sieros pašalinimo tvarką?
Rafinavimo kaušuose procesuose silicio kalcio lydinys (SiCa) yra vertinamas kaip „universalus rafinavimo agentas“. Jis vienu metu gali atlikti deoksidaciją, desulfuravimą ir įtraukimo modifikavimą, todėl tai yra nepakeičiama pagalbinė medžiaga gaminant labai{1}}gryną plieną. Giluminiam rafinavimui pakanka pridėti tik 0,2 %-0,5 % vienai tonai plieno, todėl jis yra pagrindinė pagalbinė medžiaga gaminant vidutinės klasės ir -aukštos klasės plieną.
Tačiau pagrindinis{0}}inžinieriams ir procesų projektuotojams kylantis klausimas: ar į išlydytą plieną dedamas kalcio silicio lydinio, ar deoksidacija ir sieros pašalinimas vyksta vienu metu, ar paeiliui? Jei pastarasis, kas įvyksta pirmiausia?
Atsakymas į šį klausimą tiesiogiai lemia:
Papildymo laikas:Ar jį reikėtų pridėti ankstyvoje ar vėlyvoje rafinavimo stadijoje?
Papildymo būdas:Ar jis turi būti dedamas iš karto ar dalimis?
Ekonominis{0}}efektyvumas:Kaip maksimaliai padidinti kalcio panaudojimą?
Kieno reakcija „skubesnė“?
1. Išlydytame pliene kalcis vienu metu dalyvauja šiose pagrindinėse reakcijose:
Deoksidacijos reakcija
| Reakcijų tipai | Cheminės reakcijos lygtis | Paaiškinimas |
| Pagrindinė silicio deoksidacija |
Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe |
Šis procesas spontaniškai vyksta išlydytame pliene 1500-1600 laipsnių temperatūroje. SiO₂ yra mažo tankio ir lengvai plūduriuoja sudarydamas šlaką. |
| Sustiprinta kalcio deoksidacija |
2Ca + O₂ → 2CaO |
Kalcis turi stipresnį afinitetą deguoniui nei silicis ir aliuminis ir gali pašalinti likutinį deguonį iš išlydyto plieno. |
| Inkliuzinis denatūravimas |
Ca + Al2O3 → CaO·Al2O3 |
Jis paverčia trapų Al₂O3 į žemos -lydymosi- temperatūros skystą kalcio aliuminatą. |
Desulfuracijos reakcija
| Reakcijų tipai | Cheminės reakcijos lygtis | Paaiškinimas |
| Kalcis{0}}dominuoja sieros pašalinimas |
Ca + FeS → CaS + Fe |
CaS lydymosi temperatūra yra 2450 laipsnių ir beveik netirpsta išlydytame pliene, plūduriuoja kaip kietos dalelės. |
| Sieros pašalinimas naudojant silicį- |
Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe |
Jis sumažina deguonies kiekį išlydytame pliene, sukurdamas redukuojančią aplinką desulfuracijai ir užkertant kelią CaSO₂ susidarymui. |
2. Metalurginėje termodinamikoje kuo neigiamesnis reakcijos Gibso laisvosios energijos pokytis (ΔG), tuo stipresnė spontaniška reakcijos tendencija ir tuo ji yra „skubesnė“.
Kalcio reakcijos afiniteto tvarka:
Kalcio reakcija su deguonimi: ΔG labai neigiama; plieno gamybos temperatūroje (1600 laipsnių) kalcis turi labai stiprų afinitetą deguoniui.
Kalcio reakcija su siera: ΔG taip pat yra neigiama, bet mažiau neigiama nei kalcio -deguonies reakcija.
Išvada:Iš grynai termodinaminės perspektyvos kalcis pirmiausia reaguoja su deguonimi, o vėliau su siera.
3. Kritinė riba: deguonies „prioritetinis praėjimas“
Tyrimai rodo, kad sieros pašalinimas vyksta dideliu mastu, kai deguonies kiekis išlydytame pliene sumažėja iki tam tikro lygio:
Kai pradinis deguonies kiekis yra mažesnis arba lygus 50 ppm, nusierinimo greitis yra 25 % didesnis nei tada, kai deguonies kiekis yra 80-100 ppm. Šiame procese labai svarbus deoksidacinis silicio vaidmuo, sukuriantis reikalingą redukuojančią aplinką kalcio ir sieros reakcijai.
Deoksidacijos ir desulfuracijos efektų palyginimas
1 Kiekybiniai duomenys apie deoksidacijos poveikį
Remiantis pramonės praktikos statistika, silicio kalcio lydinių deoksidacinis poveikis yra glaudžiai susijęs su plieno rūšimi ir pridedamu kiekiu:
| Plieno markės | CaSi papildymo suma | Pradinis deguonies kiekis (ppm) | Deguonies kiekis po rafinavimo (ppm) | Deoksidacijos efektyvumas |
| Paprastas anglies plienas (Q235) |
0.2%-0.3% |
80-100 |
40-50 |
45%-60% |
| Mažai legiruotas didelio{0}}stiprumo plienas (Q355) |
0.3%-0.4% |
90-110 |
35-45 |
55%-68% |
| Nerūdijantis plienas (304) |
0.4%-0.5% |
100-120 |
25-35 |
65%-79% |
| Legiruotasis konstrukcinis plienas (40Cr) |
0.3%-0.4% |
85-105 |
30-40 |
58%-71% |
2 Kiekybiniai duomenys apie nusierinimo efektą
Tuo pačiu metu vykdomų sieros pašalinimo reakcijų poveikis yra toks:
| Plieno markės | CaSi papildymo suma | Pradinis sieros kiekis (%) | Sieros kiekis po rafinavimo (%) | Desulfuracijos efektyvumas | Pagrindinė vertė |
| Paprastas anglies plienas (Q235) |
0.2%-0.3% |
0.03-0.05 |
0.015-0.025 |
30%-50% |
Venkite karšto trapumo |
| Mažai legiruotas didelio stiprumo plienas (Q355) |
0.3%-0.4% |
0.02-0.04 |
0.008-0.015 |
55%-70% |
Pagerinti suvirinamumą |
| Nerūdijantis plienas (304) |
0.4%-0.5% |
0.015-0.03 |
0.003-0.008 |
70%-85% |
Padidinkite atsparumą korozijai |
| Dėvėjimui{0}}atsparus plienas (NM450) |
0.3%-0.4% |
0.02-0.04 |
0.006-0.012 |
65%-80% |
Pagerinkite atsparumą dilimui |
3 Gilus desulfuravimo pajėgumas
Aukštos kokybės{0}}plienams silicio kalcio lydiniai gali pasiekti gilesnį sieros pašalinimą:
| Proceso scenarijai | CaSi papildymo suma | Rafinavimo sąlygos | Sieros kiekis po desulfuracijos | Desulfuracijos efektyvumas |
| Įprastas papildymas |
0.1%-0.3% |
- |
<0.01% |
80%-90% |
| Aukštos kokybės{0}}plieno valymas |
0.3%-0.5% |
LF krosnies rafinavimas |
<0.005% |
Didesnis arba lygus 93 proc. |
| Nepertraukiamo liejimo apsauginis liejimas |
0.05%-0.1% |
Maitinimo greitis3-5m/s |
<0.003% |
Itin-mažai sieros turinčio plieno standartas |
Pagrindinė įžvalga:Palyginus dvi lenteles, paaiškėja, kad naudojant tą pačią dozę, deoksidacijos reakcija vyksta anksčiau ir greičiau, o deoksidacijos efektyvumas paprastai pasiekia nemažą lygį prieš prasidedant desulfuravimo reakcijai. Tai patvirtina, kad deoksidacijos termodinaminė tvarka yra svarbesnė už desulfuravimą.
Atskleidžiamas atsakymas: kas įvyksta pirmiausia, deguonies pašalinimas ar sieros pašalinimas?
Remiantis reakcijos tvarka, deguonies pašalinimas įvyksta prieš desulfuravimą.
| Palyginimo matmenys | Deoksigenacijos reakcija | Desulfuracijos reakcija |
| Termodinaminė tendencija | Kalcis turi stipresnį afinitetą deguoniui, todėl ΔG yra neigiamesnis | Antrinis giminingumas |
| Laiko seka | Tai vyksta viso proceso metu, tačiau dominuoja ankstyvosiose stadijose | Aktyvus vidurinėje stadijoje, reikalingas deguonies kiekio sumažėjimas |
| Priklausomybė nuo deguonies kiekio | Jis vis tiek gali pasireikšti esant hiperoksijos sąlygoms | Kad veiktų efektyviai, deguonies kiekis turi būti mažesnis arba lygus 50 ppm |
| Silicio vaidmuo | Pagrindinis deguonies pašalinimo elementas | Pagalbinė (sukurianti mažinančią aplinką) |
Kalcio elgesį išlydytame pliene galima įsivaizduoti kaip „prioritetinį apdorojimo“ procesą:
Pirmas prioritetas:Deoksidacija-Patekęs į išlydytą plieną, kalcis pirmiausia „ieško“ deguonies atomų, kad galėtų susijungti, o silicis iš pradžių deoksiduojasi, sudarydamas sąlygas kalciui.
Antras prioritetas:Sieros pašalinimas-Kai deguonies suvartojama iki mažo lygio (mažiau nei arba lygus 50 ppm), kalcis pradeda jungtis su siera dideliais kiekiais.
Trečias prioritetas:Modifikacija-Galiausiai likęs kalcis naudojamas likutiniams Al₂O3 inkliuzams modifikuoti, suformuojant žemos -lydymosi- temperatūros kalcio aliuminatą, optimizuojant įtraukimo morfologiją.
Proceso pasekmės
Šis mokslinis principas siūlo svetainės{0}}inžinieriams:
Nesitikėkite, kad deoksidacija ir sieros pašalinimas bus baigtas vienu metu pridedant vieną kartą-kalcio prioritetas lemia, kad tai turi būti atliekama etapais.
Deguonies kontrolė yra būtina sąlyga norint veiksmingai pašalinti sierą,{0}}jei deoksidacija yra neužbaigta ankstyvosiose stadijose, vėlesniuose etapuose neišvengiamai nukentės deguonies pašalinimo efektyvumas.
Kalcio apdorojimas vėlesniuose rafinavimo etapuose yra vienodai svarbus{0}}net ir pasibaigus deoksidacijai ir desulfuracijai, tinkamas kalcio kiekis yra labai svarbus siekiant pagerinti liejimo efektyvumą.
DUK
1 klausimas: kodėl kalcis apdorojamas vėlesniuose rafinavimo etapuose?
A: Kadangi kalcis pirmiausia reaguoja su deguonimi. Tik po to, kai deguonies kiekis sumažėja iki žemo lygio, kalcis gali veiksmingai pašalinti sierą ir modifikuoti įtraukimą.
2 klausimas: kaip pagerinti kalcio derlių?
A: Naudokite šerdies vielos padavimo metodą (15–20 % efektyvesnis nei tiesioginio tiekimo metodas), reguliuokite 1500–1600 laipsnių plieno temperatūrą ir pradėkite dėti kalcio, kai bus išlieta 1/3 plieno.
3 klausimas: kokios pasekmės gali būti pridėjus per daug silicio{1}}kalcio lydinio?
A: Excessive addition (>0,6%) sukels pernelyg didelį kalcio kiekį pliene, sudarys CaO inkliuzus ir sumažins atsparumą smūgiams 10-15%.
4 klausimas: kokį vaidmenį silicis atlieka silicio{1}}kalcio lydinyje?
A: Silicis veikia kaip nešiklio elementas, mažinantis aukštą kalcio garų slėgį, leidžiantis jam stabiliai ištirpti išlydytame pliene; tuo pačiu metu silicis atlieka preliminarią deoksidaciją, sudarydamas sąlygas kalcio desulfuracijai.
