Trong quá trình tinh chế nồi,hợp kim canxi siliclà một trong những chất phụ gia tổng hợp quan trọng nhất. Chúng đồng thời thực hiện ba nhiệm vụ chính: khử oxy, khử lưu huỳnh và biến đổi bao gồm, khiến chúng trở thành vật liệu không thể thiếu để sản xuất thép sạch chất lượng cao.
Tuy nhiên, ngay cả với cùng loại hợp kim canxi silic, có thể có sự khác biệt đáng kể về hiệu quả xử lý giữa các lô khác nhau. Nguyên nhân cốt lõi của sự khác biệt này thường không nằm ở những biến đổi trong quá trình vận hành mà nằm ở độ ổn định thành phần của bản thân hợp kim CaSi-đặc biệt là những biến động về hàm lượng canxi và silicon. Canxi là nguyên tố khử oxy có khả năng phản ứng mạnh nhất và ngay cả những thay đổi nhỏ về hàm lượng của nó cũng có thể gây ra những thay đổi đáng kể về hiệu quả xử lý thép.
Lợi ích kép của hợp kim sica đến từ tác dụng hiệp đồng của canxi và silicon, mỗi loại có sự nhấn mạnh riêng về chức năng:
| Yếu tố | Chức năng cốt lõi | Cơ chế hoạt động |
| Canxi (Ca) | Khử oxy mạnh, khử lưu huỳnh và biến tính bao gồm | Nó có ái lực mạnh với oxy và lưu huỳnh, tạo thành CaO và CaS, do đó chuyển Al₂O₃ thành canxi aluminat-có điểm nóng chảy{1}}thấp. |
| Silic (Si) | Khử oxy cơ bản và xử lý nguyên tố mang | Đầu tiên, nó thực hiện quá trình khử oxy sơ bộ, đồng thời giảm áp suất hơi của canxi, do đó làm tăng hiệu suất canxi. |
Canxi trong hợp kim canxi silic
1. Khả năng khử oxy: Mối quan hệ định lượng giữa hàm lượng canxi và hiệu quả khử oxy
Khả năng khử oxy của canxi vượt trội hơn nhiều so với silicon. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ái lực với oxy của canxi cao hơn khoảng 30% so với silicon. Hàm lượng canxi quyết định trực tiếp đến hiệu quả khử oxy của hợp kim.
| Các loại hàm lượng canxi | Phạm vi | Đặc tính khử oxy | Kịch bản áp dụng |
| Loại canxi cao |
Ca Lớn hơn hoặc bằng 31% |
Khả năng khử oxy mạnh, làm giảm nhanh hàm lượng oxy trong thép nóng chảy và hình thành các tạp chất canxi aluminat-có điểm nóng chảy-thấp. | -Thép có độ tinh khiết cao, thép ô tô, thép chịu lực |
| Loại canxi trung bình |
Ca 24%-28% |
Khả năng khử oxy vừa phải, hiệu suất tổng thể tốt. | Thép kết cấu, thép-chất lượng cao thông thường |
| Loại canxi thấp |
Ca Nhỏ hơn hoặc bằng 20% |
Khả năng khử oxy hạn chế, chủ yếu được sử dụng làm chất khử oxy silicon phụ trợ. | Thép thông thường, gang |
2. Hiệu ứng sửa đổi bao gồm
Một trong những giá trị cốt lõi của hợp kim canxi silic là biến đổi các tạp chất Al₂O₃ có điểm nóng chảy-{1}}cao thành aluminat canxi có điểm-nóng chảy-thấp, từ đó cải thiện tính lưu động của thép nóng chảy và các tính chất của thép.
| Tỷ lệ Ca/Si | Hình thái hòa nhập | Kết quả điều trị | Nguy cơ hình thành nốt sần ở mầm |
| < 0.5 (insufficient calcium) | Các tạp chất Al₂O₃ điểm nóng chảy-cao (điểm nóng chảy 2050 độ ) | Biến tính không đầy đủ; tạp chất vẫn ở dạng rắn. | Rủi ro cao |
|
0.5-0.8 |
Đã sửa đổi một phần | Kết quả vừa phải; biến động quan sát được. | Rủi ro trung bình |
| Lớn hơn hoặc bằng 0,8 (đủ canxi) | Canxi aluminate lỏng (điểm nóng chảy thấp) | Các tạp chất bị biến tính hoàn toàn; dễ dàng trôi nổi và loại bỏ. | Rủi ro thấp |
3. Tác động tiêu cực của hàm lượng canxi quá mức
Điều quan trọng cần lưu ý là nhiều canxi hơn không nhất thiết là tốt hơn. Hàm lượng canxi quá mức có thể dẫn đến các vấn đề mới:
| Các loại vấn đề | Biểu hiện cụ thể | Giải thích cơ chế |
| Giới hạn điểm sôi | Điểm sôi của canxi chỉ là 1484 độ, thấp hơn nhiệt độ của thép nóng chảy. | Lượng canxi dư thừa sẽ bốc hơi dữ dội, khiến thép nóng chảy bắn tung tóe. |
| Năng suất giảm | Năng suất canxi trong hợp kim số lượng lớn chỉ là 20% -30%. | Canxi thoát ra dưới dạng hơi, dẫn đến hiệu quả sử dụng thấp. |
| Hòa tan chậm hơn | Điểm nóng chảy của hợp kim canxi-cao tăng lên (1100 độ →1300 độ ). | Thời gian hòa tan hoàn toàn được kéo dài từ 3-5 phút lên 8-10 phút. |
| Lãng phí tài nguyên | Mất các nguyên tố canxi-hóa trị cao. | Hiệu quả kinh tế giảm sút. |
Đề xuất quy trình:Nên sử dụngdây lõiquá trình cho ăn thay vì đầu vào trực tiếp bằng hợp kim khối, có thể tăng tỷ lệ thu hồi canxi từ 20% -30% lên 40% -50%.
Silicon trong hợp kim CaSi
1. Chức năng “Người vận chuyển” của Silicon
Silicon trong hợp kim canxi-silic không chỉ thực hiện quá trình khử oxy cơ bản mà còn đóng vai trò quan trọng-đóng vai trò là "chất mang" canxi. Canxi nguyên chất có áp suất hơi cực cao ở nhiệt độ thép nóng chảy, gây khó khăn cho việc bổ sung một cách hiệu quả; tuy nhiên, sau khi tạo thành hợp kim với silicon, hoạt tính của canxi giảm đi, cho phép nó hòa tan ổn định trong thép nóng chảy và phát huy tác dụng khử oxy.
2. Tác động toàn diện của tỷ lệ Ca/Si đến hiệu quả xử lý thép
Coi canxi và silicon như một hệ hiệp đồng, tỷ lệ của chúng (Ca/Si) là một tham số quá trình quan trọng hơn hàm lượng của bất kỳ nguyên tố đơn lẻ nào:
| Phạm vi tỷ lệ Ca/Si | Hiệu ứng khử oxy | Kiểm soát hòa nhập | Hiệu suất đúc liên tục | Chất lượng thép |
|
< 0.4 (Severe calcium deficiency) |
Nghèo | Các tạp chất Al₂O₃: không bị biến tính | Tắc vòi phun nghiêm trọng | Tính dị hướng đáng kể |
|
0,4-0,6 (Không đủ canxi) |
Trung bình | bị biến tính một phần | Tắc nghẽn không liên tục | Biến động hiệu suất lớn |
|
0,6-0,8 (Tốt) |
Tốt | biến tính hoàn toàn | Về cơ bản ổn định | Hiệu suất ổn định |
|
0,8-1,0 (Tối ưu) |
Xuất sắc | hóa lỏng hoàn toàn | Vận hành êm ái | chất lượng tuyệt vời |
|
>1.0 (Dư thừa canxi) |
Tuyệt vời nhưng lãng phí | hiệu ứng ổn định | Vận hành êm ái nhưng chi phí cao | Chất lượng tốt nhưng hiệu quả kinh tế kém |
Đối với các công ty sản xuất thép, việc lựa chọn nhà cung cấp hợp kim canxi silic có thành phần ổn định không chỉ là quyết định mua sắm mà còn là đầu tư chiến lược vào kiểm soát chất lượng. Chỉ khi hàm lượng canxi và silicon trong mỗi mẻ hợp kim canxi-silicon vẫn ổn định trong phạm vi mục tiêu thì các kỹ sư xử lý mới có thể thiết lập một mô hình quy trình đáng tin cậy, cho phép các kết quả xử lý thép có thể dự đoán, tái sản xuất và tối ưu hóa.
