V procesech rafinace pánví,slitiny vápníku a křemíkujsou jednou z nejdůležitějších kompozitních přísad. Provádějí současně tři hlavní úkoly: dezoxidaci, odsíření a modifikaci vměstků, což z nich činí nepostradatelný materiál pro výrobu vysoce-kvalitní čisté oceli.
Avšak i při stejné jakosti slitiny křemíku a vápníku mohou mezi různými šaržemi existovat významné rozdíly v účincích úpravy. Hlavní příčina tohoto rozdílu často nespočívá ve variacích v provozním procesu, ale ve stabilitě složení samotné slitiny CaSi-zejména kolísání obsahu vápníku a křemíku. Vápník je nejreaktivnějším deoxidačním prvkem a i malé změny v jeho obsahu mohou způsobit významné změny v účincích úpravy oceli.
Dvojí výhody slitin sica pocházejí ze synergického účinku vápníku a křemíku, přičemž každá z nich má svůj vlastní důraz na funkci:
| Prvky | Základní funkce | Mechanismus působení |
| vápník (Ca) | Silná dezoxidace, odsíření a inkluzní denaturace | Má silnou afinitu ke kyslíku a síře, tvoří CaO a CaS, a tak přeměňuje Al₂O₃ na hlinitan vápenatý s nízkým -táním-. |
| křemík (Si) | Základní dezoxidace a zpracování nosných prvků | Nejprve provede předběžnou deoxidaci, přičemž současně sníží tlak par vápníku, čímž se zvýší výtěžek vápníku. |
Vápník ve slitinách vápníku a křemíku
1. Deoxidační kapacita: kvantitativní vztah mezi obsahem vápníku a účinností dezoxidace
Deoxidační kapacita vápníku je mnohem vyšší než u křemíku. Studie ukázaly, že afinita vápníku ke kyslíku je asi o 30 % vyšší než u křemíku. Obsah vápníku přímo určuje deoxidační účinnost slitiny.
| Typy obsahu vápníku | Rozsah | Charakteristika deoxygenace | Použitelné scénáře |
| Typ s vysokým obsahem vápníku |
Ca Větší nebo rovno 31 % |
Silná dezoxidační schopnost, rychle snižuje obsah kyslíku v roztavené oceli a vytváří inkluze hlinitanu vápenatého s nízkým -bodem tání-. | Vysoce čistá-ocel, automobilová ocel, ložisková ocel |
| Střední typ vápníku |
Přibližně 24 %-28 % |
Mírná deoxidační schopnost, dobrý celkový výkon. | Konvenční vysoce-kvalitní ocel, konstrukční ocel |
| Typ s nízkým obsahem vápníku |
Ca Méně než nebo rovno 20 % |
Omezená deoxidační schopnost, používá se hlavně jako pomocné deoxidační činidlo křemíku. | Obyčejná ocel, litina |
2. Účinek úpravy zahrnutí
Jednou ze základních hodnot slitin křemíku a vápníku je modifikace inkluzí Al₂O₃ s vysokým -bodem tání{1}} na hlinitany vápenaté s nízkým -bodem tání-, čímž se zlepšuje tekutost roztavené oceli a vlastnosti oceli.
| poměr Ca/Si | Morfologie inkluze | Výsledky léčby | Riziko tvorby uzlíků ve sprue |
| < 0.5 (insufficient calcium) | Inkluze Al₂O₃ s vysokým -bodem tání- (bod tání 2050 stupňů) | Neúplná denaturace; inkluze zůstávají pevné. | Vysoké riziko |
|
0.5-0.8 |
Částečně upraveno | Střední výsledky; pozorované výkyvy. | Střední riziko |
| Větší nebo rovno 0,8 (dostatek vápníku) | Kapalný hlinitan vápenatý (nízký bod tání) | Inkluze plně denaturované; snadno se vznáší a odstraňuje. | Nízké riziko |
3. Negativní účinky nadměrného obsahu vápníku
Je důležité si uvědomit, že více vápníku nemusí být nutně lepší. Nadměrný obsah vápníku může vést k novým problémům:
| Typy problémů | Specifické projevy | Vysvětlení mechanismu |
| Omezení bodu varu | Bod varu vápníku je pouze 1484 stupňů, nižší než teplota roztavené oceli. | Přebytek vápníku se prudce vypaří, což způsobí rozstřikování roztavené oceli. |
| Snížený výnos | Výtěžnost vápníku v objemových slitinách je pouze 20%-30%. | Vápník uniká jako pára, což má za následek nízké využití. |
| Pomalejší rozpouštění | Teplota tání slitin s vysokým -vápníkem se zvyšuje (1100 stupňů →1300 stupňů ). | Doba úplného rozpuštění se prodlouží z 3-5 minut na 8-10 minut. |
| Plýtvání zdroji | Ztráta vysoce-valenčních prvků vápníku. | Ekonomická efektivita klesá. |
Doporučení postupu:Doporučuje se používatplněný drátproces přivádění namísto přímého vstupu blokové slitiny, což může zvýšit míru obnovy vápníku z 20%-30% na 40%-50%.
Křemík ve slitinách CaSi
1. Funkce "nosiče" křemíku
Křemík v křemíkových-slitinách vápníku nejen provádí základní dezoxidaci, ale hraje také klíčovou roli-jako „přenašeč“ vápníku. Čistý vápník má extrémně vysoký tlak par při teplotách roztavené oceli, což ztěžuje jeho účinné přidávání; po vytvoření slitiny s křemíkem však aktivita vápníku klesá, což mu umožňuje stabilně se rozpouštět v roztavené oceli a uplatňovat svůj deoxidační účinek.
2. Komplexní dopad poměru Ca/Si na účinky úpravy oceli
Vzhledem k tomu, že vápník a křemík jsou synergickým systémem, je jejich poměr (Ca/Si) důležitějším procesním parametrem než obsah kteréhokoli jednotlivého prvku:
| Rozsah poměru Ca/Si | Deoxygenační efekt | Kontrola inkluze | Nepřetržitý výkon odlévání | Kvalita oceli |
|
< 0.4 (Severe calcium deficiency) |
Chudý | Al₂O3 inkluze: nedenaturované | Silné ucpání trysky | Výrazná anizotropie |
|
0,4-0,6 (nedostatek vápníku) |
Průměrný | částečně denaturované | Přerušované zanášení | Velké výkyvy výkonu |
|
0,6–0,8 (dobré) |
Dobrý | plně denaturované | V podstatě stabilní | Stabilní výkon |
|
0,8–1,0 (optimální) |
Vynikající | zcela zkapalněný | Bezproblémový provoz | Výborná kvalita |
|
>1,0 (nadbytek vápníku) |
Vynikající, ale marnotratné | stabilní účinek | Bezproblémový provoz, ale vysoká cena | Dobrá kvalita, ale nízká ekonomická účinnost |
Pro společnosti vyrábějící ocel je výběr dodavatele slitin vápníku a křemíku se stabilním složením nejen rozhodnutím o nákupu, ale také strategickou investicí do kontroly kvality. Pouze když obsah vápníku a křemíku v každé šarži křemíkové-slitiny vápníku zůstane stabilní v rámci cílového rozmezí, mohou procesní inženýři vytvořit spolehlivý procesní model, který umožní předvídatelné, reprodukovatelné a optimalizovatelné výsledky zpracování oceli.
