Alliages calcium-siliciumutilisent du calcium (Ca) et du silicium (Si) comme composants principaux, certains éléments de baryum et d'aluminium soutenant leur fonction de désulfuration très efficace :
Gamme de composition :Ca 28 % à 35 %, Si 55 % à 65 %, impuretés Al inférieures ou égales à 2,0 %, S inférieures ou égales à 0,04 %, P inférieures ou égales à 0,04 % ;
Propriétés physiques :Point de fusion 1250-1350 degrés, densité 2,5-2,8 g/cm³, sous forme de morceaux (5-30 mm) ou de granulés (1-10 mm), avec une forte activité chimique à haute température ;
Principaux avantages :La capacité de désulfuration du calcium dépasse de loin celle du manganèse et du fer, tandis que l'effet désoxydant du silicium optimise l'environnement de désulfuration, obtenant un effet synergique de « désulfuration + désoxydation ».
Mécanisme de base de la désulfuration dans la fabrication d’acier allié au silicium et au calcium
(1) Réaction chimique du calcium-soufre : la base fondamentale de la désulfuration
Réaction principale :Ca + S → CaS, le CaS généré a un point de fusion de 2450 degrés et une solubilité de seulement 0,0002 % (dans l'acier en fusion), ce qui le rend presque insoluble dans l'acier en fusion ;
Réaction synergique :Le silicium réagit avec FeO dans l'acier fondu (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe), réduisant la teneur en oxygène dans l'acier fondu et empêchant la formation de sulfates difficiles-à-éliminables (tels que CaSO₄) par l'oxygène et le soufre, créant ainsi un environnement réducteur pour la réaction calcium-soufre ;
Avantage thermodynamique :Le potentiel d'électrode du calcium est bien inférieur à celui du soufre, ce qui garantit que le calcium se combine préférentiellement avec le soufre, rendant la réaction de désulfuration irréversible.
(2) Flottation et séparation du CaS : une étape clé de la désulfuration
Facteurs déterminants de la différence de densité :Le CaS a une densité beaucoup plus faible que l'acier fondu, présentant naturellement une tendance à flotter ;
Améliorer les facteurs de séparation :L'agitation de l'acier fondu accélère l'agrégation des particules de CaS, augmentant la vitesse de flottation de 2 à 3 fois ;
Adsorption des scories :Après avoir flotté à la surface de l'acier fondu, le CaS est adsorbé par les scories CaO-SiO₂-Al₂O₃ et évacué avec les scories, complétant ainsi la désulfuration.
(3) Quantification de l'effet de la désulfuration et des facteurs d'influence
Données sur les effets de base :
Quantité d'addition conventionnelle (0,1 % à 0,3 % de la masse d'acier fondu) :Peut réduire la teneur en soufre de l'acier fondu de 0,05 % à 0,08 % à moins de 0,01 %, atteignant un taux de désulfuration de 80 % à 90 % ;
-Affinage de l'acier haut de gamme (montant supplémentaire : 0,3 % à 0,5 % + raffinage au four LF) :La teneur en soufre peut être réduite en dessous de 0,005 % (norme pour les aciers à très faible teneur en soufre), avec un taux de désulfuration supérieur ou égal à 93 %.
Facteurs d’influence clés :
Composition de l'alliage :Un alliage SiCa avec une teneur de 30 à 32 % en Ca et de 60 à 62 % en Si présente la meilleure efficacité de désulfuration. Une teneur en calcium trop faible (<28%) will lead to a 15%-20% decrease in desulfurization rate.
Température de l'acier :Le taux de réaction de désulfuration est le plus rapide entre 1 550 et 1 600 degrés. En dessous de 1 500 degrés, l'efficacité de la réaction diminue de 30 %.
Teneur en oxygène :Lorsque la teneur initiale en oxygène de l'acier fondu est inférieure ou égale à 50 ppm, le taux de désulfuration est 25 % plus élevé que lorsque la teneur en oxygène est comprise entre 80 et 100 ppm. L'effet désoxydant du silicium est crucial.
Application et adaptation de l'alliage CaSi à différentes étapes de fabrication de l'acier
(1) Fabrication d'acier par convertisseur (désulfuration finale)
Logique d'application :
Ajouté au stade ultérieur du taraudage du convertisseur, utilisant le mélange turbulent de l'acier fondu pour réduire initialement la teneur en soufre, jetant ainsi les bases d'un raffinage ultérieur ;
Paramètres du processus :
Quantité ajoutée 0,1 % à 0,2 %, température de l'acier fondu 1 600 à 1 650 degrés, agitation de l'argon pendant 5 à 8 minutes pendant le taraudage, le taux de désulfuration peut atteindre 70 % à 75 % ;
Scénarios appropriés :
Désulfuration initiale de l'acier au carbone ordinaire et de l'acier faiblement allié, réduisant la teneur en soufre à 0,02 % à 0,03 %.
(2) Raffinage au four LF (désulfuration en profondeur)
Logique d'application :
Sous l'atmosphère réductrice du four LF, l'alliage silicium-calcium est combiné avec des agents formant des scories tels que la chaux et la fluorite pour obtenir une désulfuration en profondeur ;
Paramètres du processus :
Quantité d'addition 0,2 % à 0,5 %, basicité des scories contrôlée à 1,8 à 2,2, intensité d'agitation de l'argon 0,4 à 0,6 m/s, temps de raffinage 30 à 40 minutes, la teneur en soufre peut être réduite en dessous de 0,005 % ;
Scénarios appropriés :
Production d'aciers à très faible-faible teneur en soufre tels que-l'acier allié haut de gamme, l'acier inoxydable et l'acier pour roulements.
(3) Coulée protectrice en coulée continue (désulfuration terminale)
Logique d'application :
Un fil d'alliage calcium-silicium (diamètre 10-13 mm) est introduit dans le cristalliseur via un dévidoir pour éliminer les traces de soufre résiduel dans l'acier fondu ;
Paramètres du processus :
Vitesse d'alimentation en fil de 3 à 5 m/s, quantité d'alimentation en fil de 0,05 % à 0,1 %, ce qui peut réduire davantage la teneur en soufre en dessous de 0,003 %, évitant ainsi les défauts cassants à chaud dans la billette coulée en continu.
Points de contrôle de sélection et d’utilisation
(1) Logique de sélection : faire correspondre la nuance d'alliage en fonction des exigences de l'acier
| Nuance d'acier | Nuances d'alliage de silicium-calcium recommandées | Exigences des composants de base (Ca/Si) | Objectifs de désulfuration |
| Acier au carbone ordinaire | CaSi3060 | 30%/60% | S Inférieur ou égal à 0,02%, taux de désulfuration Supérieur ou égal à 75% |
| Acier faiblement allié | CaSi3262 | 32%/62% | S Inférieur ou égal à 0,01%, taux de désulfuration Supérieur ou égal à 85% |
| Acier haut de gamme-à très faible-faible teneur en soufre | CaSi3560 | 35%/60% | S Inférieur ou égal à 0,005%, taux de désulfuration Supérieur ou égal à 93% |
(2) Précautions d'utilisation
Contrôle du montant des ajouts :
Excessive addition (>0,6 %) peut facilement conduire à une teneur excessive en calcium dans l'acier fondu, générant des inclusions de CaO et affectant la résistance aux chocs de l'acier (diminution de 10 à 15 %).
Calendrier des ajouts :
Commencez à ajouter lorsque le convertisseur a prélevé 1/3 de l'acier pour éviter un ajout prématuré qui pourrait provoquer une oxydation du calcium (le taux de combustion du calcium- augmente de 10 % à 15 % à plus de 30 %).
Protection du stockage :
Conserver dans un environnement sec et scellé pour éviter l’oxydation de l’humidité (générant du Ca(OH)₂, réduisant l’activité de désulfuration). La période de stockage ne doit pas dépasser 6 mois.
Protection de sécurité :
Le calcium est inflammable. Tenir à l'écart des flammes nues pendant l'ajout et utiliser un extincteur à poudre sèche pour empêcher les particules d'alliage d'éclabousser et de provoquer un incendie.
Tendances de l'industrie : orientations améliorées pour la désulfuration des alliages de calcium et de silicium
Traitement des composites :Développement d'agents désulfurants composites de "silicium-calcium-baryum" et de "silicium-calcium-aluminium". Le baryum et l'aluminium peuvent encore améliorer le taux d'utilisation du calcium (de 60 à 70 % à plus de 80 %), augmentant le taux de désulfuration de 5 à 10 %.
Traitement raffiné :Personnalisation des compositions pour différentes qualités d'acier (telles que les alliages à très faible-aluminium-silicium-calcium et les alliages à faible-soufre silicium-calcium) pour répondre aux exigences strictes en matière d'impuretés des aciers-haut de gamme.
Traitement écologique :Utiliser l'électricité verte pour fondre des alliages silicium-calcium, réduire les émissions de carbone et optimiser les processus de production pour réduire la teneur en impuretés nocives (telles que P et S) dans l'alliage.
