Alliage calcium-silicium (CaSi)est un agent de raffinage composite très efficace dans l'industrie métallurgique. Grâce à l'effet synergique du silicium (Si) et du calcium (Ca), il permet une désoxydation, une désulfuration et une modification des inclusions en profondeur, déterminant directement la pureté de l'acier fondu et les performances globales de l'acier. Il s'agit d'un matériau auxiliaire essentiel dans la production d'acier de milieu-à-haut de gamme-.
Avantages principaux :Efficacité élevée de désoxydation et de désulfuration, excellent effet de modification d'inclusion ; un raffinage en profondeur peut être obtenu avec un ajout de seulement 0,2 %-0,5 % par tonne d'acier, ce qui en fait l'agent de raffinage composite préféré pour la production d'acier haut de gamme.
Forme et emballage :Blocs (adaptés au raffinage en poche),poudre de calcium et de silicium/fil fourré (adapté aux processus de coulée continue), emballé dans des fûts en fer résistants à l'humidité ou dans des sacs d'une tonne ; le transport international nécessite une étanchéité pour éviter l’oxydation.
Principe de désoxydation et effet quantitatif de l'alliage silicium-calcium
(1) Mécanisme de désoxydation de base : synergie silicium-calcium, purification en profondeur
Désoxydation basique du silicium :
Principe de réaction :Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe (spontané dans l'acier fondu à 1 500-1 600 degrés), SiO₂ a une densité beaucoup plus faible que l'acier fondu et flotte facilement pour former des scories ;
Avantages clés :Une désoxydation légère évite une ébullition violente de l'acier en fusion, et le SiO₂ généré peut former des inclusions composites à bas -point de fusion-avec d'autres oxydes (tels que CaO・SiO₂), améliorant encore l'efficacité de la séparation.
Désoxydation améliorée par le calcium :
Principe de réaction :2Ca + O₂ → 2CaO, Ca + Al₂O₃ → CaO・Al₂O₃. Le calcium a une plus forte affinité pour l'oxygène que le silicium et l'aluminium, éliminant les traces d'oxygène résiduel dans l'acier fondu tout en modifiant les inclusions d'Al₂O₃ dures et cassantes.
Rôle unique :Les bulles formées par la volatilisation du calcium remuent l'acier en fusion, favorisant la collision et la flottation des inclusions, améliorant ainsi l'uniformité de la désoxydation.
Effet de désoxydation synergique :
Le silicium réduit d’abord la teneur en oxygène de l’acier en fusion, créant ainsi les conditions nécessaires à la désoxydation du calcium. Le Ca₂SiO₄ résultant et d'autres composés composites améliorent encore l'efficacité de la désoxydation, l'améliorant de 30 à 40 % par rapport à la désoxydation simple au silicium ou au calcium.
Effets quantitatifs par scénario
| Type d'acier | Quantité ajoutée à l'alliage CaSi | Teneur initiale en oxygène (ppm) | Teneur en oxygène après raffinage (ppm) | Efficacité de la désoxydation |
|---|---|---|---|---|
| Acier au carbone ordinaire (Q235) | 0.2%-0.3% | 80-100 | 40-50 | 45%-60% |
| Acier à faible-alliage à haute-résistance (Q355) | 0.3%-0.4% | 90-110 | 35-45 | 55%-68% |
| Acier inoxydable (304) | 0.4%-0.5% | 100-120 | 25-35 | 65%-79% |
| Acier de construction allié (40Cr) | 0.3%-0.4% | 85-105 | 30-40 | 58%-71% |
Principe de désulfuration et effets quantitatifs de l'alliage silicium-calcium
(1) Mécanisme de désulfuration de base : le calcium comme facteur dominant, le silicium comme cofacteur auxiliaire-
Calcium-Désulfuration dominante :
Principe de réaction :Ca + FeS → CaS + Fe (de préférence dans l'acier fondu), CaS a un point de fusion de 2450 degrés, est insoluble dans l'acier fondu, précipite sous forme de particules solides et flotte vers les scories ;
Avantages clés :Le calcium a une très forte affinité pour le soufre et sa capacité de désulfuration est 5 à 10 fois supérieure à celle du manganèse, réduisant la teneur en soufre de l'acier fondu à moins de 0,01 %.
Le rôle auxiliaire du silicium :
Réduit la tension superficielle de l'acier en fusion, favorise la collision et l'agrégation des particules de CaS et accélère leur flottement et leur séparation ;
Réduit la teneur en oxygène dans l'acier fondu pendant la désoxydation, réduisant ainsi l'interférence de l'oxygène sur la réaction de désulfuration (en évitant la génération de SO₂) et améliorant le taux de conversion de la réaction de désulfuration.
(2) Effets quantitatifs par scénario
| Type d'acier | Quantité ajoutée à l'alliage SiCa | Teneur en soufre initiale (%) | Teneur en soufre après raffinage (%) | Efficacité de la désulfuration | Valeur fondamentale |
|---|---|---|---|---|---|
| Acier au carbone ordinaire (Q235) | 0.2%-0.3% | 0.03-0.05 | 0.015-0.025 | 30%-50% | Eviter la fragilité thermique |
| Acier à faible-alliage à haute-résistance (Q355) | 0.3%-0.4% | 0.02-0.04 | 0.008-0.015 | 55%-70% | Améliorer la soudabilité |
| Acier inoxydable (304) | 0.4%-0.5% | 0.015-0.03 | 0.003-0.008 | 70%-85% | Améliorer la résistance à la corrosion |
| Acier résistant à l'usure-(NM450) | 0.3%-0.4% | 0.02-0.04 | 0.006-0.012 | 65%-80% | Améliorer la résistance à l'usure |
Facteurs clés affectant les effets de la désoxydation et de la désulfuration et le contrôle pratique
Température de l'acier :La température de réaction optimale est de 1 500 à 1 600 degrés. Si la température est trop basse (<1450℃), the reaction rate decreases; if the temperature is too high (>1650 degrés), la perte par volatilisation du calcium augmente.
Méthode d'addition :La méthode d’alimentation en fil (fil fourré de calcium et de silicium) est utilisé dans le raffinage en poche. L'uniformité de l'addition est bonne et l'efficacité de désoxydation et de désulfuration est de 15 à 20 % supérieure à celle de l'alimentation directe.
Teneur initiale en oxygène et en soufre dans l’acier :Lorsque la teneur en oxygène et en soufre est trop élevée, la quantité ajoutée doit être augmentée de manière appropriée ou ajoutée par étapes pour éviter une réaction insuffisante.
