Alliages calcium-siliciumsont principalement composés de calcium (Ca) et de silicium (Si), avec quelques éléments comme le baryum et l'aluminium, favorisant leur adaptabilité à diverses applications :
Gamme de composition :Ca 28%-35%, Si 55%-65%, impuretés Al Inférieur ou égal à 2,0%, S Inférieur ou égal à 0,04%, P Inférieur ou égal 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), présentant une forte activité chimique à haute température.
Fonctions principales :Intégrant la désulfuration, la désoxydation, l'alliage et le raffinement des grains, il s'agit d'un « agent composite multifonctionnel » dans l'industrie métallurgique.
Scénarios d’application de base de l’alliage silicium-calcium
(1) Industrie sidérurgique : matière première de base pour la désulfuration, la désoxydation et l'alliage
L'alliage silicium-calcium est un matériau fonctionnel composite à haute-efficacité dans l'industrie sidérurgique, particulièrement adapté à la production d'acier-haut de gamme et d'acier à très-faible teneur en soufre. Ses principales applications sont les suivantes :
Désulfuration profonde :
Mécanisme d'action :Le calcium réagit avec le soufre avec une énergie libre extrêmement faible, générant spontanément du CaS (point de fusion de 2 450 degrés, presque insoluble dans l'acier en fusion) à haute température. Le silicium désoxyde et optimise simultanément l'environnement réactionnel (anglais : Ca + S → CaS, Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe) ;
Effet quantitatif :L'ajout de 0,1 %-0,5 % peut réduire la teneur en soufre de l'acier fondu de 0,05 % à 0,08 % à moins de 0,01 % (norme pour l'acier à très faible teneur en soufre), permettant ainsi d'obtenir un taux de désulfuration de 80 % à 95 % ;
Scénarios appropriés : nuances d'acier haut de gamme-sensibles à la teneur en soufre, telles que l'acier à roulements, l'acier à ressorts et l'acier inoxydable.
Désoxydation à haute-efficacité :
Mécanisme d'action :Le calcium a une capacité désoxydante plus forte que l’aluminium et le silicium. Il peut réagir avec l'oxygène et les oxydes de l'acier en fusion pour former du CaO, et peut également réduire les inclusions d'Al₂O₃ (formant du CaO・Al₂O₃ à bas-point de fusion-), qui sont facilement éliminées par flottation.
Effet quantitatif :Avec un ajout de 0,2 à 0,3 %, la teneur en oxygène dans l'acier fondu diminue de 80 à 100 ppm à 20 à 30 ppm, la quantité totale d'inclusions d'oxyde diminue de 60 à 70 % et le taux de défauts de surface des billettes d'acier diminue de 1,2 % à 0,3 %.
Scénarios appropriés :Production d'aciers à faible-alliages à haute résistance-et d'aciers électriques au silicium, améliorant les performances de traitement et la durée de vie de l'acier.
Alliage et amélioration des performances :
Mécanisme d'action: Des atomes de calcium et de silicium sont incorporés dans le réseau de ferrite, provoquant une distorsion du réseau, entravant le mouvement des dislocations et affinant la taille des grains ;
Effet quantitatif :L'ajout de 0,1 %-0,2 % d'alliage ferro-silicium-calcium à l'acier de construction faiblement allié augmente la résistance à la traction de 10 à 15 % et la résistance aux chocs (-20 degrés) de 20 à 30 %, ce qui le rend adapté aux machines d'ingénierie et à l'acier des ponts ;
(2) Industrie de la fonderie : composants de base des inoculants et des agents sphéroïdisants
L'alliage SiCa est principalement utilisé dans la production de fonte grise et de fonte ductile pour améliorer l'uniformité de la structure de coulée et des propriétés mécaniques :
Application d’inoculants :
Mécanisme d'action :Favorise la précipitation de la graphitisation, affine les grains de graphite et la structure de la matrice et évite la tendance à la fonte blanche ;
Effet quantitatif :L'ajout de 0,1 % à 0,3 % d'alliage ferro-calcium-silicium granulaire (1-3 mm) (fonte grise) augmente la résistance à la traction des pièces moulées de 200 MPa à 280 MPa et améliore la ténacité aux chocs . 133 %, le taux de rebut est réduit de 8 % à 3 % ; Convient pour : les pièces moulées de précision telles que les blocs moteurs et les bâtis de machines-outils.
Composants de l'agent sphéroïdisant :
Mécanisme d'action :Utilisé en combinaison avec du magnésium et des éléments de terres rares (tels quealliages de silicium, de calcium et de baryum) pour favoriser la cristallisation du graphite en formes sphériques, améliorant ainsi la ténacité et la résistance de la fonte ductile ;
Effet:Le taux de sphéroïdisation peut atteindre plus de 90 %, résistance à la traction de la fonte ductile supérieure ou égale à 450 MPa, allongement supérieur ou égal à 10 %, adapté aux pièces porteuses- telles que les vilebrequins et les engrenages automobiles ;
Avantages :Par rapport aux agents sphéroïdisants à magnésium unique, les alliages calcium-silicium peuvent réduire le taux de combustion du magnésium de 15 à 20 %, réduisant ainsi les coûts de production.
(3) Production de ferroalliages : agent de réduction et de raffinage à haute-efficacité
Les alliages CaSi, en raison de leurs fortes propriétés réductrices et de leur faible teneur en carbone (inférieure ou égale à 0,1 %), sont des agents réducteurs idéaux pour la production de ferroalliages à faible -carbone.
Applications principales :
Mécanisme d'action :Réduit les oxydes de vanadium, de titane, de niobium, etc., pour préparer du ferrovanadium, du ferrotitane, du ferroniobium, etc. à faible teneur en carbone, en évitant l'enrichissement en carbone ;
Scénarios appropriés :Production de ferroalliages haut de gamme, utilisé dans les domaines de l'aérospatiale et des matériaux électroniques.
Fonction de raffinage :Élimine les impuretés telles que le soufre et le phosphore des ferroalliages, améliorant ainsi la pureté du produit. Par exemple, lors de la production de ferromanganèse de haute-pureté, l'ajout d'alliages calcium-silicium réduit la teneur en soufre de 0,05 % à moins de 0,01 %, répondant ainsi aux exigences de la fusion d'acier-haut de gamme.
(4) Autres scénarios d'application
Fusion de métaux non-ferreux :En tant qu'agent de raffinage des alliages d'aluminium et de cuivre, il élimine les impuretés d'oxygène et de soufre, améliorant ainsi la pureté et la fluidité du métal ; avec un ajout de 0,3 % à 0,5 %, la teneur en oxygène des alliages d'aluminium diminue de 50 à 80 ppm à 20 à 30 ppm, réduisant ainsi le taux de défauts de porosité des pièces moulées de 70 % ; Scénarios appropriés : production d’alliages d’aluminium aérospatiaux et d’alliages de cuivre de précision.
Matériaux de soudage :En tant que matière première pour les baguettes de soudage et les revêtements de flux, avec un ajout de 20 à 30 %, il se désoxyde et se désulfure pendant le soudage, améliorant ainsi la résistance de la soudure et la résistance à la corrosion ; résistance à la traction de la soudure supérieure ou égale à 400 MPa et temps de résistance à la corrosion au brouillard salin prolongé de 2 fois ; Scénarios appropriés : Construction et soudage de machines.
Adaptation des applications et logique de sélection des différentes qualités d'alliages CaSi
(1) Tableau des notes de base et de l'adaptation des applications
| Catégorie d'alliage de silicium et de calcium | Composants de base (Ca/Si) | Scénarios d'application de base | Ajout recommandé |
| CaSi3060 | 30%/60% | Désoxydation dans la sidérurgie conventionnelle, inoculation de pièces moulées en alliage faible- | 0,1%-0,2% (sidérurgie), 0,1%-0,3% (coulée) |
| CaSi3262 | 32%/62% | Désulfuration dans-la sidérurgie haut de gamme, sphéroïdisation dans la fonderie de précision | 0,2%-0,5% (sidérurgie), 0,2%-0,4% (coulée) |
| CaSi3560 | 35%/60% | Raffinage d'acier à très faible-acier à faible teneur en soufre, agents réducteurs dans la production de ferroalliages | 0,3 % à 0,5 % (sidérurgie), 1,2 à 1,5 tonne/tonne en alliage (alliage ferro) |
(2) Principes de sélection de base
Priorité aux performances :L'acier de haute qualité-et le moulage de précision doivent utiliser des qualités de calcium-à haute teneur en calcium (Ca supérieur ou égal à 32 %) pour garantir les effets de désulfuration et de désoxydation ;
Solde des coûts :L'acier ordinaire et les pièces moulées conventionnelles doivent utiliser des qualités de calcium moyennes - (Ca 30 % à 32 %) pour équilibrer les performances et les coûts ;
Adaptation des processus :La fabrication de l'acier doit utiliser des matériaux en blocs (5 à 30 mm), le moulage doit utiliser des matériaux granulaires (1 à 3 mm) et la production de ferroalliages doit utiliser des matériaux en blocs (10 à 50 mm).
