V procesih rafiniranja lonca,kalcijeve silicijeve zlitineso eden najpomembnejših kompozitnih dodatkov. Hkrati opravljajo tri glavne naloge: dezoksidacijo, razžveplanje in modifikacijo vključkov, zaradi česar so nepogrešljiv material za proizvodnjo visoko-kakovostnega čistega jekla.
Vendar pa lahko tudi pri isti stopnji silicijeve kalcijeve zlitine med različnimi serijami obstajajo pomembne razlike v učinkih obdelave. Temeljni vzrok te razlike pogosto ni v variacijah delovnega procesa, temveč v stabilnosti sestave same zlitine CaSi-zlasti v nihanjih vsebnosti kalcija in silicija. Kalcij je najbolj reaktiven deoksidacijski element in že majhne spremembe v njegovi vsebnosti lahko povzročijo pomembne spremembe v učinkih obdelave jekla.
Dvojne prednosti sica zlitin izhajajo iz sinergističnega učinka kalcija in silicija, pri čemer ima vsaka svoj poudarek na funkciji:
| Elementi | Osnovne funkcije | Mehanizem delovanja |
| Kalcij (Ca) | Močna deoksidacija, razžveplanje in denaturacija vključkov | Ima močno afiniteto do kisika in žvepla, pri čemer tvori CaO in CaS, s čimer pretvori Al₂O₃ v kalcijev aluminat z nizkim -tališčem-. |
| Silicij (Si) | Osnovna deoksidacija in obdelava nosilnih elementov | Najprej izvede predhodno dezoksidacijo, hkrati pa zniža parni tlak kalcija in s tem poveča izkoristek kalcija. |
Kalcij v kalcijevih silicijevih zlitinah
1. Zmogljivost deoksidacije: kvantitativno razmerje med vsebnostjo kalcija in učinkovitostjo deoksidacije
Kalcijeva deoksidacijska sposobnost je veliko boljša od silicija. Študije so pokazale, da je afiniteta kalcija do kisika približno 30 % višja kot pri siliciju. Vsebnost kalcija neposredno določa učinkovitost deoksidacije zlitine.
| Vrste vsebnosti kalcija | Področje uporabe | Značilnosti deoksigenacije | Veljavni scenariji |
| Vrsta z visoko vsebnostjo kalcija |
Ca Večji ali enak 31 % |
Močna sposobnost deoksidacije, hitro zmanjšanje vsebnosti kisika v staljenem jeklu in tvorba vključkov kalcijevega aluminata z nizko-tališčem-. | Jeklo visoke-čistosti, jeklo za avtomobile, jeklo za ležaje |
| Srednji kalcijev tip |
približno 24%-28% |
Zmerna sposobnost deoksidacije, dobra splošna učinkovitost. | Običajno visoko{0}}kakovostno jeklo, strukturno jeklo |
| Tip z nizko vsebnostjo kalcija |
Ca Manjši ali enak 20 % |
Omejena deoksidacijska sposobnost, ki se večinoma uporablja kot pomožno sredstvo za deoksidacijo silicija. | Navadno jeklo, litoželezo |
2. Učinek modifikacije vključitve
Ena od temeljnih vrednosti silicijevih kalcijevih zlitin je modifikacija vključkov Al₂O₃ z visokim-tališčem-točke v kalcijeve aluminate z nizkim{2}}tališčem-točke, s čimer se izboljša fluidnost staljenega jekla in lastnosti jekla.
| Razmerje Ca/Si | Inkluzijska morfologija | Rezultati zdravljenja | Tveganje za nastanek nodulov na kanalu |
| < 0.5 (insufficient calcium) | Vključki Al₂O₃ z visokim -tališčem- (tališče 2050 stopinj) | Nepopolna denaturacija; vključki ostanejo trdni. | Visoko tveganje |
|
0.5-0.8 |
Delno spremenjeno | Zmerni rezultati; opažena nihanja. | Srednje tveganje |
| Večji ali enak 0,8 (zadostno kalcija) | Tekoči kalcijev aluminat (nizko tališče) | Vključki popolnoma denaturirani; zlahka plavajo in odstranijo. | Majhno tveganje |
3. Negativni učinki prekomerne vsebnosti kalcija
Pomembno je vedeti, da več kalcija ni nujno boljše. Prekomerna vsebnost kalcija lahko povzroči nove težave:
| Vrste težav | Posebne manifestacije | Razlaga mehanizma |
| Omejitev vrelišča | Vrelišče kalcija je samo 1484 stopinj, nižje od temperature staljenega jekla. | Presežek kalcija bo močno izhlapel, kar bo povzročilo brizganje staljenega jekla. |
| Zmanjšan donos | Izkoristek kalcija v zlitinah v razsutem stanju je le 20%-30%. | Kalcij uhaja kot hlapi, zaradi česar je izkoristek nizek. |
| Počasnejše raztapljanje | Tališče visoko{0}}kalcijevih zlitin se poveča (1100 stopinj → 1300 stopinj). | Čas popolnega raztapljanja se podaljša s 3-5 minut na 8-10 minut. |
| Zapravljanje virov | Izguba-visokovalentnih kalcijevih elementov. | Ekonomska učinkovitost se zmanjša. |
Priporočilo postopka:Priporočljivo je, da uporabitepolnjena žicapostopek hranjenja namesto neposrednega vnosa blok zlitine, ki lahko poveča stopnjo izkoristka kalcija z 20%-30% na 40%-50%.
Silicij v CaSi zlitinah
1. "Nosilna" funkcija silicija
Silicij v silicijevih-kalcijevih zlitinah ne izvaja le osnovne deoksidacije, ampak igra tudi ključno vlogo-, saj deluje kot "nosilec" za kalcij. Čisti kalcij ima izjemno visok parni tlak pri temperaturah staljenega jekla, zaradi česar ga je težko učinkovito dodajati; vendar se po tvorbi zlitine s silicijem aktivnost kalcija zmanjša, kar mu omogoča, da se stabilno raztopi v staljenem jeklu in izvaja svoj deoksidacijski učinek.
2. Obsežen vpliv razmerja Ca/Si na učinke obdelave jekla
Če upoštevamo kalcij in silicij kot sinergistični sistem, je njuno razmerje (Ca/Si) pomembnejši procesni parameter kot vsebnost katerega koli posameznega elementa:
| Razpon razmerja Ca/Si | Učinek deoksigenacije | Nadzor vključitve | Zmogljivost neprekinjenega litja | Kakovost jekla |
|
< 0.4 (Severe calcium deficiency) |
Ubogi | Vključki Al₂O3: nedenaturiran | Huda zamašitev šob | Pomembna anizotropija |
|
0,4-0,6 (nezadostno kalcija) |
Povprečje | delno denaturiran | Občasno zamašitev | Velika nihanja delovanja |
|
0,6-0,8 (dobro) |
Dobro | popolnoma denaturiran | V osnovi stabilen | Stabilno delovanje |
|
0,8-1,0 (optimalno) |
Odlično | popolnoma utekočinjen | Nemoteno delovanje | Odlična kvaliteta |
|
>1,0 (presežek kalcija) |
Odlično, a potratno | stabilen učinek | Nemoteno delovanje, vendar visoki stroški | Dobra kakovost, vendar slaba ekonomska učinkovitost |
Za jeklarska podjetja izbira dobavitelja kalcijevih silicijevih zlitin s stabilno sestavo ni le odločitev o nabavi, temveč tudi strateška naložba v nadzor kakovosti. Samo ko vsebnost kalcija in silicija v vsaki seriji silicijeve-kalcijeve zlitine ostane stabilna znotraj ciljnega območja, lahko procesni inženirji vzpostavijo zanesljiv procesni model, ki omogoča predvidljive, ponovljive in optimizirane rezultate obdelave jekla.
