Stopy wapniowo-krzemowewykorzystują wapń (Ca) i krzem (Si) jako główne składniki, a niektóre pierwiastki baru i aluminium wspierają ich wysoce skuteczną funkcję odsiarczania:
Zakres składu:Ca 28%-35%, Si 55%-65%, zanieczyszczenia Al Mniejsze lub równe 2,0%, S Mniejsze lub równe 0,04%, P Mniejsze lub równe 0,04%;
Właściwości fizyczne:Temperatura topnienia 1250-1350 stopni, gęstość 2,5-2,8 g/cm3, w postaci kawałków (5-30 mm) lub granulek (1-10 mm), o silnej aktywności chemicznej w wysokich temperaturach;
Podstawowe zalety:Zdolność odsiarczania wapnia znacznie przewyższa zdolność manganu i żelaza, podczas gdy działanie odtleniające krzemu optymalizuje środowisko odsiarczania, osiągając synergiczny efekt „odsiarczania + odtleniania”.
Podstawowy mechanizm odsiarczania w produkcji stali stopowej krzemowo-wapniowej
(1) Wapń-Reakcja chemiczna z siarką: podstawowa podstawa odsiarczania
Główna reakcja:Ca + S → CaS, wytworzony CaS ma temperaturę topnienia 2450 stopni i rozpuszczalność tylko 0,0002% (w roztopionej stali), co czyni go prawie nierozpuszczalnym w roztopionej stali;
Reakcja synergistyczna:Krzem reaguje z FeO w roztopionej stali (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe), zmniejszając zawartość tlenu w roztopionej stali i zapobiegając tworzeniu się trudnych--do usunięcia siarczanów (takich jak CaSO₄) przez tlen i siarkę, tworząc w ten sposób środowisko redukujące dla reakcji wapniowej-siarki;
Zaleta termodynamiczna:Potencjał elektrodowy wapnia jest znacznie niższy niż siarki, co zapewnia, że wapń preferencyjnie łączy się z siarką, czyniąc reakcję odsiarczania nieodwracalną.
(2) Flotacja i separacja CaS: kluczowy krok w odsiarczaniu
Czynniki wpływające na różnicę gęstości:CaS ma znacznie niższą gęstość niż roztopiona stal i naturalnie wykazuje tendencję do unoszenia się na wodzie;
Zwiększanie współczynników separacji:Mieszanie roztopionej stali przyspiesza agregację cząstek CaS, zwiększając prędkość flotacji 2-3 razy;
Adsorpcja żużla:Po wypłynięciu na powierzchnię roztopionej stali CaS jest adsorbowany przez żużel CaO-SiO₂-Al₂O₃ i odprowadzany wraz z żużlem, co kończy odsiarczanie.
(3) Ilościowe określenie efektu odsiarczania i czynników wpływających
Podstawowe dane dotyczące efektu:
Konwencjonalna ilość dodatku (0,1% -0,3% masy stopionej stali):Może zmniejszyć zawartość siarki w roztopionej stali z 0,05% -0,08% do poniżej 0,01%, osiągając stopień odsiarczania na poziomie 80% -90%;
Wysoko-rafinacja stali (ilość dodatku 0,3%–0,5% + rafinacja w piecu LF):Zawartość siarki można obniżyć do poziomu poniżej 0,005% (standard stali o bardzo-niskiej zawartości siarki), przy stopniu odsiarczania większym lub równym 93%.
Kluczowe czynniki wpływające:
Skład stopu:Stop SiCa o zawartości 30%-32% Ca i 60%-62% Si wykazuje najlepszą skuteczność odsiarczania. Zbyt niska zawartość wapnia (<28%) will lead to a 15%-20% decrease in desulfurization rate.
Temperatura stali:Szybkość reakcji odsiarczania jest najszybsza w temperaturze 1550-1600 stopni. Poniżej 1500 stopni wydajność reakcji spada o 30%.
Zawartość tlenu:Gdy początkowa zawartość tlenu w roztopionej stali jest mniejsza lub równa 50 ppm, stopień odsiarczania jest o 25% wyższy niż w przypadku zawartości tlenu 80-100 ppm. Odtleniające działanie krzemu jest kluczowe.
Zastosowanie i adaptacja stopu CaSi na różnych etapach produkcji stali
(1) Produkcja stali konwertorowej (ostateczne odsiarczanie)
Logika aplikacji:
Dodawany na późniejszym etapie spuszczania konwertora, wykorzystujący turbulentne mieszanie stopionej stali w celu wstępnego zmniejszenia zawartości siarki, kładąc podwaliny pod późniejszą rafinację;
Parametry procesu:
Ilość dodatku 0,1% -0,2%, temperatura stopionej stali 1600-1650 stopni, mieszanie argonu przez 5-8 minut podczas spuszczania, szybkość odsiarczania może osiągnąć 70% -75%;
Odpowiednie scenariusze:
Wstępne odsiarczanie zwykłej stali węglowej i stali niskostopowej, zmniejszające zawartość siarki do 0,02% -0,03%.
(2) Rafinacja w piecu LF (głębokie odsiarczanie)
Logika aplikacji:
W atmosferze redukującej pieca LF stop krzemowo-wapniowy łączy się ze środkami-żużlotwórczymi, takimi jak wapno i fluoryt, w celu uzyskania głębokiego odsiarczenia;
Parametry procesu:
Ilość dodatku 0,2%-0,5%, zasadowość żużla kontrolowana na poziomie 1,8-2,2, intensywność mieszania argonu 0,4-0,6 m/s, czas rafinacji 30-40 minut, zawartość siarki można obniżyć do poniżej 0,005%;
Odpowiednie scenariusze:
Produkcja stali o ultraniskiej zawartości siarki,-takich jak wysokiej klasy stal stopowa, stal nierdzewna i stal łożyskowa.
(3) Odlewanie ciągłe Odlewanie ochronne (odsiarczanie końcowe)
Logika aplikacji:
Drut ze stopu wapnia i krzemu (średnica 10-13 mm) jest podawany do krystalizatora poprzez podajnik drutu w celu usunięcia śladowych ilości resztkowej siarki ze stopionej stali;
Parametry procesu:
Prędkość podawania drutu 3-5 m/s, ilość podawania drutu 0,05%-0,1%, co może dodatkowo zmniejszyć zawartość siarki do poniżej 0,003%, unikając gorących i kruchych defektów w kęsie odlewanym w sposób ciągły.
Punkty kontrolne wyboru i wykorzystania
(1) Logika wyboru: Dopasuj gatunek stopu do wymagań stali
| Stopień stali | Zalecane gatunki-stopów krzemu i wapnia | Wymagania dotyczące komponentów podstawowych (Ca/Si) | Cele odsiarczania |
| Zwykła stal węglowa | CaSi3060 | 30%/60% | S Mniejszy lub równy 0,02%, stopień odsiarczania większy lub równy 75% |
| Stal niskostopowa | CaSi3262 | 32%/62% | S Mniejszy lub równy 0,01%, stopień odsiarczania większy lub równy 85% |
| Wysokiej jakości-stal o ultraniskiej- zawartości siarki | CaSi3560 | 35%/60% | S Mniejszy lub równy 0,005%, stopień odsiarczania większy lub równy 93% |
(2) Środki ostrożności dotyczące użytkowania
Kontrola ilości dodatku:
Excessive addition (>0,6%) może łatwo doprowadzić do nadmiernej zawartości wapnia w roztopionej stali, powodując powstawanie wtrąceń CaO i wpływając na udarność stali (spadek o 10%-15%).
Czas dodania:
Rozpocznij dodawanie, gdy konwerter zużyje 1/3 stali, aby uniknąć przedwczesnego dodawania, które mogłoby spowodować utlenianie wapnia (szybkość spalania-wapnia wzrasta z 10–15% do ponad 30%).
Ochrona przechowywania:
Przechowywać w suchym, zamkniętym środowisku, aby uniknąć utleniania wilgoci (wytwarzania Ca(OH)₂, zmniejszającego działanie odsiarczające). Okres przechowywania nie powinien przekraczać 6 miesięcy.
Ochrona bezpieczeństwa:
Wapń jest łatwopalny. Podczas dodawania należy trzymać z dala od otwartego ognia i używać gaśnicy proszkowej, aby zapobiec rozpryskiwaniu się cząstek stopu i spowodowaniu pożaru.
Trendy branżowe: udoskonalanie kierunków odsiarczania stopów wapniowo-krzemowych
Przetwarzanie kompozytowe:Opracowywanie kompozytowych środków odsiarczających z „krzemu-wapnia-baru” i „krzemu-wapnia-aluminium”. Bar i glin mogą jeszcze bardziej poprawić stopień wykorzystania wapnia (z 60–70% do ponad 80%), zwiększając stopień odsiarczania o 5–10%.
Wyrafinowane przetwarzanie:Dostosowywanie składu dla różnych gatunków stali (takich jak stopy o ultra-niskiej zawartości glinu i krzemu-wapnia i stopy o niskiej-siarce i krzemu-wapnia), aby spełnić rygorystyczne wymagania w zakresie zanieczyszczeń dla wysokiej jakości stali-.
Zielone przetwarzanie:Wykorzystanie zielonej energii do wytapiania stopów krzemowo-wapniowych, zmniejszenie emisji dwutlenku węgla i optymalizacja procesów produkcyjnych w celu zmniejszenia zawartości szkodliwych zanieczyszczeń (takich jak P i S) w stopie.
