כיצד סיליקון סיליקון מסייע בהפחתת תכולת הגופרית בפלדה?

סגסוגות סידן סיליקוןהשתמשו בסידן (Ca) ובסיליקון (Si) כמרכיבי הליבה שלהם, כאשר כמה יסודות בריום ואלומיניום תומכים בפונקציית הסרת הגופרית היעילה ביותר שלהם:

 טווח הרכב:Ca 28%-35%, Si 55%-65%, זיהומים Al פחות או שווה ל-2.0%, S פחות או שווה ל-0.04%, P פחות או שווה ל-0.04%;

 תכונות פיזיקליות:נקודת התכה 1250-1350 מעלות, צפיפות 2.5-2.8 גרם/ס"מ³, בצורת גוש (5-30 מ"מ) או גרגירית (1-10 מ"מ), עם פעילות כימית חזקה בטמפרטורות גבוהות;

 יתרונות ליבה:יכולת הסרת הגופרית של הסידן עולה בהרבה על זו של מנגן וברזל, בעוד שהשפעת הסרת החמצון של הסיליקון מייעלת את סביבת הסרת הגופרית, ומשיגה אפקט סינרגטי של "הסרת גופרית + הסרת חמצון".

(1) ריאקציה כימית של סידן-: בסיס הליבה של הסרת גופרית

תגובה עיקרית:Ca + S → CaS, ל-CaS שנוצר יש נקודת התכה של 2450 מעלות ומסיסות של 0.0002% בלבד (בפלדה מותכת), מה שהופך אותו כמעט בלתי מסיס בפלדה מותכת;

תגובה סינרגטית:הסיליקון מגיב עם FeO בפלדה מותכת (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe), מפחית את תכולת החמצן בפלדה המותכת ומונע היווצרות של-סולפטים שקשה-להסיר (כגון CaSO₄) על ידי סביבת חמצן וגופרית, ובכך ליצור תגובת סידן;

יתרון תרמודינמי:פוטנציאל האלקטרודה של סידן נמוך בהרבה מזה של גופרית, מה שמבטיח שסידן מתחבר בצורה מועדפת עם גופרית, מה שהופך את תגובת הסרת הגופרית לבלתי הפיכה.

(2) ציפה והפרדה CaS: שלב מרכזי בהסרת גופרית

גורמי נהיגה של הבדלי צפיפות:ל-CaS יש צפיפות נמוכה בהרבה מאשר פלדה מותכת, באופן טבעי מפגין נטייה לצוף;

גורמי הפרדה משפרים:ערבוב פלדה מותכת מאיץ את צבירת חלקיקי CaS, ומגדיל את מהירות הציפה פי 2-3;

ספיגת סלג:לאחר ציפה אל פני השטח של פלדה מותכת, CaS נספג על ידי CaO-SiO₂-Al₂O₃ סיגים ונפלט עם הסיגים, ומשלים את הסרת הגופרית.

(3) כימות השפעת הסרת גופרית וגורמים משפיעים

 נתוני אפקט ליבה:

כמות תוספת קונבנציונלית (0.1%-0.3% ממסת הפלדה המותכת):יכול להפחית את תכולת הגופרית של פלדה מותכת מ-0.05%-0.08% מתחת ל-0.01%, תוך השגת קצב הסרת גופרית של 80%-90%;
זיקוק פלדה-מתקדם (כמות תוספת 0.3%-0.5% + זיקוק תנור LF):ניתן להפחית את תכולת הגופרית אל מתחת ל-0.005% (סטנדרטי פלדה גופרית נמוכה במיוחד), עם קצב הסרת גופרית גדול או שווה ל-93%.

 גורמים משפיעים מרכזיים:

הרכב סגסוגת:סגסוגת SiCa עם 30%-32% Ca ו-60%-62% Si מציגה את יעילות הסרת הגופרית הטובה ביותר. תכולת סידן נמוכה מדי (<28%) will lead to a 15%-20% decrease in desulfurization rate.

טמפרטורת פלדה:קצב התגובה של דה-sulfurization הוא המהיר ביותר ב-1550-1600 מעלות. מתחת ל-1500 מעלות, יעילות התגובה יורדת ב-30%.

תכולת חמצן:כאשר תכולת החמצן הראשונית של הפלדה המותכת היא פחות או שווה ל-50ppm, קצב הסרת הגופרית גבוה ב-25% מאשר כאשר תכולת החמצן היא 80-100ppm. השפעת הסרת החמצון של הסיליקון היא קריטית.

(1) ייצור פלדה מממיר (הסרה סופית)

לוגיקה של יישום:

התווסף בשלב מאוחר יותר של הקשה בממיר, תוך ניצול ערבוב סוער של פלדה מותכת כדי להפחית תחילה את תכולת הגופרית, תוך הנחת היסוד לזיקוק הבא;

פרמטרים של תהליך:

כמות הוספה 0.1%-0.2%, טמפרטורת פלדה מותכת 1600-1650 מעלות, ערבוב ארגון במשך 5-8 דקות במהלך הקשה, קצב הסרת הגופרית יכול להגיע ל-70%-75%;

תרחישים מתאימים:

הסרת גופרית ראשונית של פלדת פחמן רגילה ופלדת סגסוגת נמוכה, הפחתת תכולת הגופרית ל-0.02%-0.03%.

(2) זיקוק תנור LF (Deep Sulphurization)

לוגיקה של יישום:

תחת האטמוספרה המצמצמת של תנור ה-LF, סגסוגת סיליקונקלציום משולבת עם חומרים ליצירת סיגים- כגון סיד ופלואוריט כדי להשיג הסרת גופרית עמוקה;

פרמטרים של תהליך:

כמות הוספה 0.2%-0.5%, בסיסיות סיגים מבוקרת ב-1.8-2.2, עוצמת ערבוב ארגון 0.4-0.6 מ"ש, זמן זיקוק 30-40 דקות, ניתן להפחית את תכולת הגופרית מתחת ל-0.005%;

תרחישים מתאימים:

ייצור של פלדות אולטרה-נמוכות בגפרית כגון פלדת סגסוגת גבוהה-, פלדת אל חלד ופלדה נושאת.

(3) יציקה רציפה מגן (הסרת גופרית קצה)

לוגיקה של יישום:

חוט סגסוגת סידן סיליקון (קוטר 10-13 מ"מ) מוזן לתוך המגבש דרך מזין תיל כדי להסיר כמויות עקבות של גופרית שיורית בפלדה המותכת;

פרמטרים של תהליך:

מהירות הזנת חוט 3-5 מ'/שניה, כמות הזנת חוט 0.05%-0.1%, מה שיכול להפחית עוד יותר את תכולת הגופרית מתחת ל-0.003%, תוך הימנעות מפגמים שבירים לוהטים במשטח היצוק ברציפות.

(1) היגיון בחירה: התאם דרגת סגסוגת לפי דרישות הפלדה

(2) אמצעי זהירות לשימוש

בקרת כמות הוספה:

Excessive addition (>0.6%) יכולים בקלות להוביל לתכולת סידן מוגזמת בפלדה המותכת, ליצור תכלילים של CaO ומשפיעה על קשיחות ההשפעה של הפלדה (ירידה של 10%-15%).

תזמון הוספה:

התחל להוסיף כאשר הממיר הקיש על 1/3 מהפלדה כדי למנוע הוספה מוקדמת שעלולה לגרום לחמצון סידן (שיעור שריפת הסידן- עולה מ-10%-15% ליותר מ-30%).

הגנה על אחסון:

אחסן בסביבה יבשה ואטומה כדי למנוע חמצון לחות (יצירת Ca(OH)₂, הפחתת פעילות הסרת הגופרית). תקופת האחסון לא תעלה על 6 חודשים.

הגנת בטיחות:

סידן הוא דליק. הרחק מלהבות פתוחות במהלך ההוספה והשתמש במטף אבקה יבשה כדי למנוע מחלקיקי סגסוגת להתיז ולגרום לשריפה.

עיבוד מורכב:פיתוח חומרי הסרת גופרית מרוכבים של "סיליקון-סידן-בריום" ו"סיליקון-סידן-אלומיניום". בריום ואלומיניום יכולים לשפר עוד יותר את קצב ניצול הסידן (מ-60%-70% ליותר מ-80%), ולהגדיל את קצב הסרת הגופרית ב-5%-10%.

עיבוד מעודן:התאמה אישית של קומפוזיציות לדרגות פלדה שונות (כגון סגסוגות סידן-אלומיניום נמוכות במיוחד-וסגסוגות סידן-נמוכות-גופרית-סגסוגות סידן) כדי לעמוד בדרישות הטומאה המחמירות של פלדות גבוהות-.

עיבוד ירוק:שימוש בחשמל ירוק להיתוך סגסוגות סיליקון סיליקון, הפחתת פליטת פחמן ואופטימיזציה של תהליכי הייצור להפחתת תכולת הזיהומים המזיקים (כגון P ו-S) בסגסוגת.