סגסוגת סידן סיליקון (CaSi)הוא חומר זיקוק מרוכב יעיל ביותר בתעשיית המתכות. באמצעות ההשפעה הסינרגטית של סיליקון (Si) וסידן (Ca), הוא משיג הסרת חמצון עמוקה, הסרת גופרית ושינוי הכללה, הקובע ישירות את טוהר הפלדה המותכת ואת הביצועים הכוללים של הפלדה. זהו חומר עזר ליבה בייצור פלדה בינונית-עד-גבוהה-.
יתרונות ליבה:יעילות גבוהה של ניקוי חמצון והסרת גופרית, אפקט שינוי הכללה מעולה; ניתן להשיג זיקוק עמוק עם תוספת של 0.2%-0.5% בלבד לטון פלדה, מה שהופך אותו לחומר הזיקוק המרוכב המועדף לייצור פלדה מתקדמת.
טופס ואריזה:בלוקים (מתאימים לזיקוק מצקת),אבקת סיליקון סיליקוןחוט/ליבה (מתאים לתהליכי יציקה מתמשכים), ארוז בתופי ברזל מוגנים-לחות או בשקיות טונות; תחבורה בינלאומית דורשת איטום כדי למנוע חמצון.
עקרון הסרת החמצון וההשפעה הכמותית של סגסוגת סיליקון סידן
(1) מנגנון הסרת חמצון ליבה: סיליקון-סינרגיה של סידן, טיהור עמוק
הסרת חמצון בסיסית של סיליקון:
עקרון התגובה:Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe (ספונטני בפלדה מותכת ב-1500-1600 מעלות), ל-SiO₂ יש צפיפות נמוכה בהרבה מפלדה מותכת וצף בקלות ליצירת סיגים;
יתרונות מרכזיים:הסרת חמצון קלה מונעת הרתחה אלימה של פלדה מותכת, וה-SiO₂ שנוצר יכול ליצור תכלילים מרוכבים בנקודת -התכה- נמוכה עם תחמוצות אחרות (כגון CaO・SiO₂), ולשפר עוד יותר את יעילות ההפרדה.
ניקוי חמצון משופר על ידי סידן:
עקרון התגובה:2Ca + O₂ → 2CaO, Ca + Al₂O₃ → CaO・Al₂O₃. לסידן יש זיקה חזקה יותר לחמצן מאשר סיליקון ואלומיניום, מסיר כמויות עקבות של חמצן שיורי בפלדה מותכת תוך שינוי תכלילי Al₂O₃ קשים ושבירים.
תפקיד ייחודי:הבועות שנוצרות על ידי הנידוף של סידן מעוררות את הפלדה המותכת, מקדמות התנגשות וציפה של תכלילים, ובכך משפרות את אחידות ההתחמצנות.
אפקט דה-אוקסידציה סינרגטי:
הסיליקון מפחית תחילה את תכולת החמצן בפלדה המותכת, ויוצר תנאים להתנקות סידן. Ca₂SiO₄ וכתוצאה מכך תרכובות מרוכבות אחרות משפרות עוד יותר את יעילות ההתחמצנות, ומשפרים אותה ב-30%-40% בהשוואה לסיליקון בודד או סידן.
אפקטים כמותיים לפי תרחיש
| סוג פלדה | כמות תוספת סגסוגת CaSi | תכולת חמצן ראשונית (ppm) | תכולת חמצן לאחר זיקוק (ppm) | יעילות שחרור חמצון |
|---|---|---|---|---|
| פלדת פחמן רגילה (Q235) | 0.2%-0.3% | 80-100 | 40-50 | 45%-60% |
| פלדה נמוכה-מסגסוגת גבוהה-(Q355) | 0.3%-0.4% | 90-110 | 35-45 | 55%-68% |
| נירוסטה (304) | 0.4%-0.5% | 100-120 | 25-35 | 65%-79% |
| פלדה מבנית מסגסוגת (40Cr) | 0.3%-0.4% | 85-105 | 30-40 | 58%-71% |
עקרון הסרת גופרית והשפעות כמותיות של סגסוגת סיליקון סידן
(1) מנגנון הסרת גופרית ליבה: סידן כגורם הדומיננטי, סיליקון כגורם עזר-
סידן-הסרת גופרית דומיננטית:
עקרון התגובה:Ca + FeS → CaS + Fe (רצוי בפלדה מותכת), ל-CaS נקודת התכה של 2450 מעלות, אינו מסיס בפלדה מותכת, משקע כחלקיקים מוצקים וצף אל הסיגים;
יתרונות מרכזיים:לסידן יש זיקה חזקה מאוד לגופרית, ויכולת הסרת הגופרית שלו היא פי 5-10 מזו של מנגן, מה שמפחית את תכולת הגופרית בפלדה מותכת מתחת ל-0.01%.
תפקיד העזר של סיליקון:
מפחית את מתח הפנים של פלדה מותכת, מקדם התנגשות והצטברות של חלקיקי CaS, ומאיץ את הציפה וההפרדה שלהם;
מפחית את תכולת החמצן בפלדה מותכת במהלך הסרת החמצון, מפחית את הפרעות החמצן בתגובת הסרת הגופרית (הימנעות מיצירת SO₂), ומשפר את קצב ההמרה של תגובת הסרת הגופרית.
(2) אפקטים כמותיים לפי תרחיש
| סוג פלדה | כמות תוספת סגסוגת SiCa | תכולת גופרית התחלתית (%) | תכולת גופרית לאחר זיקוק (%) | יעילות הסרת גופרית | ערך ליבה |
|---|---|---|---|---|---|
| פלדת פחמן רגילה (Q235) | 0.2%-0.3% | 0.03-0.05 | 0.015-0.025 | 30%-50% | הימנע משבירות תרמית |
| פלדה נמוכה-מסגסוגת גבוהה-(Q355) | 0.3%-0.4% | 0.02-0.04 | 0.008-0.015 | 55%-70% | שפר את יכולת הריתוך |
| נירוסטה (304) | 0.4%-0.5% | 0.015-0.03 | 0.003-0.008 | 70%-85% | שפר את עמידות בפני קורוזיה |
| פלדה עמידה-(NM450) | 0.3%-0.4% | 0.02-0.04 | 0.006-0.012 | 65%-80% | שפר את עמידות הבלאי |
גורמים מרכזיים המשפיעים על השפעות דה-אוקסידציה והסרת גופרית ובקרה מעשית
טמפרטורת פלדה:טמפרטורת התגובה האופטימלית היא 1500-1600 מעלות. אם הטמפרטורה נמוכה מדי (<1450℃), the reaction rate decreases; if the temperature is too high (>1650 מעלות), אובדן הנידוף של סידן עולה.
שיטת הוספה:שיטת הזנת החוטים (חוט עם ליבות סיליקון) משמש בזיקוק מצקת. אחידות ההוספה טובה, ויעילות הסרת החמצון וההסרה גבוהה ב-15%-20% מזו של הזנה ישירה.
תכולת חמצן וגופרית ראשונית בפלדה:כאשר תכולת החמצן והגופרית גבוהה מדי, יש להגדיל את הכמות הנוספת בצורה מתאימה או להוסיף אותה בשלבים כדי למנוע תגובה לא מספקת.
