U procesima rafinacije lonca,legure kalcija i silicijasu jedan od najvažnijih kompozitnih dodataka. Oni istovremeno obavljaju tri glavna zadatka: deoksidaciju, odsumporavanje i modifikaciju inkluzija, što ih čini nezamjenjivim materijalom za proizvodnju visoko-kvalitetnog čistog čelika.
Međutim, čak i s istim stupnjem silicij-kalcijeve legure, mogu postojati značajne razlike u učincima obrade između različitih serija. Glavni uzrok ove razlike često ne leži u varijacijama u radnom procesu, već u stabilnosti sastava same CaSi legure-posebice u fluktuacijama u sadržaju kalcija i silicija. Kalcij je najreaktivniji element za deoksidaciju, pa čak i male promjene u njegovom sadržaju mogu uzrokovati značajne promjene u učincima obrade čelika.
Dvostruke prednosti sika legura proizlaze iz sinergijskog učinka kalcija i silicija, pri čemu svaki ima svoj naglasak na funkciju:
| Elementi | Osnovne funkcije | Mehanizam djelovanja |
| Kalcij (Ca) | Snažna deoksidacija, odsumporavanje i denaturacija inkluzija | Ima snažan afinitet prema kisiku i sumporu, tvoreći CaO i CaS, pretvarajući tako Al₂O₃ u kalcijev aluminat s niskom-talištem-. |
| Silicij (Si) | Osnovna deoksidacija i obrada nosivih elemenata | Prvo provodi preliminarnu deoksidaciju, dok istovremeno snižava tlak pare kalcija, čime se povećava prinos kalcija. |
Kalcij u legurama kalcija i silicija
1. Kapacitet deoksidacije: Kvantitativni odnos između sadržaja kalcija i učinkovitosti deoksidacije
Kapacitet deoksidacije kalcija daleko je bolji od kapaciteta silicija. Istraživanja su pokazala da je afinitet kalcija prema kisiku oko 30% veći od afiniteta silicija. Sadržaj kalcija izravno određuje učinkovitost deoksidacije legure.
| Vrste sadržaja kalcija | Opseg | Karakteristike deoksigenacije | Primjenjivi scenariji |
| Tip s visokim sadržajem kalcija |
Ca Veći ili jednak 31% |
Snažna sposobnost deoksidacije, brzo smanjenje sadržaja kisika u rastaljenom čeliku i stvaranje inkluzija kalcijevog aluminata niske-točke-tališta. | Čelik visoke-čistoće, čelik za automobile, čelik za ležajeve |
| Srednji kalcijev tip |
Ca 24%-28% |
Umjerena sposobnost deoksidacije, dobra ukupna izvedba. | Konvencionalni visoko{0}}kvalitetni čelik, konstrukcijski čelik |
| Tip s niskim sadržajem kalcija |
Ca Manje ili jednako 20% |
Ograničena sposobnost deoksidacije, uglavnom se koristi kao pomoćno sredstvo za deoksidaciju silicija. | Obični čelik, lijevano željezo |
2. Učinak modifikacije uključivanja
Jedna od temeljnih vrijednosti silicij kalcijevih legura je modifikacija Al₂O₃ inkluzija visokog-tališta-točke u kalcijeve aluminate niske-tališta-točke, čime se poboljšava fluidnost rastaljenog čelika i svojstva čelika.
| Omjer Ca/Si | Morfologija inkluzije | Rezultati liječenja | Rizik od stvaranja kvržica na kanalu |
| < 0.5 (insufficient calcium) | Visoko{0}}talište-uključaka Al₂O₃ (talište 2050 stupnjeva) | Nepotpuna denaturacija; inkluzije ostaju čvrste. | Visok rizik |
|
0.5-0.8 |
Djelomično modificirano | Umjereni rezultati; uočene fluktuacije. | Srednji rizik |
| Veći ili jednak 0,8 (dovoljno kalcija) | Tekući kalcijev aluminat (nisko talište) | Uključci potpuno denaturirani; lako plutaju i uklanjaju. | Mali rizik |
3. Negativni učinci prekomjernog sadržaja kalcija
Važno je napomenuti da više kalcija nije nužno i bolje. Prekomjerni sadržaj kalcija može dovesti do novih problema:
| Vrste problema | Specifične manifestacije | Objašnjenje mehanizma |
| Ograničenje vrelišta | Vrelište kalcija je samo 1484 stupnja, što je niže od temperature rastaljenog čelika. | Višak kalcija će nasilno ispariti, uzrokujući prskanje rastaljenog čelika. |
| Smanjeni prinos | Prinos kalcija u rasutim legurama je samo 20%-30%. | Kalcij izlazi kao para, što rezultira niskim iskorištenjem. |
| Sporije otapanje | Talište visoko{0}}kalcijevih legura raste (1100 stupnjeva →1300 stupnjeva). | Vrijeme potpunog otapanja produljuje se s 3-5 minuta na 8-10 minuta. |
| Rasipanje resursa | Gubitak visoko{0}}valentnih kalcijevih elemenata. | Ekonomska učinkovitost se smanjuje. |
Preporuka procesa:Preporučljivo je koristitižica s jezgromproces hranjenja umjesto izravnog unosa blok legure, što može povećati stopu oporavka kalcija s 20%-30% na 40%-50%.
Silicij u CaSi legurama
1. Funkcija "nositelja" silicija
Silicij u silicij-legurama kalcija ne samo da obavlja osnovnu deoksidaciju, već igra i ključnu ulogu-glumeći kao "nosač" za kalcij. Čisti kalcij ima izuzetno visok tlak pare na temperaturama rastaljenog čelika, što otežava njegovo učinkovito dodavanje; međutim, nakon formiranja legure sa silicijem, aktivnost kalcija se smanjuje, dopuštajući mu da se stabilno otapa u rastaljenom čeliku i ispoljava svoj deoksidacijski učinak.
2. Sveobuhvatni utjecaj omjera Ca/Si na učinke obrade čelika
Uzimajući u obzir kalcij i silicij kao sinergistički sustav, njihov omjer (Ca/Si) je važniji procesni parametar od sadržaja bilo kojeg pojedinačnog elementa:
| Raspon omjera Ca/Si | Učinak deoksigenacije | Kontrola uključivanja | Performanse kontinuiranog lijevanja | Kvaliteta čelika |
|
< 0.4 (Severe calcium deficiency) |
Jadno | Uključci Al₂O3: nedenaturiran | Jako začepljenje mlaznice | Značajna anizotropija |
|
0,4-0,6 (nedovoljno kalcija) |
Prosjek | djelomično denaturiran | Povremeno začepljenje | Velike fluktuacije performansi |
|
0,6-0,8 (dobro) |
Dobro | potpuno denaturiran | U osnovi stabilan | Stabilne performanse |
|
0,8-1,0 (optimalno) |
Izvrsno | potpuno ukapljena | Glatki rad | Izvrsna kvaliteta |
|
>1,0 (višak kalcija) |
Izvrsno, ali rasipno | stabilan učinak | Glatki rad, ali visoka cijena | Dobra kvaliteta, ali slaba ekonomska učinkovitost |
Za tvrtke koje proizvode čelik, odabir dobavljača legura kalcija i silicija stabilnog sastava nije samo odluka o nabavi, već i strateško ulaganje u kontrolu kvalitete. Tek kada sadržaj kalcija i silicija u svakoj šarži silicij-legure kalcija ostane stabilan unutar ciljnog raspona, inženjeri procesa mogu uspostaviti pouzdan model procesa koji omogućuje predvidljive, ponovljive i optimizirane rezultate obrade čelika.
