En los procesos de refinación en cuchara,aleaciones de calcio y silicioSon uno de los aditivos compuestos más importantes. Realizan simultáneamente tres tareas principales: desoxidación, desulfuración y modificación de inclusión, lo que los convierte en un material indispensable para producir acero limpio de alta-calidad.
Sin embargo, incluso con el mismo grado de aleación de silicio y calcio, pueden existir diferencias significativas en los efectos del tratamiento entre diferentes lotes. La causa fundamental de esta diferencia a menudo no radica en las variaciones en el proceso operativo, sino en la estabilidad de la composición de la propia aleación de CaSi-especialmente las fluctuaciones en el contenido de calcio y silicio. El calcio es el elemento desoxidante más reactivo e incluso pequeños cambios en su contenido pueden provocar alteraciones significativas en los efectos del tratamiento del acero.
Los beneficios duales de las aleaciones de sica provienen del efecto sinérgico del calcio y el silicio, y cada uno tiene su propio énfasis en la función:
| Elementos | Funciones principales | Mecanismo de acción |
| Calcio (Ca) | Fuerte desoxidación, desulfuración y desnaturalización de inclusión. | Tiene una fuerte afinidad por el oxígeno y el azufre, formando CaO y CaS, convirtiendo así el Al₂O₃ en aluminato de calcio de bajo-punto de fusión-. |
| Silicio (Si) | Desoxidación básica y procesamiento de elementos portadores. | Primero realiza una desoxidación preliminar y al mismo tiempo reduce la presión de vapor del calcio, aumentando así el rendimiento de calcio. |
Calcio en aleaciones de calcio y silicio
1. Capacidad de Desoxidación: Relación Cuantitativa entre el Contenido de Calcio y la Eficiencia de Desoxidación
La capacidad de desoxidación del calcio es muy superior a la del silicio. Los estudios han demostrado que la afinidad del calcio por el oxígeno es aproximadamente un 30% mayor que la del silicio. El contenido de calcio determina directamente la eficacia de desoxidación de la aleación.
| Tipos de contenido de calcio | Alcance | Características de desoxigenación | Escenarios aplicables |
| Tipo alto de calcio |
Ca Mayor o igual a 31% |
Fuerte capacidad de desoxidación, que reduce rápidamente el contenido de oxígeno del acero fundido y forma inclusiones de aluminato de calcio de bajo-punto de fusión-. | Acero de alta-pureza, acero para automóviles, acero para rodamientos |
| Tipo de calcio medio |
Ca 24%-28% |
Capacidad moderada de desoxidación, buen rendimiento general. | Acero convencional de alta-calidad, acero estructural |
| Tipo bajo en calcio |
Ca Menor o igual al 20% |
Capacidad de desoxidación limitada, utilizada principalmente como agente auxiliar de desoxidación del silicio. | Acero ordinario, hierro fundido. |
2. Efecto de modificación de la inclusión
Uno de los valores fundamentales de las aleaciones de silicio y calcio es la modificación de inclusiones de Al₂O₃ de alto-punto de fusión-en aluminatos de calcio de bajo-punto de fusión-, mejorando así la fluidez del acero fundido y las propiedades del acero.
| Relación Ca/Si | Morfología de la inclusión | Resultados del tratamiento | Riesgo de formación de nódulos en el bebedero. |
| < 0.5 (insufficient calcium) | Inclusiones de Al₂O₃ de alto-punto de fusión- (punto de fusión 2050 grados) | Desnaturalización incompleta; las inclusiones permanecen sólidas. | Alto riesgo |
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0.5-0.8 |
Parcialmente modificado | Resultados moderados; fluctuaciones observadas. | Riesgo medio |
| Mayor o igual a 0,8 (calcio suficiente) | Aluminato de calcio líquido (bajo punto de fusión) | Inclusiones completamente desnaturalizadas; flotó y se eliminó fácilmente. | Bajo riesgo |
3. Efectos negativos del contenido excesivo de calcio
Es importante tener en cuenta que más calcio no es necesariamente mejor. Un contenido excesivo de calcio puede provocar nuevos problemas:
| Tipos de problemas | Manifestaciones específicas | Explicación del mecanismo |
| Limitación del punto de ebullición | El punto de ebullición del calcio es de sólo 1484 grados, más bajo que la temperatura del acero fundido. | El exceso de calcio se vaporizará violentamente, provocando que el acero fundido salpique. |
| Rendimiento disminuido | El rendimiento de calcio en aleaciones a granel es sólo del 20% al 30%. | El calcio se escapa en forma de vapor, lo que resulta en una baja utilización. |
| Disolución más lenta | El punto de fusión de las aleaciones con alto contenido de calcio-aumenta (1100 grados →1300 grados). | El tiempo de disolución completa se amplía de 3 a 5 minutos a 8 a 10 minutos. |
| Desperdicio de recursos | Pérdida de elementos de calcio de alta-valencia. | La eficiencia económica disminuye. |
Recomendación de proceso:Se recomienda utilizar elalambre tubularproceso de alimentación en lugar de la entrada directa de aleación de bloque, lo que puede aumentar la tasa de recuperación de calcio del 20% -30% al 40% -50%.
Silicio en aleaciones de CaSi
1. Función "portadora" del silicio
El silicio en las aleaciones de silicio-calcio no solo realiza una desoxidación básica, sino que también desempeña un papel crucial-al actuar como "portador" de calcio. El calcio puro tiene una presión de vapor extremadamente alta a las temperaturas del acero fundido, lo que dificulta su adición efectiva; sin embargo, después de formar una aleación con silicio, la actividad del calcio disminuye, lo que le permite disolverse de manera estable en acero fundido y ejercer su efecto desoxidante.
2. El impacto integral de la relación Ca/Si en los efectos del tratamiento del acero
Considerando el calcio y el silicio como un sistema sinérgico, su relación (Ca/Si) es un parámetro de proceso más importante que el contenido de cualquier elemento individual:
| Rango de relación Ca/Si | Efecto desoxigenación | Control de inclusión | Rendimiento de colada continua | Calidad del acero |
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< 0.4 (Severe calcium deficiency) |
Pobre | Inclusiones de Al₂O₃: sin desnaturalizar | Obstrucción severa de la boquilla | Anisotropía significativa |
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0,4-0,6 (calcio insuficiente) |
Promedio | parcialmente desnaturalizado | Obstrucción intermitente | Grandes fluctuaciones de rendimiento |
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0,6-0,8 (bueno) |
Bien | completamente desnaturalizado | Básicamente estable | Rendimiento estable |
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0,8-1,0 (óptimo) |
Excelente | completamente licuado | Funcionamiento fluido | Excelente calidad |
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>1,0 (exceso de calcio) |
Excelente pero derrochador | efecto estable | Funcionamiento fluido pero alto coste | Buena calidad pero mala eficiencia económica. |
Para las empresas siderúrgicas, seleccionar un proveedor de aleaciones de calcio y silicio con una composición estable no es sólo una decisión de adquisición sino también una inversión estratégica en control de calidad. Solo cuando el contenido de calcio y silicio de cada lote de aleación de silicio-calcio permanece estable dentro del rango objetivo, los ingenieros de procesos pueden establecer un modelo de proceso confiable que permita resultados de tratamiento del acero predecibles, reproducibles y optimizables.
