Nos processos de refino em panela,ligas de cálcio e silíciosão um dos aditivos compostos mais importantes. Eles executam simultaneamente três tarefas principais: desoxidação, dessulfurização e modificação de inclusão, tornando-os um material indispensável para a produção de aço limpo de alta-qualidade.
No entanto, mesmo com o mesmo tipo de liga de silício e cálcio, podem existir diferenças significativas nos efeitos do tratamento entre diferentes lotes. A causa raiz dessa diferença geralmente não está nas variações no processo operacional, mas na estabilidade da composição da própria liga de CaSi-especialmente nas flutuações no teor de cálcio e silício. O cálcio é o elemento desoxidante mais reativo e mesmo pequenas alterações em seu conteúdo podem causar alterações significativas nos efeitos do tratamento do aço.
Os benefícios duplos das ligas sica vêm do efeito sinérgico do cálcio e do silício, cada um com sua própria ênfase na função:
| Elementos | Funções principais | Mecanismo de Ação |
| Cálcio (Ca) | Forte desoxidação, dessulfurização e desnaturação por inclusão | Ele tem uma forte afinidade com oxigênio e enxofre, formando CaO e CaS, convertendo assim Al₂O₃ em aluminato de cálcio de baixo-ponto de fusão-. |
| Silício (Si) | Desoxidação básica e processamento de elementos transportadores | Primeiro realiza a desoxidação preliminar, ao mesmo tempo que reduz a pressão de vapor do cálcio, aumentando assim o rendimento de cálcio. |
Cálcio em ligas de cálcio e silício
1. Capacidade de Desoxidação: Relação Quantitativa entre Conteúdo de Cálcio e Eficiência de Desoxidação
A capacidade de desoxidação do cálcio é muito superior à do silício. Estudos demonstraram que a afinidade do cálcio pelo oxigênio é cerca de 30% maior que a do silício. O teor de cálcio determina diretamente a eficiência de desoxidação da liga.
| Tipos de conteúdo de cálcio | Escopo | Características de desoxigenação | Cenários Aplicáveis |
| Tipo de alto cálcio |
Ca Maior ou igual a 31% |
Forte capacidade de desoxidação, reduzindo rapidamente o teor de oxigênio do aço fundido e formando inclusões de aluminato de cálcio com baixo ponto de -fusão-. | Aço-de alta pureza, aço automotivo, aço para rolamentos |
| Tipo de cálcio médio |
Ca 24%-28% |
Capacidade moderada de desoxidação, bom desempenho geral. | Aço convencional de-qualidade, aço estrutural |
| Tipo de baixo cálcio |
Ca Menor ou igual a 20% |
Capacidade de desoxidação limitada, usada principalmente como agente auxiliar de desoxidação de silício. | Aço comum, ferro fundido |
2. Efeito de modificação de inclusão
Um dos principais valores das ligas de silício e cálcio é a modificação de inclusões de Al₂O₃ de alto ponto de{0}}ponto de fusão-em aluminatos de cálcio de baixo ponto de-fusão-, melhorando assim a fluidez do aço fundido e as propriedades do aço.
| Razão Ca/Si | Morfologia da Inclusão | Resultados do tratamento | Risco de formação de nódulos no sprue |
| < 0.5 (insufficient calcium) | Inclusões de Al₂O₃ de alto-ponto de fusão-(ponto de fusão 2.050 graus) | Desnaturação incompleta; as inclusões permanecem sólidas. | Alto risco |
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0.5-0.8 |
Parcialmente modificado | Resultados moderados; flutuações observadas. | Risco médio |
| Maior ou igual a 0,8 (cálcio suficiente) | Aluminato de cálcio líquido (baixo ponto de fusão) | Inclusões totalmente desnaturadas; facilmente flutuado e removido. | Baixo risco |
3. Efeitos negativos do teor excessivo de cálcio
É importante notar que mais cálcio não é necessariamente melhor. O teor excessivo de cálcio pode levar a novos problemas:
| Tipos de problemas | Manifestações específicas | Explicação do mecanismo |
| Limitação do ponto de ebulição | O ponto de ebulição do cálcio é de apenas 1.484 graus, inferior à temperatura do aço fundido. | O excesso de cálcio vaporizará violentamente, causando respingos de aço fundido. |
| Rendimento diminuído | O rendimento de cálcio em ligas a granel é de apenas 20%-30%. | O cálcio escapa como vapor, resultando em baixa utilização. |
| Dissolução mais lenta | O ponto de fusão de ligas com alto-cálcio aumenta (1100 graus →1300 graus). | O tempo de dissolução completa é estendido de 3-5 minutos para 8-10 minutos. |
| Desperdício de recursos | Perda de elementos de cálcio de alta{0}}valência. | A eficiência económica diminui. |
Recomendação de processo:Recomenda-se usar ofio tubularprocesso de alimentação em vez da entrada direta de liga de bloco, o que pode aumentar a taxa de recuperação de cálcio de 20% -30% para 40% -50%.
Silício em ligas CaSi
1. Função “Transportadora” do Silício
O silício em ligas de silício{0}}cálcio não apenas realiza a desoxidação básica, mas também desempenha um papel crucial-atuando como "transportador" do cálcio. O cálcio puro tem pressão de vapor extremamente alta em temperaturas de aço fundido, dificultando sua adição eficaz; entretanto, após formar uma liga com o silício, a atividade do cálcio diminui, permitindo que ele se dissolva de forma estável no aço fundido e exerça seu efeito desoxidante.
2. O impacto abrangente da relação Ca/Si nos efeitos do tratamento do aço
Considerando o cálcio e o silício como um sistema sinérgico, a sua relação (Ca/Si) é um parâmetro de processo mais importante do que o conteúdo de qualquer elemento único:
| Faixa de relação Ca/Si | Efeito de desoxigenação | Controle de inclusão | Desempenho de fundição contínua | Qualidade do aço |
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< 0.4 (Severe calcium deficiency) |
Pobre | Inclusões de Al₂O₃: não desnaturadas | Obstrução grave do bocal | Anisotropia significativa |
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0,4-0,6 (cálcio insuficiente) |
Média | parcialmente desnaturado | Entupimento intermitente | Grandes flutuações de desempenho |
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0,6-0,8 (bom) |
Bom | totalmente desnaturado | Basicamente estável | Desempenho estável |
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0,8-1,0 (ótimo) |
Excelente | completamente liquefeito | Operação suave | Excelente qualidade |
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>1,0 (excesso de cálcio) |
Excelente, mas um desperdício | efeito estável | Operação suave, mas alto custo | Boa qualidade, mas baixa eficiência econômica |
Para as empresas siderúrgicas, selecionar um fornecedor de ligas de cálcio e silício com composição estável não é apenas uma decisão de aquisição, mas também um investimento estratégico no controle de qualidade. Somente quando o teor de cálcio e silício de cada lote de liga de silício{1}}cálcio permanecer estável dentro da faixa alvo os engenheiros de processo poderão estabelecer um modelo de processo confiável, permitindo resultados de tratamento de aço previsíveis, reproduzíveis e otimizáveis.
