Kauhanpuhdistusprosesseissakalsiumin piiseoksetovat yksi tärkeimmistä komposiittilisäaineista. Ne suorittavat samanaikaisesti kolmea päätehtävää: hapettumisen, rikinpoiston ja inkluusiomuokkauksen, mikä tekee niistä korvaamattoman materiaalin korkealaatuisen puhtaan teräksen valmistuksessa.
Kuitenkin, vaikka piikalsiumlejeeringin laatu olisi sama, käsittelyvaikutuksissa voi esiintyä merkittäviä eroja eri erien välillä. Tämän eron perimmäinen syy ei useinkaan ole käyttöprosessin vaihteluissa, vaan itse CaSi-seoksen koostumuksen stabiilisuudessa-erityisesti kalsium- ja piipitoisuuden vaihteluissa. Kalsium on reaktiivisin hapettumista poistava alkuaine, ja pienetkin muutokset sen pitoisuudessa voivat aiheuttaa merkittäviä muutoksia teräksen käsittelyn vaikutuksiin.
Sika-metalliseosten kaksinkertaiset edut johtuvat kalsiumin ja piin synergistisesta vaikutuksesta, ja kummallakin on oma painotuksensa toiminnassaan:
| Elementit | Ydintoiminnot | Toimintamekanismi |
| Kalsium (Ca) | Voimakas deoksidaatio, rikinpoisto ja inkluusiodenaturaatio | Sillä on vahva affiniteetti happea ja rikkiä kohtaan, jolloin se muodostaa CaO:ta ja CaS:a ja muuttaa siten Al₂O3:n matalan -sulamispisteen- kalsiumaluminaatiksi. |
| Pii (Si) | Hapettumisen ja kantajaelementtien peruskäsittely | Se suorittaa ensin alustavan hapettumisen alentaen samalla kalsiumin höyrynpainetta, mikä lisää kalsiumin saantoa. |
Kalsium kalsiumpii-seoksissa
1. Deoksidaatiokapasiteetti: kalsiumpitoisuuden ja hapettumistehokkuuden välinen kvantitatiivinen suhde
Kalsiumin hapettumiskyky on paljon parempi kuin piin. Tutkimukset ovat osoittaneet, että kalsiumin happiaffiniteetti on noin 30 % korkeampi kuin piin. Kalsiumpitoisuus määrää suoraan lejeeringin hapettumistehokkuuden.
| Kalsiumsisältötyypit | Laajuus | Happipoiston ominaisuudet | Sovellettavat skenaariot |
| Korkea kalsiumtyyppi |
Ca suurempi tai yhtä suuri kuin 31 % |
Vahva hapettumisenestokyky, joka vähentää nopeasti sulan teräksen happipitoisuutta ja muodostaa matalan-sulamispisteen-kalsiumaluminaattisulkeumia. | Erittäin puhdasta-terästä, autoterästä, laakeriterästä |
| Keskikokoinen kalsiumtyyppi |
noin 24–28 % |
Kohtalainen hapettumiskyky, hyvä yleinen suorituskyky. | Perinteinen korkealaatuinen-teräs, rakenneteräs |
| Matala kalsiumtyyppi |
Ca pienempi tai yhtä suuri kuin 20 % |
Rajoitettu hapettumisenestokyky, käytetään pääasiassa apuaineena piin hapettumisenestoaineena. | Tavallinen teräs, valurauta |
2. Sisällytyksen muutosvaikutus
Yksi piin kalsiumseosten ydinarvoista on korkean -sulamispisteen- Al₂O3-inkluusioiden muuntaminen matalan-sulamispisteen- kalsiumaluminaateiksi, mikä parantaa sulan teräksen juoksevuutta ja teräksen ominaisuuksia.
| Ca/Si-suhde | Inkluusiomorfologia | Hoidon tulokset | Kyhmyjen muodostumisen vaara särjessä |
| < 0.5 (insufficient calcium) | Korkean-sulamispisteen-Al₂O₃-sulkeumat (sulamispiste 2050 astetta) | epätäydellinen denaturaatio; sulkeumat pysyvät kiinteinä. | Korkea riski |
|
0.5-0.8 |
Osittain muokattu | Kohtalaiset tulokset; havaittuja vaihteluita. | Keskinkertainen riski |
| Suurempi tai yhtä suuri kuin 0,8 (riittävästi kalsiumia) | Nestemäinen kalsiumaluminaatti (alhainen sulamispiste) | Täysin denaturoidut sulkeumat; helposti kelluva ja irrotettava. | Matala riski |
3. Liiallisen kalsiumpitoisuuden negatiiviset vaikutukset
On tärkeää huomata, että enemmän kalsiumia ei välttämättä ole parempi. Liiallinen kalsiumpitoisuus voi johtaa uusiin ongelmiin:
| Ongelmatyypit | Erityiset ilmentymät | Mekanismin selitys |
| Kiehumispisteen rajoitus | Kalsiumin kiehumispiste on vain 1484 astetta, alhaisempi kuin sulan teräksen lämpötila. | Ylimääräinen kalsium höyrystyy voimakkaasti aiheuttaen sulan teräksen roiskumista. |
| Pienentynyt sato | Kalsiumin saanto irtometalliseoksissa on vain 20–30 %. | Kalsium poistuu höyrynä, mikä johtaa alhaiseen hyötykäyttöön. |
| Hitaampi liukeneminen | Korkean -kalsiummetalliseosten sulamispiste nousee (1100 astetta →1300 astetta). | Täydellinen liukenemisaika pidennetään 3-5 minuutista 8-10 minuuttiin. |
| Resurssien hukkaa | Korkean{0}}valenssisen kalsiumelementtien menetys. | Taloudellinen tehokkuus laskee. |
Prosessi suositus:On suositeltavaa käyttääsydänlankasyöttöprosessi lohkoseoksen suoran syöttämisen sijaan, mikä voi lisätä kalsiumin talteenottonopeutta 20–30 %:sta 40–50 %:iin.
Pii CaSi-seoksissa
1. Piin "kantoaalto"-toiminto
Pii{0}}kalsiumseoksissa ei ainoastaan suorita hapettumista, vaan sillä on myös ratkaiseva rooli-toimiessaan kalsiumin "kantajana". Puhtaalla kalsiumilla on erittäin korkea höyrynpaine sulan teräksen lämpötiloissa, mikä vaikeuttaa sen tehokasta lisäämistä; Piin kanssa lejeeringin muodostamisen jälkeen kalsiumin aktiivisuus kuitenkin laskee, jolloin se liukenee vakaasti sulaan teräkseen ja saa aikaan hapettumista poistavan vaikutuksensa.
2. Ca/Si-suhteen kokonaisvaltainen vaikutus teräksen käsittelyn vaikutuksiin
Kun kalsiumia ja piitä pidetään synergistisenä systeeminä, niiden suhde (Ca/Si) on tärkeämpi prosessiparametri kuin minkään yksittäisen alkuaineen pitoisuus:
| Ca/Si-suhdealue | Happipoistovaikutus | Sisällönhallinta | Jatkuva valusuorituskyky | Teräksen laatu |
|
< 0.4 (Severe calcium deficiency) |
Huono | Al2O3-sulkeumat: denaturoimaton | Vakava suuttimen tukkeutuminen | Merkittävä anisotropia |
|
0,4-0,6 (riittämätön kalsium) |
Keskimäärin | osittain denaturoitu | Ajoittainen tukkeutuminen | Suuret suorituskyvyn vaihtelut |
|
0,6-0,8 (hyvä) |
Hyvä | täysin denaturoitunut | Periaatteessa vakaa | Vakaa suorituskyky |
|
0,8-1,0 (optimaalinen) |
Erinomainen | täysin nesteytetty | Sujuva toiminta | Erinomainen laatu |
|
>1,0 (ylimääräinen kalsium) |
Erinomaista, mutta turhaa | vakaa vaikutus | Sujuva toiminta, mutta korkea hinta | Hyvä laatu, mutta huono taloudellinen tehokkuus |
Teräsyrityksille vakaan koostumuksen omaavien kalsiumpiiseosten toimittajan valinta ei ole vain hankintapäätös, vaan myös strateginen investointi laadunvalvontaan. Vain kun kunkin pii-kalsiumseoksen erän kalsium- ja piipitoisuus pysyy vakaana tavoitealueella, prosessiinsinöörit voivat luoda luotettavan prosessimallin, joka mahdollistaa ennakoitavissa olevat, toistettavat ja optimoitavat teräksen käsittelytulokset.
