การประยุกต์ใช้และการเพิ่มประสิทธิภาพโลหะผสมแคลเซียมซิลิกอนในการผลิตเหล็กกล้า

โลหะผสมแคลเซียมซิลิกอน (CaSi) ได้กลายเป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้ในการผลิตเหล็กกล้าสมัยใหม่ ซึ่งความต้องการเหล็กกล้าที่สะอาดขึ้นอย่างต่อเนื่องขับเคลื่อนการนำเทคโนโลยีควบคุมสิ่งเจือปนขั้นสูงมาใช้ ชั้น CaSi 30/60 มาตรฐานที่มีแคลเซียมประมาณ 30% และซิลิกอน 60% ทำหน้าที่เป็นพาหะหลักในการนำแคลเซียมเข้าสู่เหล็กกล้าที่ถูกควบคุมด้วยอะลูมิเนียม — การบำบัดที่เปลี่ยนแปลงธรรมชาติของสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะอย่างพื้นฐาน ในเหล็กกล้าที่ถูกควบคุมด้วยอะลูมิเนียม สิ่งเจือปนหลักคือกลุ่มอะลูมินาแข็ง (Al₂O₃) ที่มีจุดหลอมเหลวเกิน 2050°C อนุภาคแข็งและไม่สม่ำเสมอเหล่านี้ไม่กลมเป็นทรงกลมระหว่างการรีดร้อน แต่ยืดออกเป็นสิ่งเจือปนแบบสตริงเกอร์ที่ทำหน้าที่เป็นจุดรวมความเค้นและจุดเริ่มต้นของการแตกร้าวจากความเหนื่อยล้า เมื่อแคลเซียมจาก CaSi ถูกนำเข้า มันจะทำปฏิกิริยากับอะลูมินาเพื่อสร้างสารประกอบแคลเซียมอะลูมิเนตที่เหลวที่อุณหภูมิผลิตเหล็กกล้า การเปลี่ยนแปลงจากอะลูมินาแข็งเป็นแคลเซียมอะลูมิเนตเหลวทรงกลมเป็นประโยชน์ที่สำคัญที่สุดของการบำบัดด้วยแคลเซียม CaSi

การดัดแปลงสิ่งเจือปนไม่ใช่ประโยชน์เพียงอย่างเดียวที่แคลเซียมซิลิกอนให้ ปฏิกิริยาแคลเซียม-กำมะถันผลิตแคลเซียมซัลไฟด์ (CaS) ซึ่งรวมตัวกับสิ่งเจือปนแมงกานีสซัลไฟด์ (MnS) ที่มีอยู่เพื่อสร้างสารละลายแข็ง (Ca,Mn)S ซัลไฟด์ที่ถูกดัดแปลงเหล่านี้แข็งกว่าและกลมกว่า MnS บริสุทธิ์ ซึ่งยืดออกเป็นสตริงเกอร์ยาวระหว่างการรีดร้อน โดยการควบคุมสัณฐานวิทยาของสิ่งเจือปนออกไซด์และซัลไฟด์พร้อมกัน การบำบัดด้วยแคลเซียม CaSi ช่วยให้สามารถผลิตเหล็กกล้าที่มีคุณสมบัติเชิงกลแบบไอโซทรอปิก ผลกระทบรวมต่อสิ่งเจือปนออกไซด์และซัลไฟด์โดยทั่วไปช่วยปรับปรุงความเหนื่อยล้าแบบชาร์ปีตามขวาง 30–50% เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าที่ถูกควบคุมด้วยอะลูมิเนียมที่ไม่ได้รับการบำบัด

วิธีการเติมแคลเซียมซิลิกอนมีผลกระทบอย่างมากต่ออัตราการได้คืนและความสม่ำเสมอของการบำบัด การเติมก้อนโดยตรงลงในเตาทัพลายให้อัตราการได้คืนแคลเซียมเพียง 15–25% เนื่องจากแคลเซียมมีจุดเดือดต่ำ (1484°C) และแรงดันไอสูงที่อุณหภูมิผลิตเหล็กกล้า การฉีดลวดแกน ที่ผง CaSi ถูกห่อหุ้มในปลอกเหล็กและฉีดไปยังก้นทัพลายช่วยปรับปรุงการได้คืนเป็น 30–40% อย่างมาก อัตราการป้อนลวด ความลึกของการฉีด สภาพตะกอน และความเข้มของการกวนอาร์กอนล้วนมีผลต่อการได้คืนและต้องได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพร่วมกัน

เกรดเหล็กกล้าสะอาดเป็นการประยุกต์ใช้ที่ท้าทายที่สุดสำหรับการบำบัดด้วยแคลเซียมซิลิกอน เหล็กกล้า IF (ปราศจากสารเจือปนระหว่างช่องว่าง) สำหรับแผ่นตัวถังรถยนต์ต้องการปริมาณออกซิเจนรวมต่ำกว่า 20 ppm และไม่มีกลุ่มอะลูมินาที่ใหญ่กว่า 20 μm เหล็กกล้า ULC (คาร์บอนต่ำพิเศษ) สำหรับการขึ้นรูปลึกต้องการความสะอาดในระดับใกล้เคียงกัน เหล็กกล้าลูกปืน (เช่น SAE 52100) ต้องการปริมาณออกซิเจนต่ำกว่า 10 ppm และการควบคุมขนาดสิ่งเจือปนออกไซด์อย่างเข้มงวด

การคำนวณปริมาณแคลเซียมซิลิกอนที่ถูกต้องต้องการความเข้าใจในหลายปัจจัยที่มีปฏิสัมพันธ์กัน: ปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่เริ่มต้น ปริมาณอะลูมิเนียม ระดับแคลเซียมเป้าหมาย และอัตราการได้คืนที่คาดหวัง จุดเริ่มต้นในทางปฏิบัติสำหรับการฉีดลวดแกนคือ 0.3–0.5 kg CaSi ต่อตันเหล็กกล้าสำหรับการดัดแปลงสิ่งเจือปนระดับปานกลาง เพิ่มเป็น 0.5–1.0 kg/t สำหรับเกรดเหล็กกล้าสะอาดที่ท้าทาย

การควบคุมคุณภาพในการจัดหาแคลเซียมซิลิกอนมีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิตเหล็กกล้า พารามิเตอร์คุณภาพที่สำคัญที่สุดคือปริมาณแคลเซียมที่สม่ำเสมอ (28–32% สำหรับ CaSi 30/60) ปริมาณอะลูมิเนียมต่ำ (≤1.5%) ปริมาณฟอสฟอรัสต่ำ (≤0.04%) และขนาดที่สม่ำเสมอ การสร้างความสัมพันธ์ในการจัดหาระยะยาวกับผู้ผลิตแคลเซียมซิลิกอนที่มีคุณสมบัติเหมาะสม ได้รับการสนับสนุนจากการตรวจสอบคุณภาพเป็นประจำและข้อมูลการควบคุมกระบวนการทางสถิติ เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรักษาความสะอาดของเหล็กกล้าอย่างสม่ำเสมอ