1. 概述
硅鈣合金（Si-Ca）是一種主要由硅、鈣和少量鐵組成的復合鐵合金。它在冶金過程中作為高效的脫氧劑、脫硫劑和夾雜物改質劑。
該合金廣泛應用于以下領域：
- 高品質鋼的生產
- 低碳鋼、不銹鋼
- 特殊合金（如鎳基、鈦基合金）
- 鑄鐵孕育劑
- 球墨鑄鐵添加劑
- 轉爐煉鋼過程中的升溫劑
相比傳統脫氧劑如鋁，硅鈣合金在去除鋼中氧和硫方面表現更優，有助于改善鋼材的塑性、韌性及流動性。
2. 成分與牌號
硅鈣合金是一種以硅和鈣為主要成分的二元合金，其中可能含有鐵、鋁、碳、硫、磷等雜質，具體含量視用途而定。
常見牌號如下：
| 牌號 | 含鈣量 (%) | 含硅范圍 (%) ||-----------|----------------|---------------|
| SiCa31 | 31 | 50–65 |
| SiCa28 | 28 | 50–65 |
| SiCa24 | 24 | 55–65 |
| SiCa20 | 20 | 50–60 |
| SiCa16 | 16 | 50–60 |
此外，還可添加其他元素形成多元合金，如 Si-Ca-Al、Si-Ca-Mn、Si-Ca-Ba，用于增強脫氮、合金化等功能。
3. 歷史發展
- 法國（約1907年）最早采用電硅熱法生產硅鈣合金，隨后改用電碳熱法在電爐中冶煉。
- 中國于1950年代在太原利用電石爐冶煉硅鈣合金。
- 1964年，北京鐵合金廠開發了分層加料冶煉工藝，提升了生產效率。
4. 物理與化學特性
- 鈣：原子量40.08，密度1.55 g/cm3，熔點約839°C，化學活性較高。
- 硅鈣化合物：包括CaSi、Ca?Si和CaSi?，其中CaSi?為工業合金中最穩定相。
- 工業用硅鈣合金典型組成：
- CaSi? 約77%
- CaSi 5–15%
- 游離硅 <20%
- 碳化硅 <8%
- 密度約為2.2 g/cm3
- 熔點范圍：980–1200°C
5. 主要應用
在煉鋼中的應用：
- 脫氧與脫硫：有效去除鋼液中的氧、硫、氮、氫等雜質。
- 夾雜物改性：改變非金屬夾雜物形態，提高其上浮能力。
- 去氣處理：有助于減少鋼中氣體含量。
- 防止水口堵塞：替代鋁進行終脫氧時，可減少連鑄中間包水口堵塞問題。
- 精煉鋼種：適用于對氧硫含量要求較低的高品質鋼和特殊性能鋼。
在鑄造中的應用：
- 作為鑄鐵的 孕育劑，促進細小或球狀石墨的生成。
- 在灰鑄鐵中可使石墨分布更均勻，降低白口傾向。
- 可補充硅含量并實現脫硫，提升鑄鐵質量。
其他用途：
- 作為轉爐煉鋼過程中的升溫材料。
- 在鋼包冶金中，通過噴粉或芯線喂入方式實現精確控制。
6. 生產工藝
關鍵點說明：
- 石灰與二氧化硅首先形成低熔點硅酸鈣渣，影響還原反應進程。
- 鈣和硅在高溫下易揮發，造成一定損失（各約10%左右）。
- 中間產物如碳化鈣（CaC?）和碳化硅（SiC）參與后續反應。
- 實際冶煉為渣法冶煉，硅鈣合金因密度較低，多集中于熔池上部。
- 出爐時需采取專門措施實現合金與爐渣分離。
常見冶煉方法包括：
1. 混合加料法
2. 分層加料法
3. 碳化鈣法
4. 電硅熱還原法
總結
硅鈣合金在現代冶金中具有重要地位，尤其在高品質鋼和鑄鐵的生產中發揮著多重作用。作為脫氧劑、脫硫劑和夾雜物改質劑，其綜合性能使其成為先進煉鋼與鑄造行業的重要材料。