Силикокальций СК30Р

Силикокальций СК30Р — ферросплав системы кальций–кремний с высоким содержанием обоих основных компонентов, предназначенный для раскисления, десульфурации и дегазации стали, а также модифицирования чугуна. Выпускается по ГОСТ 4762-71 в кусковом виде и в виде наполнителя порошковой проволоки.

Химический состав СК30Р по ГОСТ 4762-71

Нормативный документ, регламентирующий состав и свойства силикокальция, — ГОСТ 4762-71 (действующий, с изменениями № 1–4). Для марки СК30Р установлены следующие нормы массовой доли элементов:

Кальций и кремний в сумме составляют основу сплава — не менее 85%. Железо в состав не нормируется как самостоятельный компонент, однако присутствует в виде примеси. По требованию потребителя ГОСТ допускает повышенное содержание алюминия — от 2,0 до 5,0%.

Сравнение марок СК30Р, СК30 и СК30(ч)

В системе ГОСТ 4762-71 марка СК30Р отличается от смежных марок более высоким минимальным содержанием кремния и более широкими допусками по углероду и фосфору:

Марку СК30(ч) применяют, когда технология требует жёстких ограничений по углероду и фосфору — например, в производстве качественных и специальных сталей. СК30 занимает промежуточное положение. СК30Р выбирают там, где допустимо более высокое содержание примесей, а повышенный кремний технологически обоснован или желателен.

Физические свойства

Силикокальций СК30Р — хрупкий сплав серебристо-серого цвета. Основные физические характеристики:

• Плотность: 2,5–3,0 г/см³
• Температура плавления: 900–1100 °C (зависит от конкретного соотношения Ca и Si в партии)

Низкая температура плавления по сравнению с железом (1538 °C) и сталью объясняется образованием эвтектических и перитектических составов в системе Ca–Si. Именно это обеспечивает эффективное растворение и усвоение кальция из сплава в жидком металле.

Пожарная и взрывная безопасность

Силикокальций СК30Р требует соблюдения мер пожаровзрывобезопасности, установленных ГОСТ 4762-71:

• Нижний концентрационный предел воспламенения (НКПВ) пыли с размером частиц менее 50 мкм — 42 г/м³.
• Температура воспламенения аэрозоля — 650 °C.
• Куски размером более 2 мм в нормальных условиях — не горючи, пожаро- и взрывобезопасны.

Особую опасность представляет контакт сплава с водой: из него выделяются горючие газы — водород и ацетилен. Интенсивность газовыделения возрастает с увеличением содержания кальция и уменьшением размера частиц. НКПВ газа по водороду — 3,9%. Пыль сплава относится к 3-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007; ПДК аэрозоля в пересчёте на SiO₂ в воздухе рабочей зоны — 2 мг/м³.

При хранении, транспортировке и работе со сплавом необходимо полностью исключить попадание влаги на продукт.

Классы крупности и формы поставки

По ГОСТ 4762-71 силикокальций выпускается трёх классов крупности:

Класс крупности обозначается цифрой после марки: СК30Р-1, СК30Р-2, СК30Р-3. По требованию потребителя возможна поставка кусков иной крупности.

Кусковой силикокальций поставляется упакованным в герметичные стальные барабаны. Порошковая проволока с наполнителем из силикокальция СК30Р поставляется в катушках или бухтах. Оба варианта обеспечивают защиту от контакта с атмосферной влагой.

Применение в производстве стали и чугуна

ГОСТ 4762-71 определяет назначение силикокальция как раскислитель сталей и сплавов, модификатор чугуна. На практике его функции шире:

• Раскисление. Кальций и кремний — активные раскислители. Кальций образует с кислородом тугоплавкие оксиды с высокой активностью всплытия, что ускоряет очистку металла.
• Десульфурация. Кальций связывает серу в нерастворимый сульфид CaS, выводя её из металла в шлак. Это особенно важно при производстве сталей с требованиями по анизотропии механических свойств.
• Дегазация. Снижается содержание водорода и азота за счёт интенсивного кипения металла в момент присадки.
• Модифицирование сульфидных и оксидных включений. Кальций переводит вытянутые сульфидные включения в глобулярную форму, что улучшает поперечные механические свойства проката.
• Модифицирование чугуна. Применяется для графитизации и получения однородного серого чугуна заданной структуры.

Совместное действие кальция и кремния эффективнее раздельного применения каждого из элементов: кремний снижает давление паров кальция в расплаве, что уменьшает потери на испарение и повышает усвоение кальция жидким металлом.

Кусковой силикокальций и порошковая проволока

Кусковой сплав вводят в ковш периодическими присадками — в процессе выпуска плавки или при внепечной обработке. Метод прост технологически, но усвоение кальция относительно невысокое из-за испарения и реакции с атмосферой.

Порошковая (инжекционная) проволока со стальной оболочкой и сердечником из силикокальция обеспечивает непрерывный ввод сплава непосредственно в глубину металла. Это снижает потери кальция на испарение, позволяет точнее дозировать присадку и стабилизирует химический состав плавки от ковша к ковшу. Метод применяется при ковш-печной обработке и на агрегатах доводки стали.

Для получения дополнительного технологического эффекта силикокальций используют совместно с другими ферросплавами. В частности, ферросилиций применяется как раскислитель на предшествующем этапе, а специальные комплексные модификаторы на основе ферросиликобария используют для одновременного введения нескольких активных элементов.

Производство силикокальция

Силикокальций выплавляют углетермическим методом непрерывного процесса в рудно-термических (электродуговых) печах. Основное сырьё — кварцит (источник SiO₂) и известь (источник CaO); восстановитель — кокс. Высокие температуры в зоне дуги (1500–1800 °C) обеспечивают совместное восстановление кремния и кальция с образованием силицидов кальция. После выпуска из печи металл разливают в изложницы, охлаждают, дробят и классифицируют по крупности.

Условия хранения и транспортировки

Силикокальций хранят в закрытых складских помещениях, исключающих попадание воды и атмосферной влаги. Контакт с водой недопустим: даже незначительное увлажнение запускает реакцию с выделением водорода и ацетилена, что создаёт угрозу взрыва. При хранении и транспортировке соблюдают требования ГОСТ 12.1.005, ГОСТ 12.1.007 и ГОСТ 12.1.010.

Срок хранения зависит от класса крупности: мелкая фракция (до 1 мм) используется в течение 5 суток, фракция 1–20 мм — в течение 3 месяцев, крупный кусок 20–200 мм хранится до 5 лет без потери качества при соблюдении условий сухого хранения.