一、 矽鈣合金的用途和成分
由矽和鈣形成的合金一般稱為矽鈣合金。矽鈣合金在煉鋼工業上作脫氧劑
和脫硫劑。矽鈣合金中的矽和鈣對氧的親和力很大，鈣對硫的親和力也很大，脫氧、脫硫產物（sio2、cao、cas）很容易上浮排除，改善鋼的效能，提高鋼的塑性和衝擊韌性。因此，矽鈣合金是一種很理想的復合脫氧劑。
目前矽鈣合金可以代替鋁終脫氧，廣泛地用於優質鋼的生產中。
矽鈣合金還是一種有效的增溫劑。把矽鈣合金粉粒加於鋼錠頭部作為發熱劑和保溫劑，可以提高鋼的質量和成材率。
在鑄鐵生產中矽鈣合金用作脫氧脫硫劑和孕育劑，矽鈣合金比矽鐵更有效地改善鑄鐵的效能，矽鈣合金在鑄鐵中能起脫氧、脫硫和增矽的效果，而且又是一種有效的孕育劑，促進球狀石墨的形成。
矽與鈣能形成一系列矽化物：ca2si、casi和casi2 等，其中以casi為最穩定。工業用矽鈣合金的熔化溫度比較低，一般只有980~1200℃，因而在正常的出爐過程中，合金的過熱度很大，合金的流動性也很好，表1—1列出了我國矽鈣合金的牌號。
表1—1 矽鈣合金的牌號和化學成分（%）
二、 市場**
由於矽鈣合金是一種理想的復合脫氧脫硫劑，可大大地提高鋼材的質量，
因此矽鈣合金在鋼鐵工業和鑄造行業將得到更廣泛的應用。特別是東部沿海地區將需要大量的矽鈣合金，煉製出更優質的名牌產品。這些合金主要靠西部礦產資源和電力資源的地區**。
目前生產矽鈣合金的家主要有北京、山西、漢中、上海、寧夏等廠家，而且多半用1000kva以下的小電爐採用混合加料法生產。作鋼液的脫氧劑時，由於鋁的**高且它的利用率低，用矽鈣合金可以代替鋁終脫氧，目前我國矽鈣合金產量近1萬噸，而年需要量6萬噸，可見供小於求，所以生產矽鈣合金市場是很廣闊的。只要採用二步法生產矽鈣合金的一極品率高時，便可成為內銷和出口創匯的優良產品。
三、 矽鈣合金的理化原理
（一）、cao作為冶煉矽鈣合金鈣質元素的**
矽鈣合金是通過石灰（cao）和矽石中的sio2碳質還原劑還原而製成的，
其反應式如下：
cao+c=ca+co-525.092j
sio2+2c=si+2co-650.612j
ca +s i= casi
總反應式為 cao+sio2+3c=casi+3co
這個反應在1600℃時就可發生。
有關資料顯示，當鈣和矽的氧化物比例為35%～55% cao和45%～65%的sio2時，就可形成簡單的可熔性渣（熔點為1450~1550℃）。形成的這種熔渣溫度低於電爐反應區所需的還原溫度，因而鈣和矽的還原反應是很難進行的。為此，可以多配入些還原劑，促使生成碳化物熔入爐渣，提高爐渣熔點，保證獲得反應所需的高溫，一般配碳量為理論還原劑量的1.
2～1.3倍。
1/2 sio2+3/2c=1/2sic+co δg=67035-43.86t
cao+3c=cac2 +cog=111315-56.8t
但這些碳化物又容易在爐低的低溫區結晶出來，造成爐底**，為了避免這種情況，要穩插電極以使坩堝區獲得高溫並定期地補加矽石來破壞碳化物，反映如下：
cac2+sio2=casi+2co
2sic+3sio2+6c+2cao=16casi+3si+8co
（二）、cac2作為冶煉矽鈣合金鈣質元素的**
以電石、矽石、碳質還原劑為原料，在電爐內生成矽鈣合金的主要反應如下：
cac2(l)+2sio(g)=2co(g)+casi2(l
cac2(l)+sio2(l)=2co(g)+casi2(l
1 式為氣液反應，其反應的完善程度取決於熔體中cac2的活度和氣相中
sio的分壓力，當坩堝內部有游離碳存在時cac2才能具有較高的活度；
2 式為液液反應，反應進行程度取決於cac2 和sio2在各自熔體中的活
度。游離的sio2只存在於料層和坩堝頂部。在坩堝內部，sio2存在於矽酸鹽中，對②式的反應是不利的。
四、 二步法生產矽鈣合金的方法
cao+3c=cac2+co
cac2+2sio2+2c=casi+si+co
二步法冶煉矽鈣合金是先在一座電爐內生產電石，然後再以矽石、碳質還
原劑為原料，在第二座電爐內生成矽鈣合金。我公司可直接進貨電石，然後再以矽石、碳質還原劑為原料，在電爐內生成矽鈣合金。
二步法冶煉矽鈣合金的操作方法基本和矽鐵相似。矽鈣合金冶煉操作時，要進行燜燒，精心維護爐況，增加料麵的透氣性。電極深而穩地插入爐料中，防止塌料刺火，減少鈣的揮發和熱能的損失。
由於cac2渣熔點高，流動性差，在爐內與sio2反應的動力學條件不好，因此，坩堝的正確形成與爐底的高溫條件是必須的。
合金澆注：由於氧化物還原不充分，原料中含有一定數量的雜質，碳化物破壞不完全，因而在矽鈣合金生產中往往產生一些爐渣與矽鈣合金的密度比較接近，渣與合金較難分離。為防止渣與合金混雜，在出爐時採用特殊的能繞水平軸前後傾動的長口形中間包。
一般鎮靜3~5分鐘後，待密度稍重的渣沉入下面，再緩慢傾倒中間包進行澆注，要求「慢倒，快回」。當發現合金表面發白發亮時，立即停止澆注，以避免合金夾渣。
五、 生產矽鈣合金的原材料條件
二步法冶煉矽鈣合金使用的主要原料有矽石、電石、焦碳、木炭。
1、矽石：矽石是冶煉矽鈣合金矽質元素的**，其化學成分和粒度要求如下表：
2、電石：電石是冶煉矽鈣合金鈣質元素的**，其化學成分和粒度要求如下表：
3、焦碳：焦碳是冶煉矽鈣合金的主要還原劑，要求如下：
4、木炭：木炭是冶煉矽鈣合金的重要還原劑，要求如下：
六、 生產矽鈣合金的工藝流程
矽石電石
焦碳配料礦熱爐冶煉出鐵渣鐵分離合金
木炭澆鑄取樣分析精整包裝入庫
七、 二步法生產矽鈣合金的配料計算
假設所冶煉合金的成分如下：
30%ca和60%的si ；
假設電石中cac2的含量為80%；矽石中sio2的含量為98%；
主要考慮鈣和矽在冶煉中的損失以及為了形成高熔點渣而配入理論碳量多30%的固定碳，則取以下過剩係數：
電石—2.0倍；矽石—1.5倍；固定碳—1.3倍。
設焦碳中固定碳含量為86%，木炭中固定碳含量為76%；
配料中焦碳：木炭=2：1。
1、 生產100kg合金需要的電石量為：（設為a）
ca ～ cac2
40 56
30%*100 a*80%/2.0
a=(30%*100*56*2.0)/40*80%=105kg;
②、生產100kg合金需要的矽石量為： （設為b）
si ～ sio2
28 60
60%*100 b*98%/1.5
b=(100*60%*60*1.5)/28*98%=197kg;
③、計算所需固定碳的量： （設為c）
sio2 ～ c
60 12
197*98% c/1.3
c=(197*98%*12*1.3)/60=50.2kg;
④、計算所需的焦碳量和木炭量： （分別設為x，y）
x=2y
0.86x+0.76y=50.2 ②
解方程組得y=20kg, x=40kg.
則配料比如下：
矽石：200kg；
電石：105kg；
焦碳：40kg；
木炭：20kg。
故噸鐵的消耗約為：
矽石：2.0噸；
電石：1.05噸；
焦碳：0.4噸；
木炭：0.2噸。
八、 1800kva電爐冶煉矽鈣合金電爐引數的選擇和計算
（一）、矽鐵爐改煉矽鈣時引數的變化
由於冶煉矽鈣合金比冶煉矽鐵難度大，主要是碳化物在爐底低溫區結晶出來，造成爐底**，在高溫時可使碳化物被破壞，可控制爐底**。
（1）、二次電壓的選擇
由於爐料操作電阻近似符合歐姆定律，則
r=ku2/i
r—操作電阻，mω;
u2—二次電壓，v；
i— 電極相電流，ka；
k—電阻係數。
由①式知，操作電阻與二次電壓成正比，與電極電源成反比。有資料顯示冶煉矽鈣合金時操作電阻比冶煉矽鐵時低，因此，為了保持電弧電流可採用降低二次電壓的方式來實現。
（2）、電極電流密度問題
冶煉75%矽鐵溫度在1800℃反應幾乎進行的很完全，而破壞沉積的碳化物
所需的溫度高於2200℃，顯見冶煉矽鈣合金的電極電流密度比冶煉75%矽鐵大，這樣才有利於提高爐溫。實際上，在設計矽鐵爐時一般取電極電流密度為6.0～6.
5a/cm2,而設計矽鈣爐時取電極電流密度為6.5～7.8a/cm2。
即矽鈣電爐的電流密度大於矽鐵電爐的電流密度。若二者冶煉時電極電流相同必然矽鈣爐電極直徑要縮小。
（3）、極心圓直徑問題
有文獻指出，75%矽鐵改煉矽鈣時：
d矽鈣=（0.95～0.98）d矽鐵；
d矽鈣—矽鈣爐極心圓直徑；
d矽鐵—矽鐵爐極心圓直徑；
即在冶煉矽鈣合金與75%矽鐵在電流相同的情況下，其極心圓直徑需縮小。
（4）、爐膛深度問題
為了適應矽鈣冶煉爐底不斷**，盡可能延長冶煉週期，在電極行程允許的條件下，可適當加深。
（5）、爐膛內徑問題
由於矽鈣極心圓比矽鐵爐較小，則爐膛內經也應相應減小。
（二）、1800kva電爐引數選擇
以下計算的引數參考《鐵合金冶煉》（冶金工業出版社）中的簡易計算法。由於矽鈣合金與矽鐵有
八、（一）中所述的規律，則k、δ、α、γ、β的取值在矽鐵的範圍中取定。
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