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。