Феросиліцієві сплавивикористовують кремній (Si) і залізо (Fe) як основні компоненти. Звичайні сорти містять 45%-90% кремнію, домішки (Al, Ca, S, P) суворо контролюються. Їх подвійні функції випливають з двох основних характеристик:
Сильна розкислювальна активність кремнію:Кремній має надзвичайно низьку вільну енергію для реакції з киснем, реагуючи спонтанно при кімнатній температурі, і продукти легко розділяються.
Здатність кремнію до гетерогенного зародження:Атомний радіус кремнію близький до радіуса атомів заліза, що дозволяє йому служити ядром зародження під час твердіння металу, покращуючи зернисту структуру.
Розкислення при виробництві сталі: функція «видалення кисню та очищення» феросиліцію
FeSi є найбільш часто використовуваним композитним розкислювачем у виробництві сталі. Його основною функцією є видалення кисню з розплавленої сталі за допомогою хімічної реакції, тим самим покращуючи чистоту розплавленої сталі:
(1) Принцип розкислення та механізм реакції
Реакція ядра:
Кремній вступає в реакцію витіснення з FeO в розплавленій сталі (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe). Утворений SiO₂ має щільність лише 2,65 г/см³, що набагато нижче, ніж густина розплавленої сталі, і швидко спливе до шлаку та буде видалено;
Синергічний ефект:
У поєднанні з розкислювачами феромарганцю та алюмінію він може утворювати композитний шлак із низькою -температурою плавлення- (такий як CaO-SiO₂-Al₂O₃, температура плавлення близько 1400 градусів), ще більше посилюючи здатність шлаку адсорбувати включення та досягаючи подвійного ефекту «глибоке розкислення + очищення розплавленої сталі».
(2) Кількісні ефекти та параметри застосування
Контроль суми додавання:
Додавання 0,3%-0,8% (сорт FeSi75) маси розплавленої сталі під час виробництва сталі в конвертері може знизити вміст кисню в розплавленій сталі з 80-100 ppm до 30-50 ppm, збільшуючи ефективність розкислення на 40% порівняно з одним феромарганцем.
Сумісність класу:
Високі-класи кремнію (Ферросиліцій 75, FeSi90) мають вищу ефективність розкислення та підходять для високоякісних-сталей; середній-низький вміст кремнію (FeSi65, FeSi45) мають меншу вартість і підходять для звичайних вуглецевих сталей.
Інокуляція лиття: функція феросилікію «подрібнення зерна».
У чавунному литті феросиліцієвий сплав, як модифікатор серцевини, покращує механічні властивості виливків шляхом регулювання структури затвердіння:
(1) Принцип інокуляції та механізм подрібнення зерна
Гетерогенне зародження:
Атоми кремнію та слідові кількості алюмінію, кальцію тощо у феросиліцію утворюють крихітні «зародиші зародження» (такі як частинки SiC, Al₂O3 розміром 0,1-1 мкм) під час затвердіння розплавленого заліза, забезпечуючи точки приєднання для випадання графіту;
Оптимізація структури:
Сприяє перетворенню графіту з «лускатого» на «дрібносферичний/черв’якоподібний», очищаючи зерна матриці (розмір зерен зменшено з 80 мкм до 30-40 мкм), уникаючи проблем крихкості, спричинених грубими структурами;
Коригування складу:
Додавання елементів кремнію в чавун (контроль вмісту кремнію до 2,0%-3,5%) зменшує тенденцію до утворення білого чавуну та покращує оброблюваність виливків.
(2) Кількісні ефекти та параметри застосування
Контроль суми додавання:
У лиття з сірого чавуну рекомендована кількість FeSi75% становить 0,2%-0,5% від маси розплавленого чавуну, а в ковкому чавуні - 0,1%-0,3%;
Адаптація процесу:
Його потрібно додати за 1-3 хвилини до заливки, щоб забезпечити стабільний ефект інокуляції та уникнути передчасного додавання, що може призвести до вигоряння кремнію.
Основні відмінності в подвійному застосуванні феросиліцію (основа вибору ключів)
| Сценарії застосування | Основні цілі | Реакція/механізм дії | Рекомендовані оцінки | Ключові контрольні параметри |
| Розкислення сталі | Зниження вмісту кисню в розплавленій сталі та видалення включень | Хімічна реакція відновлення (Si + FeO → SiO₂ + Fe) | FeSi75, FeSi90 | Кількість додавання: 0,3% -0,8%, температура розплавленої сталі: 1500-1600 градусів |
| Лиття щеплення | Подрібнення зерна, оптимізація морфології графіту | Гетерогенне зародження + коригування складу | FeSi75, FeSi65 | Кількість додавання: 0,1%-0,5%, температура лиття: 1380-1450 градусів |
Застереження щодо застосування та практичні поради
(1) Запобіжні заходи щодо розкислення при виробництві сталі
Уникайте надмірного додавання:Вміст кремнію, що перевищує 1,0 %, призведе до зниження зварюваності сталі та зниження ударної в'язкості більш ніж на 20 %;
Час додавання:У конвертерному виробництві сталі його можна додавати «в-потоці» (під час випуску), тоді як у виробництві сталі в електродугових печах його можна додавати партіями, щоб забезпечити рівномірну реакцію;
Контроль домішок:Використовуйте феросиліцій із низьким вмістом -алюмінію (Al менше або дорівнює 0,5%), щоб уникнути утворення включень Al₂O₃, які впливають на якість поверхні сталі.
(2) Запобіжні заходи щодо щеплення литтям
Вибір розміру:Ферросиліцій, який використовується для інокуляції, потрібно подрібнити до 1-3 мм, щоб забезпечити швидке розчинення та уникнути великих частинок, які спричиняють нерівномірний локальний склад;
Спосіб щеплення:Використовуйте «метод-вливання» (додавання феросиліцієвого сплаву до потоку розплавленого чавуну) або «-інокуляцію потоку» для покращення однорідності;
Уникайте вторинної щеплення:Якщо розплавлений чавун залишається занадто довго (більше 10 хвилин), необхідно додати 10%-20% сплаву FeSi, щоб зберегти ефект інокуляції.
