Розкислювальна здатністьферосиліційв основному завдяки високій реакційній здатності кремнію з киснем і стабільності продуктів. Конкретний механізм полягає в наступному:
Термодинамічна основа сильної спорідненості до кисню:
Вільна енергія хімічної реакції між кремнієм (Si) і киснем (O) надзвичайно низька (2SiO + O₂=2SiO₂, ΔG₂₀₀₀K=-1520кДж/моль), набагато нижча, ніж між залізом і киснем (2Fe + O₂=2FeO, ΔG₂₀₀₀K=-540кДж/моль). Це означає, що при високих температурах кремній переважно з’єднується з киснем, повністю вилучаючи кисень із розплавленої сталі/заліза.
Легке видалення продуктів реакції:
Кремній реагує з киснем, утворюючи діоксид кремнію (SiO₂), який має високу температуру плавлення 1713 градусів. У розплавленій сталі (1500-1600 градусів) він існує у вигляді твердих частинок із щільністю (2,65 г/см³), набагато меншою, ніж у розплавленої сталі (7,8 г/см³). Він швидко спливає на поверхню розплавленої сталі і видаляється разом зі шлаком, досягаючи ефективного відділення кисню.
Стабільність до високих-температур забезпечує повну реакцію:
Кремній має температуру плавлення 1410 градусів, тоді як феросиліцієві сплави (такі якFeSi75) мають температуру плавлення приблизно 1200 градусів, нижчу за високу-температуру сталеплавильного/ливарного середовища (1500-1600 градусів). Після додавання FeSi швидко плавиться, дозволяючи атомам кремнію повністю дифундувати та повністю реагувати з киснем, уникаючи неповного локального розкислення.
Ключові характеристики, що підтримують розкислення феросиліцію
Високий вміст кремнію підвищує здатність до розкислення:
Зазвичай використовувані промислові марки феросиліцію FeSi75 (вміст кремнію 72%-80%) іFeSi65(вміст кремнію 60%-65%). Чим вище вміст кремнію, тим вище ефективність розкислення на одиницю маси феросиліцію. Наприклад, 1 кг феросиліцію 75% може видалити приблизно 0,4 кг кисню з розплавленої сталі, що в 1,5-2 рази більше, ніж у сплавів з низьким вмістом кремнію.
Швидкість реакції, адаптована до металургійних процесів:
Швидкість реакції між кремнієм і киснем зростає з температурою. При температурі вище 1500 градусів реакція може бути завершена протягом декількох хвилин, що відповідає вимогам процесу виробництва сталі щодо «швидкого розкислення та скорочених циклів плавлення», уникаючи вторинного окислення розплавленої сталі через надмірно тривалий час розкислення.
Не містить шкідливих домішок:
Основними компонентами феросиліцію є лише кремній і залізо, які не містять шкідливих елементів, таких як сірка та фосфор (промисловий-клас 75# FeSi вимагає S менше або дорівнює 0,05%, P менше або дорівнює 0,04%). Не забруднює розплавлену сталь під час розкислення, забезпечуючи чистоту металевого матеріалу.
Практичні застосування та ефекти розкислення феросиліцію
Основне розкислення при виплавці сталі:
У конвертерному та електродуговому виробництві сталі феросиліцієвий сплав часто використовується в поєднанні з феромарганцем та алюмінієм («попереднє розкислення феросиліцію-марганцю + остаточне розкислення алюмінію»). Додавання FerroSilicon 75% зазвичай становить 0,3%-0,8% від маси розплавленої сталі, що може знизити вміст кисню в розплавленій сталі з 80-100 ppm до 30-50 ppm, зменшуючи оксидні включення та покращуючи ударну в’язкість і продуктивність обробки сталі.
Ливарне розкислення:
У виробництві ковкого чавуну та сірого чавуну сплав Fesi може одночасно досягати ефектів розкислення та модифікації. Додавання 0,2%-0,5% FeSi 75 може видалити кисень із розплавленого чавуну (запобігаючи утворенню оксидних включень, які впливають на сфероїдизацію графіту) і сприяти осадженню графіту, таким чином покращуючи механічні властивості виливків.
Розкислення спеціального сплаву:
У виробництві нержавіючої та низько{0}}легованої сталі використовуютьферосиліцій з низьким вмістом-алюмінію(Al Менше або дорівнює 1%) може запобігти утворенню включень AlN від алюмінію, що реагує з азотом у сталі, забезпечуючи корозійну стійкість сплаву та зварюваність.
Основні фактори, що впливають на ефект розкислення феросиліцію
Вибір марки феросиліцію:
Для марок сталі з високими-вимогами (таких як підшипникова сталь і пружинна сталь) перевага віддається FeSi75 для забезпечення ретельного розкислення; для звичайної вуглецевої сталі можна використовувати FeSi65, щоб збалансувати вартість і ефект.
Час і спосіб додавання:
Його слід додавати до або під час процесу випускання розплавленої сталі, щоб уникнути передчасного додавання, що призводить до окислення кремнію шлаком; у великих електричних печах можна використовувати метод-додаткового потоку для забезпечення ретельного змішування феросиліцію та розплавленої сталі.
Контроль температури сталі:
Коли температура нижче 1400 градусів, швидкість реакції між кремнієм і киснем значно зменшується. Необхідно стежити, щоб температура сталі не опускалася нижче 1500 градусів, щоб уникнути зниження ефективності розкислення.
Відповідність основності шлаку:
Коли основність шлаку (CaO/SiO₂) контролюється в межах від 1,8 до 2,2, це сприяє поєднанню SiO₂ і CaO з утворенням шлаку з силікату кальцію (CaSiO₃), зменшуючи повторне-розчинення SiO₂ у сталі та покращуючи стійкість до розкислення.
Переваги та промислове значення розкислення феросиліцію
Висока економічна-ефективність:
Вартість розкислення феросиліцію становить лише 1/3–1/2 вартості алюмінію, і він широко доступний, що робить його найекономічнішим розкислювачем у-промисловому виробництві.
Сильна адаптивність процесу:
Він може бути адаптований до різного металургійного обладнання, такого як конвертери, електричні печі та ливарні цехи, без необхідності додаткових модифікацій процесу, і простий в експлуатації.
Він має кілька функцій:
під час розкислення він може доповнювати кремній і регулювати склад сталі/заліза (наприклад, покращувати міцність сталі та продуктивність лиття чавуну), таким чином досягаючи «один матеріал для багаторазового використання».
