Deoxidační schopnostferosiliciaje v podstatě způsobena vysokou reaktivitou křemíku s kyslíkem a stabilitou produktů. Konkrétní mechanismus je následující:
Termodynamický základ silné afinity ke kyslíku:
Energie bez chemické reakce mezi křemíkem (Si) a kyslíkem (O) je extrémně nízká (2SiO + O₂=2SiO₂, ΔG₂₀₀₀K=-1520kJ/mol), mnohem nižší než energie mezi železem a kyslíkem (2Fe + O₀ {{6}₀}GeO₂,=-540kJ/mol). To znamená, že při vysokých teplotách se křemík přednostně slučuje s kyslíkem, čímž zásadně odstraňuje kyslík z roztavené oceli/železa.
Snadné odstranění reakčních produktů:
Křemík reaguje s kyslíkem za vzniku oxidu křemičitého (SiO₂), který má vysokou teplotu tání 1713 stupňů. V roztavené oceli (1500-1600 stupňů) existuje jako pevné částice s hustotou (2,65 g/cm³) mnohem nižší než u roztavené oceli (7,8 g/cm³). Rychle vyplave na povrch roztavené oceli a odstraní se spolu se struskou, čímž se dosáhne účinné separace kyslíku.
Vysoká-teplotní stabilita zajišťuje kompletní reakci:
Křemík má bod tání 1410 stupňů, zatímco slitiny ferosilikonu (jako např.FeSi75) mají teplotu tání přibližně 1200 stupňů, nižší než je vysokoteplotní{1}}teplotní prostředí při výrobě/odlévání oceli (1500–1600 stupňů). Po přidání FeSi rychle taje, což umožňuje atomům křemíku plně difundovat a zcela reagovat s kyslíkem, čímž se zabrání neúplné místní deoxidaci.
Klíčové vlastnosti podporující deoxidaci ferosilicia
Vysoký obsah křemíku zvyšuje deoxidační kapacitu:
Běžně používané průmyslové druhy ferosilicia jsou FeSi75 (obsah křemíku 72 %-80 %) aFeSi65(obsah křemíku 60 %-65 %). Čím vyšší je obsah křemíku, tím vyšší je účinnost dezoxidace na jednotku hmotnosti ferosilicia. Například 1 kg Ferro Silicon 75% může odstranit přibližně 0,4 kg kyslíku z roztavené oceli, což je 1,5-2krát více než u slitin s nízkým obsahem křemíku.
Rychlost reakce přizpůsobená metalurgickým procesům:
Rychlost reakce mezi křemíkem a kyslíkem se zvyšuje s teplotou. Při teplotě nad 1500 stupňů může být reakce dokončena během několika minut, což splňuje procesní požadavky na výrobu oceli pro "rychlou dezoxidaci a zkrácené tavicí cykly", čímž se zabrání sekundární oxidaci roztavené oceli v důsledku příliš dlouhých časů dezoxidace.
Žádné škodlivé nečistoty:
Hlavními složkami ferrosiliconu jsou pouze křemík a železo, bez škodlivých prvků, jako je síra a fosfor (průmyslová -třída 75# FeSi vyžaduje S Méně než nebo rovno 0,05 %, P Méně než nebo rovno 0,04 %). Nekontaminuje roztavenou ocel během dezoxidace a zajišťuje čistotu kovového materiálu.
Praktické aplikace a účinky deoxidace ferosilicia
Hlavní dezoxidace při výrobě oceli:
Při výrobě oceli v konvertorech a v elektrických obloukových pecích se ferosilikonová slitina často používá v kombinaci s feromanganem a hliníkem („ferosilicium-před-deoxidace manganu + finální deoxidace hliníku“). Přídavek FerroSilicon 75 % je typicky 0,3 % - 0,8 % hmoty roztavené oceli, což může snížit obsah kyslíku v roztavené oceli z 80-100 ppm na 30-50 ppm, čímž se sníží vměstky oxidů a zlepší se houževnatost a zpracovatelnost oceli.
Slévárenská deoxidace:
Při výrobě tvárné litiny a šedé litiny může fesi slitina současně dosáhnout jak deoxidačních, tak inokulačních účinků. Přidání 0,2 %-0,5 % FeSi 75 může odstranit kyslík z roztaveného železa (zabránit tvorbě oxidových vměstků, které ovlivňují sféroidizaci grafitu) a podpořit precipitaci grafitu, čímž se zlepší mechanické vlastnosti odlitků.
Deoxidace speciální slitiny:
Při výrobě nerezové oceli a nízko{0}}legované oceli se používánízký-hliník ferrosilicium(Al Méně než nebo rovno 1 %) může zabránit tvorbě vměstků AlN z hliníku reagujícího s dusíkem v oceli, čímž je zajištěna odolnost slitiny proti korozi a svařitelnost.
Klíčové faktory ovlivňující deoxidační účinek ferosilicium
Výběr jakosti Ferrosilicon:
U jakostí oceli s vysokými-požadavky (jako je ložisková ocel a pružinová ocel) se upřednostňuje FeSi75, aby byla zajištěna důkladná dezoxidace; pro běžnou uhlíkovou ocel lze použít FeSi65 k vyvážení nákladů a účinku.
Načasování a způsob přidání:
Měl by být přidán před nebo během procesu odpichu roztavené oceli, aby se zabránilo předčasnému přidání vedoucímu k oxidaci křemíku struskou; velké elektrické pece mohou používat metodu „průtok{0}}navíc“ k zajištění důkladného promíchání ferosilicia a roztavené oceli.
Ovládání teploty oceli:
Když je teplota nižší než 1400 stupňů, reakční rychlost mezi křemíkem a kyslíkem výrazně klesá. Je nutné zajistit, aby teplota oceli neklesla pod 1500 stupňů, aby nedošlo ke snížení účinnosti dezoxidace.
Shoda zásaditosti strusky:
Když je zásaditost strusky (CaO/SiO₂) řízena mezi 1,8 a 2,2, podporuje to kombinaci SiO₂ a CaO za vzniku křemičitanu vápenatého (CaSiO3) strusky, což snižuje opětovné rozpouštění SiO₂ do oceli a zlepšuje deoxidační stabilitu.
Výhody a průmyslová hodnota deoxidace ferosilicia
Vysoká nákladová-efektivita:
Cena dezoxidace ferosilicia je pouze 1/3 až 1/2 ceny hliníku a je široce dostupný, což z něj činí nejekonomičtější dezoxidant v průmyslové -výrobě.
Silná procesní adaptabilita:
Lze jej přizpůsobit různým metalurgickým zařízením, jako jsou konvertory, elektrické pece a slévárny, bez nutnosti dodatečných úprav procesu a snadno se obsluhuje.
Má více funkcí:
při dezoxidaci může doplňovat křemík a upravovat složení oceli/železa (jako je zlepšení pevnosti oceli a odlévacího výkonu litiny), čímž se dosáhne „jednoho materiálu pro více použití“.
