Stål, som hjørnesteinen i moderne industri, er mye brukt i konstruksjon, transport, energi, maskinproduksjon og andre felt. Fra høye skyskrapere til høyhastighetstog, fra store lasteskip til sofistikert maskineri, stål er allestedsnærværende og støtter driften av det moderne samfunnet. Det er ingen overdrivelse å si at uten stål ville utviklingen av moderne industri vært ekstremt vanskelig. I den komplekse prosessen med stålsmelting, 70% -75% silisiuminnholdferrosilisiumlegeringspiller en avgjørende rolle, virkelig en-helt bak-kulissene. Selv om det tilsynelatende er vanlig, spiller det en nøkkelrolle i kvaliteten og ytelsen til stål, og påvirker direkte bruken på forskjellige felt.
Forstå 70%-75% silisiuminnhold Ferrosilisiumlegering
(I) Sammensetning og egenskaper
Som navnet antyder, er hovedkomponentene i en fesi-legering med 70-75 % silisiuminnhold silisium (Si) og jern (Fe). I denne typen legeringer faller silisiuminnholdet innenfor det kritiske området på 70%-75%, som sett i vanlige legeringer somferrosilisium 70, ferrosilisium 72, ogferrosilisium 75. Den resterende delen består hovedsakelig av jern og spormengder av andre grunnstoffer som aluminium (Al), kalsium (Ca) og mangan (Mn). Selv om disse sporelementene utgjør en liten prosentandel, har de en betydelig innvirkning på legeringens egenskaper.
(II) Oversikt over produksjonsprosessen
Produksjonsprosessen av ferrosilisiumlegeringer med 70 %-75 % silisiuminnhold er en kompleks og delikat prosess, som for tiden primært benytter elektrisk ovnssmelting. Råvarene inkluderer hovedsakelig silika, koks og stålskrap. Silisiumdioksyd er den primære kilden til silisium, som krever et høyt innhold av silisiumdioksyd (SiO₂), vanligvis over 97 %, for å sikre tilstrekkelig silisiumtilførsel til legeringen. Koks, som reduksjonsmiddel, spiller en avgjørende rolle i smelteprosessen, og trenger høyt fast karboninnhold og lavt innhold av aske og flyktige stoffer; typisk må det faste karboninnholdet nå over 85 % for å effektivt redusere silisium fra silisiumdioksyd ved høye temperaturer. Stålskrot gir jern til legeringen og hjelper også med å justere sammensetningen og egenskapene.
Under produksjonen må råvarene først forbehandles-. Silikaen knuses til passende størrelser for å sikre tilstrekkelig reaksjon under smelting. Koksen må også siles og behandles for å fjerne urenheter og sikre stabil kvalitet. Deretter blandes silika, koks og stålskrap i et spesifikt forhold, som må beregnes nøyaktig basert på sammensetningen av målferrosilisiumlegeringen og de faktiske forholdene til råvarene. De tilberedte råvarene legges til en elektrisk ovn. Ved høye temperaturer gjennomgår koks og silisium en reduksjonsreaksjon, og reduserer silisiumdioksyd i silisium til elementært silisium. Dette elementære silisiumet smelter deretter sammen med jern i stålskrotet, og danner gradvis en ferrosilisiumlegering. Når legeringen når den forhåndsbestemte sammensetningen og temperaturen, fjernes den fra den elektriske ovnen, støpes og avkjøles for å oppnå det ønskede ferrosilisiumlegeringsproduktet på 70-75 % silisiuminnhold.
Prinsippet og fordelene med ferrosilisiumlegering som deoksideringsmiddel i stålproduksjon
(I) Dybde-analyse av deoksidasjonsprinsippet
I stålfremstillingsprosessen er oksygen i smeltet stål en av nøkkelfaktorene som påvirker stålkvaliteten. For mye oksygen kan føre til defekter som porøsitet og løshet under størkning, noe som reduserer stålets styrke, seighet og korrosjonsbestandighet. Ferrosilisiumlegering med 70%-75% silisiuminnhold, som deoksideringsmiddel, kan effektivt fjerne oksygen fra smeltet stål. Dens deoksidasjonsprinsipp er basert på den kjemiske reaksjonen mellom silisium og oksygen.
Når ferrosilisiumlegeringen tilsettes smeltet stål, reagerer silisium (Si) kjemisk med oksygenet i det smeltede stålet. I denne reaksjonen kombineres silisiumatomer med oksygenatomer for å danne silisiumdioksyd (SiO₂). Silisiumdioksid har et høyt smeltepunkt, vanligvis rundt 1710 grader, og eksisterer i enten fast eller flytende tilstand ved temperaturen til smeltet stål. Fordi silisiumdioksid er mindre tett enn smeltet stål, flyter det gradvis til overflaten av det smeltede stålet under påvirkning av omrøring og oppdrift, og kommer inn i slagget og oppnår dermed deoksidering av stålet.
(II) Betydelige fordeler sammenlignet med andre deoksideringsmidler
I stålproduksjon, foruten ferrosilisiumlegeringer med 70% -75% silisiuminnhold, inkluderer vanlige deoksideringsmidler ferromangan og aluminium. Sammenlignet med disse deoksideringsmidlene har ferrosilisiumlegeringer mange betydelige fordeler.
Ferrosilisiumlegeringer har en sterkere deoksiderende evne.
Ved en smeltet ståltemperatur på 1600 grader er deoksidasjonskonstanten til silisium relativt liten, noe som betyr at silisium har en større affinitet for oksygen og kan mer effektivt kombinere med og fjerne oksygen fra det smeltede stålet. Relevante eksperimentelle data viser at under de samme forholdene er deoksidasjonseffektiviteten til ferrosilisiumlegering 20% -30% høyere enn for ferromangan. Dessuten reagerer ferrosilisiumlegering med oksygen raskere, reduserer oksygeninnholdet i smeltet stål på kortere tid og forbedrer produksjonseffektiviteten.
Ferrosilisiumlegering har en kostnadsfordel.
Ferromangan har en relativt kompleks produksjonsprosess og høyere råvarekostnader, noe som resulterer i en relativt dyr pris. Mens aluminium, som deoksideringsmiddel, har sterke deoksidasjonsevner, øker dens høye pris og tendens til å gå til spille under bruk produksjonskostnadene. Derimot har ferrosilisiumlegering en relativt moden produksjonsprosess, allment tilgjengelige råvarer og en relativt stabil og rimelig pris. I følge markedsprisstatistikk er prisen på ferrosilisiumlegering typisk 10% -20% lavere enn ferromangan og 30% -50% lavere enn aluminium. Dette gjør det mulig for stålselskaper å effektivt redusere produksjonskostnadene og forbedre den økonomiske effektiviteten når de bruker ferrosilisiumlegering som deoksideringsmiddel.
Andre fordeler med ferrosilisiumlegering
Inkluder forbedring av kvaliteten på smeltet stål mens deoksiderer. Silisium er et effektivt legeringselement. Når ferrosilisiumlegering tilsettes smeltet stål, i tillegg til deoksidering, vil det gjenværende silisiumet oppløses i stålet, noe som øker stålets styrke, hardhet og elastisitet.
Diverse bruksområder innen stålproduksjon
Innen stålproduksjon spiller ferrosilisiumlegeringer med 70%-75% silisiuminnhold en uunnværlig rolle i produksjonen av ulike typer stål på grunn av deres unike egenskaper.
I produksjon av konstruksjonsstål, som er mye brukt i konstruksjon, broer og maskinproduksjon, stilles det strenge krav til styrke og seighet. Tilsetningen av ferrosilisiumlegeringer med 70%-75% silisiuminnhold forbedrer styrken og seigheten til konstruksjonsstål betydelig. Når ferrosilisiumlegeringer tilsettes smeltet stål, oppløses silisiumelementet i stålet, og danner en fast løsning med jernatomer, og gir derved fast løsning som styrker og øker stålets styrke. Silisium foredler også stålkornene, noe som gjør stålmikrostrukturen mer jevn, og forbedrer dermed stålets seighet.
Verktøystål brukes hovedsakelig til å produsere ulike skjæreverktøy, former og måleverktøy, med ekstremt høye krav til hardhet og slitestyrke. Ferrosilisiumlegeringer med 70% -75% silisiuminnhold spiller en nøkkelrolle i produksjon av verktøystål, og øker effektivt hardheten og slitestyrken til verktøystål. Silisium kan kombineres med karbon i stål for å danne harde faser som silisiumkarbid (SiC). Disse harde fasene er jevnt fordelt i stålmatrisen, som utallige bittesmå harde partikler innebygd i stålet, noe som i stor grad forbedrer stålets hardhet og slitestyrke.
Rustfritt stål er mye brukt i kjemikalier, mat og medisinske felt på grunn av sin utmerkede korrosjonsbestandighet. 70%-75 % silisiuminnhold ferrosilisiumlegeringer brukes hovedsakelig i produksjon av rustfritt stål for å forbedre korrosjonsbestandigheten. Silisium i rustfritt stål kan fremme passiveringseffekten til krom (Cr), og danner en tettere og mer stabil passiveringsfilm på overflaten av rustfritt stål, og dermed forbedre korrosjonsbestandigheten.
Viktige forholdsregler under bruk
(I) Nøyaktig kontroll av tilleggsbeløp
Nøyaktig kontroll av tilsetningsmengden er avgjørende ved bruk av ferrosilisiumlegeringer med 70-75 % silisiuminnhold. Dette krever nøyaktig beregning basert på oksygeninnholdet i det smeltede stålet og målinnholdet. I faktisk produksjon kan det nøyaktige oksygeninnholdet i smeltet stål måles ved hjelp av en oksygenbestemmelsesanordning av stål. Deretter bestemmes mengden ferrosilisiumlegering som skal tilsettes basert på det støkiometriske forholdet til deoksidasjonsreaksjonen og kravene til silisiuminnhold for stålkvaliteten.
Hvis det tilsettes for mye ferrosilisiumlegering, vil silisiuminnholdet i stålet overstige standarden. Dette kan forårsake kaldsprøhet i stålet, noe som reduserer dets seighet ved lave temperaturer betydelig og gjør det utsatt for sprøbrudd. For mye silisium kan også øke hardheten til stålet, redusere dets plastisitet og seighet og påvirke prosessytelsen, for eksempel gjøre det utsatt for sprekker under valse- og smiingsprosesser.
Hvis for lite silisium tilsettes, vil deoksidasjonen av det smeltede stålet være ufullstendig. Det gjenværende oksygenet i det smeltede stålet vil reagere med andre elementer for å danne oksidinneslutninger, noe som vil redusere styrken, seigheten og utmattelsesytelsen til stålet. Det kan også forårsake defekter som porøsitet og løshet under størkningsprosessen, noe som påvirker stålets kvalitet og utseende.
(II) Den viktige påvirkningen av temperatur
Temperatur er en av nøkkelfaktorene som påvirker deoksidasjonseffekten til ferrosilisiumlegeringer med et silisiuminnhold på 70%-75%. Deoksidasjon er en kjemisk reaksjon som krever en passende temperatur. Generelt, innenfor ståltemperaturområdet 1580-1650 grader, er reaksjonen mellom ferrosilisiumlegeringer og oksygen i det smeltede stålet relativt fullstendig, noe som resulterer i bedre deoksidering.
Når den smeltede ståltemperaturen er for lav, reduseres deoksidasjonsreaksjonshastigheten betydelig. Dette er fordi lavere temperaturer reduserer molekylær aktivitet, reduserer sannsynligheten for kollisjoner mellom silisium og oksygenatomer, noe som gjør reaksjonen vanskelig å forløpe jevnt.
For høye temperaturer er også skadelig for deoksidasjonsreaksjonen. På den ene siden kan for høye temperaturer føre til at silisiumdioksid (SiO₂) brytes ned, og frigjøre oksygen igjen, noe som fører til en dårligere deoksidasjonseffekt. På den annen side vil høye temperaturer øke aktiviteten til andre elementer i det smeltede stålet, potensielt konkurrere med silisium om energi, forbruke ferrosilisiumlegeringen og dermed redusere deoksidasjonseffektiviteten.
(III) Nødvendigheten av slaggfasebehandling
Ved bruk av ferrosilisiumlegeringer med 70%-75% silisiuminnhold for deoksidering, vil det dannes silisiumdioksid (SiO₂)-slagg. Rettidig fjerning av dette genererte silisiumdioksidslagget er avgjørende.
Tilstedeværelsen av silikaslagg utgjør en rekke helserisikoer for smeltet stål. Hvis den ikke fjernes umiddelbart, kan den bli fanget inne i stålet og danne ikke-metalliske inneslutninger. Disse inneslutningene forstyrrer kontinuiteten til stålets mikrostruktur, og reduserer dets styrke, seighet og tretthetsytelse. Inneslutninger kan også fungere som sprekkinitieringssteder, som lett utløser sprekkforplantning og føre til stålsvikt når de utsettes for ytre krefter.
Silikaslagg påvirker også flyten til smeltet stål. Det øker viskositeten til stålet, noe som gjør det vanskelig å fylle formen under støping, noe som lett resulterer i defekter som ufullstendig fylling og kalde stenger, som påvirker kvaliteten på støpegodset. Dårlig flyt kan føre til ufullstendig fylling i visse områder ved støping av store og komplekse deler, dannelse av tomrom eller defekter, noe som reduserer flytehastigheten.
For tiden er markedet for ferrosilisiumlegeringer stort og stabilt, med Kina som har en dominerende posisjon globalt. Med utviklingen av «dobbelt-karbon»-strategien og endringer i nedstrømsindustriens krav, står industrien imidlertid overfor nye utviklingsmuligheter og utfordringer. I fremtiden vil teknologisk innovasjon bli kjernedrivkraften for industriutvikling, og grønne, lav-karbon og høy-ferrosilisiumlegeringsprodukter vil bli hovedstrømmen i markedet.
