Sveobuhvatna analiza ferosilicijeve legure sa sadržajem 70%-75% silicija

Čelik, kao kamen temeljac moderne industrije, naširoko se koristi u građevinarstvu, transportu, energetici, proizvodnji strojeva i drugim područjima. Od visokih nebodera do -brzih vlakova, od velikih teretnih brodova do sofisticiranih strojeva, čelik je sveprisutan i podržava funkcioniranje modernog društva. Nije pretjerano reći da bi bez čelika razvoj moderne industrije bio iznimno težak. U složenom procesu taljenja čelika, 70%-75% sadržaja silicijalegura ferosilicijaigra ključnu ulogu, doista je heroj--iza kulisa. Iako naizgled običan, igra ključnu ulogu u kvaliteti i učinku čelika, izravno utječući na njegovu primjenu u raznim područjima.

(I) Sastav i karakteristike

Kao što naziv sugerira, glavne komponente fesi legure sa sadržajem silicija od 70%-75% su silicij (Si) i željezo (Fe). U ovoj vrsti legure, sadržaj silicija pada unutar kritičnog raspona od 70%-75%, kao što se vidi u uobičajenim legurama poputferosilicij 70, ferosilicij 72, iferosilicij 75. Preostali dio uglavnom se sastoji od željeza i tragova drugih elemenata kao što su aluminij (Al), kalcij (Ca) i mangan (Mn). Iako ovi elementi u tragovima čine mali postotak, oni imaju značajan utjecaj na svojstva legure.

(II) Pregled proizvodnog procesa

Proces proizvodnje ferosilicijevih legura sa 70%-75% sadržaja silicija složen je i delikatan proces, koji trenutno primarno koristi taljenje u električnim pećima. Sirovine uglavnom uključuju silicij, koks i čelični otpad. Silicij je primarni izvor silicija, koji zahtijeva visok sadržaj silicijevog dioksida (SiO₂), općenito iznad 97%, kako bi se osigurala dovoljna opskrba silicijem za leguru. Koks, kao redukcijski agens, igra ključnu ulogu u procesu taljenja, zahtijevajući visok sadržaj fiksnog ugljika i nizak sadržaj pepela i hlapljivih tvari; tipično, sadržaj fiksnog ugljika treba doseći iznad 85% kako bi se učinkovito smanjio silicij iz silicija na visokim temperaturama. Čelični otpad daje željezo leguri i također pomaže prilagoditi njezin sastav i svojstva.

Tijekom proizvodnje, sirovine se moraju prethodno-obraditi. Silicij se drobi u prikladne veličine kako bi se osigurala dovoljna reakcija tijekom taljenja. Koks također treba prosijati i obraditi kako bi se uklonile nečistoće i osigurala stabilna kvaliteta. Zatim se silika, koks i čelični otpad miješaju u određenom omjeru, koji treba precizno izračunati na temelju sastava željene ferosilicijeve legure i stvarnih uvjeta sirovina. Pripremljene sirovine dodaju se u električnu peć. Na visokim temperaturama, koks i silicij podliježu reakciji redukcije, reducirajući silicijev dioksid u siliciju u elementarni silicij. Ovaj elementarni silicij zatim se stapa sa željezom u čeličnom otpadu, postupno stvarajući leguru ferosilicija. Nakon što legura dosegne unaprijed određeni sastav i temperaturu, uklanja se iz električne peći, lijeva i hladi kako bi se dobio željeni proizvod legure ferosilicija sa sadržajem silicija od 70%-75%.

(I) -dubinska analiza principa deoksidacije

U procesu proizvodnje čelika, kisik u rastaljenom čeliku jedan je od ključnih čimbenika koji utječu na kvalitetu čelika. Prekomjerni kisik može dovesti do nedostataka kao što su poroznost i labavost tijekom skrućivanja, smanjujući čvrstoću, žilavost i otpornost čelika na koroziju. Ferosilicijeva legura sa 70%-75% sadržaja silicija, kao deoksidans, može učinkovito ukloniti kisik iz rastaljenog čelika. Njegov princip deoksidacije temelji se na kemijskoj reakciji između silicija i kisika.

Kada se legura ferosilicija doda rastaljenom čeliku, silicij (Si) kemijski reagira s kisikom u rastaljenom čeliku. U ovoj se reakciji atomi silicija spajaju s atomima kisika u silicijev dioksid (SiO₂). Silicijev dioksid ima visoko talište, općenito oko 1710 stupnjeva, i postoji u krutom ili tekućem stanju na temperaturi rastaljenog čelika. Budući da je silicijev dioksid manje gustoće od rastaljenog čelika, on postupno ispliva na površinu rastaljenog čelika pod utjecajem miješanja i uzgona, ulazeći u trosku i tako postižući deoksidaciju čelika.

(II) Značajne prednosti u usporedbi s drugim deoksidansima

U proizvodnji čelika, osim ferosilicijevih legura sa 70%-75% sadržaja silicija, često korišteni deoksidansi uključuju feromangan i aluminij. U usporedbi s ovim deoksidansima, legure ferosilicija imaju mnoge značajne prednosti.

Ferosilicijeve legure imaju jaču deoksidacijsku sposobnost.

Na temperaturi rastaljenog čelika od 1600 stupnjeva, konstanta deoksidacije silicija je relativno mala, što znači da silicij ima veći afinitet prema kisiku i može se učinkovitije kombinirati s rastaljenim čelikom i uklanjati kisik iz njega. Relevantni eksperimentalni podaci pokazuju da je, pod istim uvjetima, učinkovitost dezoksidacije legure ferosilicija 20%-30% veća od učinkovitosti feromangana. Štoviše, legura ferosilicija brže reagira s kisikom, smanjujući sadržaj kisika u rastaljenom čeliku u kraćem vremenu i poboljšavajući učinkovitost proizvodnje.

Legura ferosilicija ima povoljnu cijenu.

Feromangan ima relativno složen proces proizvodnje i veće troškove sirovina, što rezultira relativno skupom cijenom. Dok aluminij, kao dezoksidant, ima jake sposobnosti dezoksidacije, njegova visoka cijena i sklonost rasipanju tijekom upotrebe povećavaju troškove proizvodnje. Nasuprot tome, legura ferosilicija ima relativno zreo proizvodni proces, široko dostupne sirovine i relativno stabilnu i jeftinu cijenu. Prema statistici tržišnih cijena, cijena ferosilicijeve legure obično je 10%-20% niža od feromangana i 30%-50% niža od aluminija. To omogućuje tvrtkama za proizvodnju čelika da učinkovito smanje troškove proizvodnje i poboljšaju ekonomsku učinkovitost pri korištenju legure ferosilicija kao deoksidansa.

Ostale prednosti ferosilicijeve legure

Uključite poboljšanje kvalitete rastaljenog čelika tijekom deoksidacije. Silicij je učinkovit legirajući element. Kada se rastaljenom čeliku doda legura ferosilicija, osim deoksidacije, preostali silicij će se otopiti u čeliku, povećavajući čvrstoću, tvrdoću i elastičnost čelika.

U području proizvodnje čelika legure ferosilicija s udjelom silicija od 70% do 75% igraju nezamjenjivu ulogu u proizvodnji različitih vrsta čelika zbog svojih jedinstvenih svojstava.

 U proizvodnji konstrukcijskog čelika, koji se široko koristi u građevinarstvu, mostovima i proizvodnji strojeva, postavljaju se strogi zahtjevi za čvrstoću i žilavost. Dodatak ferosilicijevih legura sa 70%-75% sadržaja silicija značajno poboljšava čvrstoću i žilavost konstrukcijskog čelika. Kada se legure ferosilicija dodaju rastaljenom čeliku, element silicija se otapa u čeliku, stvarajući čvrstu otopinu s atomima željeza, čime se proizvodi ojačanje čvrste otopine i povećava čvrstoća čelika. Silicij također pročišćava zrna čelika, čineći mikrostrukturu čelika ujednačenijom, čime se povećava žilavost čelika.

 Alatni čelik uglavnom se koristi za izradu raznih reznih alata, kalupa i mjernih alata, s iznimno visokim zahtjevima za tvrdoću i otpornost na habanje. Ferosilicijeve legure sa 70%-75% sadržaja silicija igraju ključnu ulogu u proizvodnji alatnog čelika, učinkovito povećavajući tvrdoću i otpornost na habanje alatnog čelika. Silicij se može kombinirati s ugljikom u čeliku i formirati tvrde faze kao što je silicijev karbid (SiC). Ove tvrde faze jednoliko su raspoređene u čeličnoj matrici, poput bezbrojnih sićušnih tvrdih čestica ugrađenih u čelik, uvelike poboljšavajući tvrdoću čelika i otpornost na trošenje.

 Nehrđajući čelik naširoko se koristi u kemijskoj industriji, hrane i medicine zbog svoje izvrsne otpornosti na koroziju. 70%-75% ferosilicijeve legure sa sadržajem silicija uglavnom se koriste u proizvodnji nehrđajućeg čelika za poboljšanje njegove otpornosti na koroziju. Silicij u nehrđajućem čeliku može pospješiti pasivizirajući učinak kroma (Cr), stvarajući gušći i stabilniji pasivacijski film na površini nehrđajućeg čelika, čime se povećava njegova otpornost na koroziju.

(I) Precizna kontrola količine dodatka

Precizna kontrola količine dodatka je ključna kada se koriste ferosilicijeve legure sa sadržajem silicija od 70%-75%. To zahtijeva točan izračun na temelju sadržaja kisika u rastaljenom čeliku i ciljnog sadržaja. U stvarnoj proizvodnji, točan sadržaj kisika u rastaljenom čeliku može se izmjeriti pomoću uređaja za određivanje kisika u čeliku. Zatim se određuje količina ferosilicijeve legure koju treba dodati na temelju stehiometrijskog odnosa reakcije deoksidacije i zahtjeva za sadržajem silicija za vrstu čelika.

Ako se doda previše legure ferosilicija, sadržaj silicija u čeliku će premašiti standard. To može uzrokovati hladnu krtost čelika, značajno smanjujući njegovu žilavost na niskim temperaturama i čineći ga sklonim krtom lomu. Prekomjerna količina silicija također može povećati tvrdoću čelika, smanjiti njegovu plastičnost i žilavost i utjecati na njegovu obradu, kao što je sklonost pucanju tijekom procesa valjanja i kovanja.

Ako se doda premalo silicija, deoksidacija rastaljenog čelika bit će nepotpuna. Preostali kisik u rastaljenom čeliku reagirat će s drugim elementima stvarajući oksidne inkluzije, što će smanjiti čvrstoću, žilavost i učinak čelika na zamor. Također može uzrokovati nedostatke kao što su poroznost i labavost tijekom procesa skrućivanja, što utječe na kvalitetu i izgled čelika.

(II) Važan utjecaj temperature

Temperatura je jedan od ključnih čimbenika koji utječu na učinak deoksidacije ferosilicijevih legura s udjelom silicija od 70%-75%. Deoksidacija je kemijska reakcija koja zahtijeva odgovarajuću temperaturu. Općenito, unutar raspona temperature čelika od 1580-1650 stupnjeva, reakcija između ferosilicijevih legura i kisika u rastaljenom čeliku je relativno potpuna, što rezultira boljom deoksidacijom.

Kada je temperatura rastaljenog čelika preniska, brzina reakcije deoksidacije značajno se smanjuje. To je zato što niže temperature smanjuju molekularnu aktivnost, smanjujući vjerojatnost sudara između atoma silicija i kisika, što otežava glatko odvijanje reakcije.

Pretjerano visoke temperature također su štetne za reakciju deoksidacije. S jedne strane, pretjerano visoke temperature mogu uzrokovati razgradnju silicijevog dioksida (SiO₂), ponovno oslobađajući kisik, što dovodi do slabijeg učinka deoksidacije. S druge strane, visoke temperature će povećati aktivnost drugih elemenata u rastaljenom čeliku, potencijalno se natječući sa silicijem za energiju, trošeći leguru ferosilicija, i time smanjujući učinkovitost deoksidacije.

(III) Nužnost faze obrade troske

Kada se za dezoksidaciju koriste ferosilicijeve legure sa 70%-75% sadržaja silicija, stvarat će se troska silicijevog dioksida (SiO₂). Neophodno je pravodobno uklanjanje te generirane troske silicijeva dioksida.

Prisutnost silicijeve troske predstavlja brojne zdravstvene rizike za rastaljeni čelik. Ako se odmah ne ukloni, može ostati zarobljen unutar čelika, stvarajući ne-metalne inkluzije. Ove inkluzije ometaju kontinuitet mikrostrukture čelika, smanjujući njegovu čvrstoću, žilavost i performanse na zamor. Uključci također mogu djelovati kao mjesta inicijacije pukotine, lako pokrećući širenje pukotine i dovodeći do sloma čelika kada su izloženi vanjskim silama.

Silikatna troska također utječe na fluidnost rastaljenog čelika. Povećava viskoznost čelika, što otežava punjenje kalupa tijekom lijevanja, što lako dovodi do nedostataka poput nepotpunog punjenja i hladnih zatvaranja, što utječe na kvalitetu odljevaka. Loša fluidnost može dovesti do nepotpunog punjenja u određenim područjima kod lijevanja velikih i složenih dijelova, formiranja šupljina ili nedostataka, smanjujući stopu iskorištenja.

Trenutačno je tržište legura ferosilicija veliko i stabilno, a Kina ima dominantan položaj na globalnoj razini. Međutim, s napretkom strategije "dual-carbon" i promjenama u zahtjevima nizvodne industrije, industrija se suočava s novim razvojnim prilikama i izazovima. U budućnosti će tehnološke inovacije postati glavna pokretačka snaga za razvoj industrije, a ekološki proizvodi od legura ferosilicija s niskim-ugljikom i visokim-učinkom postat će glavni tok na tržištu.