Tradicionalnoferosilicijdeoksidacija ima dva glavna nedostatka:prvi, produkt deoksidacije Al₂O₃ (nečistoće aluminija u ferosiliciju) je sićušna inkluzija, koju je teško ukloniti iz rastaljenog čelika, što utječe na čistoću čelika;drugi, on samo deoksidira, a ne istovremeno desulfurizira, zahtijevajući dodavanje sredstva za desulfurizaciju.
Silicij karbid(SiC, čistoća veća od ili jednaka 98%) precizno rješava ove nedostatke svojim ključnim prednostima:
Bez{0}}aluminija:Ne sadrži aluminij, izbjegavajući stvaranje Al₂O₃ inkluzija, što ga čini prikladnim za proizvodnju čelika s niskim-aluminijem i ultra-čistog čelika;
Više{0}}funkcionalna integracija:Kombinira funkcije deoksidacije, odsumporavanja i pročišćavanja zrna, pojednostavljujući proces proizvodnje čelika;
Termodinamičke prednosti:Stabilnija reakcija na visokim temperaturama, proizvodi deoksidacije lako plutaju, što rezultira većom čistoćom čelika.
Osnovni mehanizam djelovanja
(1) Mehanizam deoksidacije
Silicijev karbid podliježe reakcijama razgradnje i redukcije u rastaljenom čeliku na 1500-1600 stupnjeva:
Glavna reakcija:SiC + 2FeO → SiO₂ + 2Fe + CO↑
Pomoćna reakcija:SiC + 3FeO → SiO₂ + 3Fe + CO₂↑
Generirani SiO₂ ima mnogo nižu gustoću od rastaljenog čelika i lako tvori kompozitnu trosku niske-točke-točke taljenja s CaO, koja se brzo uklanja plutanjem. Uzdižući plin CO/CO₂ može promiješati rastaljeni čelik, pospješujući agregaciju i rast inkluzija, dodatno poboljšavajući čistoću rastaljenog čelika.
(2) Odsumporavanje i mehanizam za pročišćavanje zrna
Reakcija odsumporavanja:[Si] proizveden razgradnjom SiC može reagirati sa S u rastaljenom čeliku i formirati SiS, koji se uklanja s troskom. Stopa odsumporavanja može doseći 40%-60%.
Pročišćavanje zrna:Fini karbidi (SiC čestice) stvoreni reakcijom mogu poslužiti kao heterogene nukleacijske jezgre tijekom skrućivanja rastaljenog čelika, pročišćavajući zrna i poboljšavajući žilavost i čvrstoću čelika.
Osnovne prednosti silicijevog karbida kao zamjene za ferosilicij
| Usporedne dimenzije | silicijev karbid (SiC) | Tradicionalni ferosilicij (FeSi75) |
| Učinkovitost deoksidacije | Sadržaj kisika u rastaljenom čeliku smanjio se s 80-100 ppm na 20-30 ppm | Sadržaj kisika u rastaljenom čeliku smanjio se s 80-100 ppm na 30-50 ppm |
| Kapacitet odsumporavanja | Stupanj odsumporavanja: 40%-60%, uz istodobnu deoksigenaciju i odsumporavanje. | Samo deoksigenacija, brzina desulfurizacije<10%. |
| Kontrola uključivanja | Nema uključaka Al₂O₃, SiO₂ se lako uklanja | Sadrži sitne uključke Al₂O3, koje je teško ukloniti |
| Čistoća čelika | Ukupna uključenja smanjena za 50%-70% | Ukupna uključivanja su relativno visoka |
| Učinak usitnjavanja zrna | Pročišćavanje veličine zrna 30%-40% | Nema značajnog učinka usitnjavanja zrna |
| Kompatibilne vrste čelika | Čelik s niskim-aluminijem, ultra{1}}čisti čelik, čelik za ležajeve itd. | Obični ugljični čelik, nisko{0}}legirani čelik |
Učinci praktične primjene i prilagodljivost scenariju
(1) Tipičan slučaj primjene
Velika čeličana koristila je silicijev karbid kao zamjenu za FeSi pri proizvodnji čelika za ležajeve GCr15 (niski zahtjevi za aluminijem: Als Manje ili jednako 0,005%):
Učinak deoksidacije:Sadržaj kisika u rastaljenom čeliku smanjio se s 90 ppm na 25 ppm, smanjenje od 72,2%;
Promjene uključivanja:Inkluzije Al2O3 bile su gotovo nulte, a ukupni sadržaj inkluzija smanjio se s 12 mg/10 kg na 3,5 mg/10 kg;
Mehanička svojstva:Vlačna čvrstoća povećana je s 1800MPa na 1950MPa, a udarna žilavost (-20 stupnjeva) povećana je s 28J/cm² na 42J/cm²;
Pojednostavljenje procesa:Nije bilo potrebno dodatno sredstvo za odsumporavanje, a trošak pomoćnih materijala po toni čelika smanjen je za 30-50 juana.
(2) Prikladni scenariji
Scenariji prioritetne zamjene:Vrhunske-klase čelika osjetljive na inkluzije, kao što su nisko-aluminijski čelik, ultra-čisti čelik, čelik za ležajeve i čelik za opruge;
Neprikladni scenariji:Obični ugljični čelik (cijena veća od fero-silicija, nema prednosti-u pogledu isplativosti), vrste čelika koje zahtijevaju visoko-legiranje silicija (učinkovitost otpuštanja sadržaja silicija u silicijevom karbidu niža je od ferosilicija).
Ključne točke za kontrolu procesa
(1) Količina i metoda dodavanja
Dodatni iznos:
Kontrolirano na 0,3%-0,8% mase rastaljenog čelika (0,5%-0,8% za vrhunski čelik, 0,3%-0,5% za uobičajeni legirani čelik);
Vrijeme dodavanja:
Dodaje se s protokom kada odvajanje pretvarača dosegne 1/2, ili se dodaje u početnoj fazi rafiniranja LF peći kako bi se osigurala dovoljna reakcija;
Fizički zahtjevi:
Odaberite kockasti silicijev karbid veličine 3-10 mm kako biste izbjegli pretjerano gorenje zbog praha.
(2) Prilagodba procesa i prilagodba
Bazičnost troske:
Kontrolirajte CaO/SiO₂=1.2-1.5 kako biste poboljšali adsorpcijski kapacitet troske za SiO₂;
Kontrola temperature:
Održavajte temperaturu rastaljenog čelika na 1550-1600 stupnjeva kako biste osigurali dovoljnu reakciju razgradnje SiC;
Kombinirana uporaba:
Kada se doda zajedno salegure kalcija i silicijai feromangana, može dodatno poboljšati učinke odsumporavanja i uklanjanja inkluzija.
(3) Skladištenje i zaštita
Skladištenje:
Čuvati u suhom i prozračenom okruženju kako bi se izbjegla oksidacija vlage (oksidacija će stvoriti SiO₂ film, smanjujući reaktivnost);
Sigurnost:
Držati dalje od otvorenog plamena tijekom dodavanja. Plinovi CO/CO₂ moraju se ispuštati kroz ispušni sustav kako bi se izbjeglo prekoračenje standarda koncentracije plinova u radionici.
