Sposobnost deoksidacijeferosiliciju biti je zbog visoke reaktivnosti silicija s kisikom i stabilnosti proizvoda. Specifični mehanizam je sljedeći:
Termodinamička osnova jakog afiniteta prema kisiku:
Slobodna energija kemijske reakcije između silicija (Si) i kisika (O) izuzetno je niska (2SiO + O₂=2SiO₂, ΔG₂₀₀₀K=-1520kJ/mol), daleko niža od one između željeza i kisika (2Fe + O₂=2FeO, ΔG₂₀₀₀K=-540kJ/mol). To znači da se na visokim temperaturama silicij preferirano spaja s kisikom, u osnovi oduzimajući kisik iz rastaljenog čelika/željeza.
Jednostavno uklanjanje produkata reakcije:
Silicij reagira s kisikom i formira silicijev dioksid (SiO₂), koji ima visoko talište od 1713 stupnjeva. U rastaljenom čeliku (1500-1600 stupnjeva), postoji kao čvrste čestice s gustoćom (2,65 g/cm³) mnogo manjom od one rastaljenog čelika (7,8 g/cm³). Brzo ispliva na površinu rastaljenog čelika i uklanja se zajedno s troskom, postižući učinkovito odvajanje kisika.
Visoko{0}}temperaturna stabilnost osigurava potpunu reakciju:
Silicij ima talište od 1410 stupnjeva, dok legure ferosilicija (kao što jeFeSi75) imaju talište od približno 1200 stupnjeva, što je niže od okoline visoke-temperature proizvodnje/lijevanja čelika (1500-1600 stupnjeva). Nakon dodavanja, FeSi se brzo tali, dopuštajući atomima silicija da potpuno difundiraju i potpuno reagiraju s kisikom, izbjegavajući nepotpunu lokalnu deoksidaciju.
Ključne karakteristike koje podržavaju deoksidaciju ferosilicija
Visok sadržaj silicija povećava kapacitet deoksidacije:
Uobičajeno korišteni industrijski ferosilicij su FeSi75 (sadržaj silicija 72%-80%) iFeSi65(sadržaj silicija 60%-65%). Što je veći sadržaj silicija, veća je učinkovitost deoksidacije po jedinici mase ferosilicija. Na primjer, 1 kg fero silicija 75% može ukloniti približno 0,4 kg kisika iz rastaljenog čelika, što je 1,5-2 puta više od legura s niskim sadržajem silicija.
Brzina reakcije prilagođena metalurškim procesima:
Brzina reakcije između silicija i kisika raste s temperaturom. Iznad 1500 stupnjeva, reakcija se može dovršiti u roku od nekoliko minuta, ispunjavajući zahtjeve procesa proizvodnje čelika za "brzu deoksidaciju i skraćene cikluse taljenja", izbjegavajući sekundarnu oksidaciju rastaljenog čelika zbog pretjerano dugih vremena deoksidacije.
Nema unesenih štetnih nečistoća:
Glavne komponente fero silicija samo su silicij i željezo, bez štetnih elemenata kao što su sumpor i fosfor (industrijski-razred 75# FeSi zahtijeva S manji ili jednak 0,05%, P manji ili jednak 0,04%). Ne onečišćuje rastaljeni čelik tijekom deoksidacije, osiguravajući čistoću metalnog materijala.
Praktične primjene i učinci deoksidacije ferosilicija
Glavna deoksidacija u proizvodnji čelika:
U proizvodnji čelika u konvertorima i elektrolučnim pećima, legura ferosilicija često se koristi u kombinaciji s feromanganom i aluminijem ("pre-deoksidacija ferosilicija-mangana + konačna deoksidacija aluminija"). Dodatak Ferrosilicon 75% obično iznosi 0,3%-0,8% mase rastaljenog čelika, što može smanjiti sadržaj kisika u rastaljenom čeliku s 80-100 ppm na 30-50 ppm, smanjujući inkluzije oksida i poboljšavajući žilavost i performanse obrade čelika.
Ljevaonička deoksidacija:
U proizvodnji nodularnog i sivog lijeva, fesi legura može istovremeno postići i deoksidacijski i inokulacijski učinak. Dodavanjem 0,2%-0,5% FeSi 75 može se ukloniti kisik iz rastaljenog željeza (sprječavajući stvaranje oksidnih inkluzija koje utječu na sferoidizaciju grafita) i pospješiti taloženje grafita, čime se poboljšavaju mehanička svojstva odljevaka.
Dezoksidacija posebne legure:
U proizvodnji nehrđajućeg čelika i nisko-legiranog čelika, korištenjenisko{0}}aluminij ferosilicij(Al Manje od ili jednako 1%) može spriječiti stvaranje AlN inkluzija od aluminija koji reagira s dušikom u čeliku, osiguravajući otpornost legure na koroziju i zavarljivost.
Ključni čimbenici koji utječu na učinak deoksidacije ferosilicija
Odabir kvalitete ferosilicija:
Za visoko{0}}zahtjevne vrste čelika (kao što su čelik za ležajeve i čelik za opruge), preferira se FeSi75 kako bi se osigurala temeljita deoksidacija; za obični ugljični čelik, FeSi65 se može koristiti za ravnotežu troškova i učinka.
Vrijeme i način dodavanja:
Treba ga dodati prije ili tijekom procesa točenja rastaljenog čelika kako bi se izbjeglo prerano dodavanje koje dovodi do oksidacije silicija troskom; velike električne peći mogu koristiti metodu "toka-dodatno" kako bi se osiguralo temeljito miješanje ferosilicija i rastaljenog čelika.
Kontrola temperature čelika:
Kada je temperatura ispod 1400 stupnjeva, brzina reakcije između silicija i kisika značajno opada. Potrebno je osigurati da temperatura čelika ne padne ispod 1500 stupnjeva kako bi se izbjeglo smanjenje učinkovitosti deoksidacije.
Podudaranje bazičnosti troske:
Kada se baznost troske (CaO/SiO₂) kontrolira između 1,8 i 2,2, ona potiče kombinaciju SiO₂ i CaO kako bi nastala troska kalcijevog silikata (CaSiO₃), smanjujući ponovno -otapanje SiO₂ u čeliku i poboljšavajući stabilnost deoksidacije.
Prednosti i industrijska vrijednost deoksidacije ferosilicija
Visoka troškovna-učinkovitost:
Trošak deoksidacije ferosilicija je samo 1/3 do 1/2 cijene aluminija, a široko je dostupan, što ga čini najekonomičnijim dezoksidansom u industrijskoj -proizvodnji.
Snažna prilagodljivost procesa:
Može se prilagoditi različitoj metalurškoj opremi kao što su pretvarači, električne peći i ljevaonice, bez potrebe za dodatnim modifikacijama procesa i jednostavan je za rukovanje.
Ima više funkcija:
dok deoksidira, može nadopuniti silicij i prilagoditi sastav čelika/željeza (poput poboljšanja čvrstoće čelika i performansi lijevanja lijevanog željeza), čime se postiže "jedan materijal za višestruku upotrebu".
