Изчерпателен анализ на феросиликонова сплав със 70%-75% съдържание на силиций

Стоманата, като крайъгълен камък на съвременната индустрия, се използва широко в строителството, транспорта, енергетиката, машиностроенето и други области. От извисяващи се небостъргачи до високо-скоростни влакове, от големи товарни кораби до сложни машини, стоманата е вездесъща и поддържа функционирането на съвременното общество. Без преувеличение може да се каже, че без стомана развитието на съвременната индустрия би било изключително трудно. В сложния процес на топене на стомана, 70% -75% съдържание на силицийферосиликонова сплавиграе решаваща роля, наистина е герой зад--зад кулисите. Въпреки че изглежда обикновен, той играе ключова роля за качеството и производителността на стоманата, пряко засягайки нейното приложение в различни области.

(I) Състав и характеристики

Както подсказва името, основните компоненти на феси сплавта със съдържание на силиций 70%-75% са силиций (Si) и желязо (Fe). В този тип сплав съдържанието на силиций попада в критичния диапазон от 70%-75%, както се вижда в обикновени сплави катоферосилиций 70, феросилиций 72, иферосилиций 75. Останалата част се състои главно от желязо и следи от други елементи като алуминий (Al), калций (Ca) и манган (Mn). Въпреки че тези микроелементи представляват малък процент, те имат значително влияние върху свойствата на сплавта.

(II) Преглед на производствения процес

Производственият процес на феросилициеви сплави със съдържание на 70%-75% силиций е сложен и деликатен процес, като в момента се използва основно топене в електрическа пещ. Суровините включват главно силициев диоксид, кокс и стоманен скрап. Силицият е основният източник на силиций, изискващ високо съдържание на силициев диоксид (SiO₂), обикновено над 97%, за да се осигури достатъчно количество силиций за сплавта. Коксът, като редуциращ агент, играе решаваща роля в процеса на топене, като се нуждае от високо съдържание на фиксиран въглерод и ниско съдържание на пепел и летливи вещества; обикновено съдържанието на фиксиран въглерод трябва да достигне над 85%, за да се намали ефективно силицият от силициевия диоксид при високи температури. Стоманеният скрап осигурява желязо на сплавта и също така помага за регулиране на нейния състав и свойства.

По време на производството суровините първо трябва да бъдат-обработени предварително. Силициевият диоксид се натрошава на подходящи размери, за да се осигури достатъчна реакция по време на топенето. Коксът също трябва да бъде пресят и обработен, за да се премахнат примесите и да се осигури стабилно качество. След това силициевият диоксид, коксът и стоманеният скрап се смесват в определено съотношение, което трябва да бъде прецизно изчислено въз основа на състава на целевата феросиликонова сплав и действителните условия на суровините. Подготвените суровини се добавят в електрическа пещ. При високи температури коксът и силициевият диоксид претърпяват реакция на редукция, редуцираща силициевия диоксид в силициевия диоксид до елементарен силиций. След това този елементарен силиций се слива с желязото в стоманения скрап, като постепенно образува феросиликонова сплав. След като сплавта достигне предварително определения състав и температура, тя се изважда от електрическата пещ, отлива се и се охлажда, за да се получи желаното 70%-75% съдържание на силиций продукт от феросиликонова сплав.

(I)-Задълбочен анализ на принципа на дезоксидация

В процеса на производство на стомана кислородът в разтопената стомана е един от ключовите фактори, влияещи върху качеството на стоманата. Прекомерният кислород може да доведе до дефекти като порьозност и разхлабване по време на втвърдяване, намалявайки здравината, издръжливостта и устойчивостта на корозия на стоманата. Феросилициевата сплав със 70%-75% съдържание на силиций, като дезоксидант, може ефективно да отстрани кислорода от разтопената стомана. Неговият принцип на дезоксидация се основава на химическата реакция между силиций и кислород.

Когато феросилициевата сплав се добави към разтопената стомана, силицият (Si) реагира химически с кислорода в разтопената стомана. При тази реакция силициевите атоми се комбинират с кислородните атоми, за да образуват силициев диоксид (SiO₂). Силициевият диоксид има висока точка на топене, обикновено около 1710 градуса, и съществува в твърдо или течно състояние при температурата на стопената стомана. Тъй като силициевият диоксид е с по-малка плътност от разтопената стомана, той постепенно изплува на повърхността на разтопената стомана под въздействието на разбъркване и плаваемост, навлизайки в шлаката и по този начин постигайки дезоксидация на стоманата.

(II) Значителни предимства в сравнение с други дезоксиданти

В производството на стомана, освен феросилициеви сплави със 70%-75% съдържание на силиций, често използваните дезоксиданти включват фероманган и алуминий. В сравнение с тези дезокислители, феросилициевите сплави имат много значителни предимства.

Феросилициевите сплави имат по-силна дезоксидираща способност.

При температура на стопена стомана от 1600 градуса константата на дезоксидация на силиция е сравнително малка, което означава, че силицият има по-голям афинитет към кислорода и може по-ефективно да се комбинира с и да отстранява кислорода от стопената стомана. Съответните експериментални данни показват, че при същите условия ефективността на дезоксидация на феросилициевата сплав е с 20% -30% по-висока от тази на феромангана. Освен това феросиликоновата сплав реагира с кислорода по-бързо, намалявайки съдържанието на кислород в разтопената стомана за по-кратко време и подобрявайки ефективността на производството.

Феросиликоновата сплав има предимство в цената.

Фероманганът има относително сложен производствен процес и по-високи разходи за суровини, което води до относително скъпа цена. Докато алуминият, като дезоксидант, има силни дезоксидиращи способности, високата му цена и тенденцията да се губи по време на употреба увеличават производствените разходи. За разлика от това, феросилициевата сплав има относително зрял производствен процес, широко достъпни суровини и относително стабилна и евтина цена. Според статистиката на пазарните цени цената на феросилициевата сплав обикновено е 10%-20% по-ниска от феромангана и 30%-50% по-ниска от алуминия. Това позволява на стоманодобивните компании ефективно да намалят производствените разходи и да подобрят икономическата ефективност, когато използват феросиликонова сплав като деоксидант.

Други предимства на феросилициевата сплав

Включете подобряване на качеството на разтопената стомана, докато деоксидирате. Силицият е ефективен легиращ елемент. Когато феросиликонова сплав се добави към разтопена стомана, в допълнение към дезоксидацията, останалият силиций ще се разтвори в стоманата, увеличавайки здравината, твърдостта и еластичността на стоманата.

В областта на производството на стомана феросилициевите сплави със 70%-75% съдържание на силиций играят незаменима роля в производството на различни видове стомана поради техните уникални свойства.

 При производството на конструкционна стомана, който се използва широко в строителството, мостовете и производството на машини, се поставят строги изисквания за здравина и издръжливост. Добавянето на феросилициеви сплави със 70%-75% съдържание на силиций значително подобрява якостта и якостта на конструкционната стомана. Когато феросилициеви сплави се добавят към разтопена стомана, силициевият елемент се разтваря в стоманата, образувайки твърд разтвор с железни атоми, като по този начин се получава укрепване на твърдия разтвор и увеличаване на здравината на стоманата. Силицият също така пречиства зърната на стоманата, като прави микроструктурата на стоманата по-равномерна, като по този начин повишава здравината на стоманата.

 Инструменталната стомана се използва главно за производството на различни режещи инструменти, форми и измервателни инструменти, с изключително високи изисквания за твърдост и износоустойчивост. Феросилициевите сплави със 70%-75% съдържание на силиций играят ключова роля в производството на инструментална стомана, като ефективно повишават твърдостта и устойчивостта на износване на инструменталната стомана. Силицият може да се комбинира с въглерод в стоманата, за да образува твърди фази като силициев карбид (SiC). Тези твърди фази са равномерно разпределени в стоманената матрица, като безброй малки твърди частици, вградени в стоманата, което значително подобрява твърдостта и устойчивостта на износване на стоманата.

 Неръждаемата стомана се използва широко в химията, храните и медицината поради отличната си устойчивост на корозия. 70%-75% съдържание на силиций феросиликоновите сплави се използват главно в производството на неръждаема стомана за подобряване на нейната устойчивост на корозия. Силицият в неръждаемата стомана може да насърчи пасивиращия ефект на хром (Cr), образувайки по-плътен и по-стабилен пасивиращ филм върху повърхността на неръждаемата стомана, като по този начин повишава нейната устойчивост на корозия.

(I) Прецизен контрол на добавеното количество

Прецизният контрол на добавеното количество е от решаващо значение при използване на феросилициеви сплави със съдържание на силиций 70%-75%. Това изисква точно изчисление въз основа на съдържанието на кислород в разтопената стомана и целевото съдържание. В действителното производство точното съдържание на кислород в разтопената стомана може да бъде измерено с помощта на устройство за определяне на стоманен кислород. След това количеството феросиликонова сплав, което трябва да се добави, се определя въз основа на стехиометричната връзка на реакцията на дезоксидация и изискванията за съдържание на силиций за марката стомана.

Ако се добави твърде много феросиликонова сплав, съдържанието на силиций в стоманата ще надхвърли стандарта. Това може да причини студена чупливост на стоманата, което значително намалява нейната якост при ниски температури и я прави податлива на крехко счупване. Прекомерното количество силиций може също така да увеличи твърдостта на стоманата, да намали нейната пластичност и издръжливост и да повлияе на нейната обработка, като например да я направи склонна към напукване по време на процесите на валцуване и коване.

Ако се добави твърде малко силиций, дезоксидацията на разтопената стомана ще бъде непълна. Остатъчният кислород в разтопената стомана ще реагира с други елементи, за да образува оксидни включвания, което ще намали якостта, издръжливостта и умората на стоманата. Може също така да причини дефекти като порьозност и разхлабване по време на процеса на втвърдяване, което да повлияе на качеството и външния вид на стоманата.

(II) Важното влияние на температурата

Температурата е един от ключовите фактори, влияещи върху ефекта на дезоксидация на феросилициеви сплави със съдържание на силиций 70%-75%. Деоксидацията е химическа реакция, която изисква подходяща температура. Като цяло, в рамките на температурния диапазон на стоманата от 1580-1650 градуса, реакцията между феросиликоновите сплави и кислорода в разтопената стомана е относително пълна, което води до по-добро дезоксидиране.

Когато температурата на стопената стомана е твърде ниска, скоростта на реакцията на дезоксидация намалява значително. Това е така, защото по-ниските температури намаляват молекулната активност, намалявайки вероятността от сблъсъци между силициевите и кислородните атоми, което затруднява плавното протичане на реакцията.

Прекалено високите температури също са вредни за реакцията на дезоксидация. От една страна, прекалено високите температури могат да доведат до разлагане на силициев диоксид (SiO₂), освобождавайки отново кислород, което води до по-лош ефект на дезоксидация. От друга страна, високите температури ще увеличат активността на други елементи в разтопената стомана, потенциално конкуриращи се със силиция за енергия, консумирайки феросилициевата сплав и по този начин намалявайки ефективността на дезоксидация.

(III) Необходимостта от обработка на фазата на шлаката

Когато се използват феросилициеви сплави със 70%-75% съдържание на силиций за дезоксидиране, ще се генерира шлака от силициев диоксид (SiO₂). Навременното отстраняване на тази генерирана шлака от силициев диоксид е от съществено значение.

Наличието на силициева шлака крие множество рискове за здравето на разтопената стомана. Ако не бъде отстранен навреме, той може да се заклещи в стоманата, образувайки не-метални включвания. Тези включвания нарушават непрекъснатостта на микроструктурата на стоманата, намалявайки нейната якост, издръжливост и характеристики на умора. Включванията могат също да действат като места за започване на пукнатини, като лесно предизвикват разпространение на пукнатини и водят до повреда на стоманата, когато са подложени на външни сили.

Силициевата шлака също влияе върху течливостта на разтопената стомана. Той увеличава вискозитета на стоманата, което затруднява запълването на матрицата по време на леене, което лесно води до дефекти като непълно пълнене и студени затваряния, засягащи качеството на отливките. Лошата течливост може да доведе до непълно запълване на определени зони при отливане на големи и сложни части, образуване на кухини или дефекти, намалявайки степента на добив.

В момента пазарът на феросилициеви сплави е голям и стабилен, като Китай държи доминираща позиция в световен мащаб. Въпреки това, с напредването на стратегията за „двоен-въглерод“ и промените в изискванията на индустрията надолу по веригата, индустрията е изправена пред нови възможности за развитие и предизвикателства. В бъдеще технологичните иновации ще се превърнат в основната движеща сила за развитието на промишлеността, а екологичните, ниско-въглеродни и високо-ефективни продукти от феросилициеви сплави ще се превърнат в основния поток на пазара.