Защо феросилицийът може да се деоксидира?

Дезоксидиращата способност наферосилицийосновно се дължи на високата реактивност на силиция с кислорода и стабилността на продуктите. Конкретният механизъм е следният:

 Термодинамична основа на силен афинитет към кислорода:

Свободната енергия при химическа реакция между силиций (Si) и кислород (O) е изключително ниска (2SiO + O₂=2SiO₂, ΔG₂₀₀₀K=-1520kJ/mol), много по-ниска от тази между желязото и кислорода (2Fe + O₂=2FeO, ΔG₂₀₀₀K=-540kJ/mol). Това означава, че при високи температури силицият преференциално се комбинира с кислорода, извличайки основно кислорода от стопената стомана/желязо.

 Лесно отстраняване на продуктите от реакцията:

Силицият реагира с кислорода, за да образува силициев диоксид (SiO₂), който има висока точка на топене от 1713 градуса. В разтопената стомана (1500-1600 градуса) той съществува като твърди частици с плътност (2,65 g/cm³), много по-ниска от тази на разтопената стомана (7,8 g/cm³). Той бързо изплува на повърхността на разтопената стомана и се отстранява заедно с шлаката, постигайки ефективно отделяне на кислорода.

 Стабилността при висока-температура осигурява пълна реакция:

Силицият има точка на топене 1410 градуса, докато феросилициевите сплави (като напр.FeSi75) имат точка на топене от приблизително 1200 градуса, по-ниска от високата-температурна среда при производство/леене на стомана (1500-1600 градуса). След добавяне, FeSi се топи бързо, позволявайки на силициевите атоми да дифундират напълно и да реагират напълно с кислорода, избягвайки непълно локално дезоксидиране.

Високото съдържание на силиций подобрява капацитета за дезоксидация:

Често използваните индустриални марки феросилиций са FeSi75 (съдържание на силиций 72%-80%) иFeSi65(съдържание на силиций 60%-65%). Колкото по-високо е съдържанието на силиций, толкова по-висока е ефективността на дезоксидация за единица маса феросилиций. Например, 1 kg Ferro Silicon 75% може да отстрани приблизително 0,4 kg кислород от разтопена стомана, което е 1,5-2 пъти повече от сплавите с ниско съдържание на силиций.

Скорост на реакция, адаптирана към металургичните процеси:

Скоростта на реакцията между силиций и кислород се увеличава с температурата. Над 1500 градуса, реакцията може да бъде завършена в рамките на минути, отговаряйки на изискванията на процеса на производство на стомана за "бърза дезоксидация и съкратени цикли на топене", като се избягва вторичното окисление на стопената стомана поради прекалено дългите времена на дезоксидация.

Без въведени вредни примеси:

Основните компоненти на феросилиция са само силиций и желязо, без вредни елементи като сяра и фосфор (промишлен-клас 75# FeSi изисква S по-малко или равно на 0,05%, P по-малко или равно на 0,04%). Не замърсява разтопената стомана по време на дезоксидацията, като гарантира чистотата на металния материал.

Основна дезоксидация при производството на стомана:

При производството на стомана в конвертори и електродъгови пещи феросилициевата сплав често се използва в комбинация с фероманган и алуминий („предварително дезоксидиране на феросилиций-манган + окончателно дезоксидиране на алуминий“). Добавката FerroSilicon 75% обикновено е 0,3%-0,8% от масата на разтопената стомана, което може да намали съдържанието на кислород в разтопената стомана от 80-100ppm до 30-50ppm, намалявайки оксидните включвания и подобрявайки якостта и ефективността на обработка на стоманата.

Леярно дезоксидиране:

При производството на сферографитен чугун и сив чугун феси сплавта може едновременно да постигне както дезоксидационен, така и инокулационен ефект. Добавянето на 0,2%-0,5% FeSi 75 може да премахне кислорода от разтопеното желязо (предотвратявайки образуването на оксидни включвания, които влияят на сфероидизацията на графита) и да насърчи утаяването на графит, като по този начин подобрява механичните свойства на отливките.

Специална дезоксидация на сплав:

При производството на неръждаема стомана и ниско{0}}легирана стомана, използвайкиниско{0}}алуминиев феросилиций(Al По-малко или равно на 1%) може да предотврати образуването на AlN включвания от алуминий, реагиращ с азот в стоманата, осигурявайки устойчивост на корозия и заваряемост на сплавта.

Избор на клас феросилиций:

За класове стомани с високи-изисквания (като лагерна стомана и пружинна стомана) се предпочита FeSi75, за да се осигури пълно дезоксидиране; за обикновена въглеродна стомана, FeSi65 може да се използва за балансиране на разходите и ефекта.

Време и метод на добавяне:

Трябва да се добави преди или по време на процеса на изливане на разтопена стомана, за да се избегне преждевременното добавяне, водещо до окисляване на силиций от шлаката; големите електрически пещи могат да използват метода на „поток-в допълнение“, за да осигурят цялостно смесване на феросилиций и разтопена стомана.

Контрол на температурата на стоманата:

Когато температурата е под 1400 градуса, скоростта на реакцията между силиций и кислород намалява значително. Необходимо е да се гарантира, че температурата на стоманата не пада под 1500 градуса, за да се избегне намаляване на ефективността на дезоксидация.

Съвпадение на основността на шлаката:

Когато основността на шлаката (CaO/SiO₂) се контролира между 1,8 и 2,2, тя насърчава комбинацията от SiO₂ и CaO за образуване на шлака от калциев силикат (CaSiO₃), намалявайки повторното -разтваряне на SiO₂ в стоманата и подобрявайки стабилността на деоксидация.

Висока разход{0}}ефективност:

Разходите за дезоксидиране на феросилиция са само 1/3 до 1/2 от тези на алуминия и той е широко разпространен, което го прави най-икономичният дезоксидант в промишлено-производство.

Силна адаптивност на процеса:

Може да се адаптира към различно металургично оборудване като конвертори, електрически пещи и леярни, без да са необходими допълнителни модификации на процеса, и е лесен за работа.

Има множество функции:

докато деоксидира, той може да допълни силиция и да коригира състава на стоманата/желязото (като например подобряване на здравината на стоманата и ефективността на леене на чугуна), като по този начин се постига "един материал за множество приложения".