Obsežna analiza ferosilicijeve zlitine z vsebnostjo 70 %-75 % silicija

Jeklo kot temelj sodobne industrije se široko uporablja v gradbeništvu, transportu, energetiki, proizvodnji strojev in na drugih področjih. Od visokih nebotičnikov do hitrih-vlakov, od velikih tovornih ladij do sofisticiranih strojev, jeklo je vseprisotno in podpira delovanje sodobne družbe. Brez pretiravanja trdimo, da bi bil brez jekla razvoj sodobne industrije izjemno težaven. V zapletenem procesu taljenja jekla 70% -75% vsebnosti silicijaferosilicijeva zlitinaigra ključno vlogo, resnično--junak iz zakulisja. Čeprav je navidezno navaden, igra ključno vlogo pri kakovosti in učinkovitosti jekla ter neposredno vpliva na njegovo uporabo na različnih področjih.

(I) Sestava in značilnosti

Kot že ime pove, sta glavni sestavini fesi zlitine s 70–75 % vsebnostjo silicija silicij (Si) in železo (Fe). V tej vrsti zlitine vsebnost silicija pade v kritično območje 70-75 %, kot je razvidno iz običajnih zlitin, kot jeferosilicij 70, ferosilicij 72, inferosilicij 75. Preostali del je v glavnem sestavljen iz železa in sledovih drugih elementov, kot so aluminij (Al), kalcij (Ca) in mangan (Mn). Čeprav ti elementi v sledovih predstavljajo majhen odstotek, pomembno vplivajo na lastnosti zlitine.

(II) Pregled proizvodnega procesa

Proizvodni proces ferosilicijevih zlitin s 70 %-75 % vsebnostjo silicija je kompleksen in občutljiv proces, ki trenutno uporablja predvsem taljenje v električnih pečeh. Surovine vključujejo predvsem silicijev dioksid, koks in jeklene odpadke. Silicijev dioksid je primarni vir silicija, ki zahteva visoko vsebnost silicijevega dioksida (SiO₂), na splošno nad 97 %, da se zagotovi zadostna oskrba s silicijem za zlitino. Koks ima kot redukcijsko sredstvo ključno vlogo v procesu taljenja, saj potrebuje visoko vsebnost vezanega ogljika ter nizko vsebnost pepela in hlapnih snovi; običajno mora vsebnost vezanega ogljika doseči nad 85 %, da učinkovito zmanjša silicij iz silicijevega dioksida pri visokih temperaturah. Jekleni odpadki zagotavljajo železo zlitini in tudi pomagajo prilagoditi njeno sestavo in lastnosti.

Med proizvodnjo je treba surovine najprej -obdelati. Silicijev dioksid je zdrobljen v primerne velikosti, da se zagotovi zadostna reakcija med taljenjem. Koks je treba tudi presejati in predelati, da se odstranijo nečistoče in zagotovi stabilna kakovost. Nato se kremen, koks in jekleni odpadki zmešajo v določenem razmerju, ki ga je treba natančno izračunati na podlagi sestave ciljne ferosilicijeve zlitine in dejanskih pogojev surovin. Pripravljene surovine dodamo v električno peč. Pri visokih temperaturah se koks in silicijev dioksid podvržeta redukcijski reakciji, ki reducira silicijev dioksid v silicijevem dioksidu v elementarni silicij. Ta elementarni silicij se nato spoji z železom v jeklenih odpadkih in postopoma tvori ferosilicijevo zlitino. Ko zlitina doseže vnaprej določeno sestavo in temperaturo, jo odstranimo iz električne peči, ulijemo in ohladimo, da dobimo želeni produkt ferosilicijeve zlitine z vsebnostjo 70–75 % silicija.

(I) Poglobljena-analiza principa deoksidacije

V procesu izdelave jekla je kisik v staljenem jeklu eden ključnih dejavnikov, ki vpliva na kakovost jekla. Prekomerni kisik lahko povzroči napake, kot sta poroznost in ohlapnost med strjevanjem, kar zmanjša trdnost, žilavost in odpornost jekla proti koroziji. Ferosilicijeva zlitina s 70%-75% vsebnostjo silicija lahko kot dezoksidant učinkovito odstrani kisik iz staljenega jekla. Njegov princip deoksidacije temelji na kemični reakciji med silicijem in kisikom.

Ko se staljenemu jeklu doda ferosilicijeva zlitina, silicij (Si) kemično reagira s kisikom v staljenem jeklu. Pri tej reakciji se atomi silicija združijo z atomi kisika in tvorijo silicijev dioksid (SiO₂). Silicijev dioksid ima visoko tališče, običajno okoli 1710 stopinj, in obstaja v trdnem ali tekočem stanju pri temperaturi staljenega jekla. Ker je silicijev dioksid manj gost kot staljeno jeklo, pod vplivom mešanja in vzgona postopoma plava na površino staljenega jekla, vstopi v žlindro in tako doseže deoksidacijo jekla.

(II) Pomembne prednosti v primerjavi z drugimi dezoksidanti

Pri izdelavi jekla poleg ferosilicijevih zlitin z vsebnostjo silicija 70–75 % pogosto uporabljena dezoksidanta vključujeta feromangan in aluminij. V primerjavi s temi deoksidizatorji imajo ferosilicijeve zlitine številne pomembne prednosti.

Ferosilicijeve zlitine imajo močnejšo deoksidacijsko sposobnost.

Pri temperaturi staljenega jekla 1600 stopinj je deoksidacijska konstanta silicija razmeroma majhna, kar pomeni, da ima silicij večjo afiniteto za kisik in se lahko učinkoviteje kombinira s staljenim jeklom in ga odstrani iz njega. Ustrezni eksperimentalni podatki kažejo, da je pri enakih pogojih dezoksidacijska učinkovitost ferosilicijeve zlitine 20-30 % večja kot pri feromanganu. Poleg tega ferosilicijeva zlitina hitreje reagira s kisikom, kar zmanjša vsebnost kisika v staljenem jeklu v krajšem času in izboljša učinkovitost proizvodnje.

Ferosilicijeva zlitina ima stroškovno prednost.

Feromangan ima relativno zapleten proizvodni proces in višje stroške surovin, kar ima za posledico relativno drago ceno. Medtem ko ima aluminij kot sredstvo za dezoksidacijo močne deoksidacijske sposobnosti, njegova visoka cena in nagnjenost k izgubi med uporabo povečata proizvodne stroške. V nasprotju s tem ima ferosilicijeva zlitina razmeroma zrel proizvodni proces, široko dostopne surovine ter razmeroma stabilno in poceni ceno. Glede na statistiko tržnih cen je cena ferosilicijeve zlitine običajno 10–20 % nižja od cene feromangana in 30–50 % nižja od cene aluminija. To jeklarskim podjetjem omogoča učinkovito znižanje proizvodnih stroškov in izboljšanje ekonomske učinkovitosti pri uporabi ferosilicijeve zlitine kot deoksidanta.

Druge prednosti ferosilicijeve zlitine

Med dezoksidacijo vključite izboljšanje kakovosti staljenega jekla. Silicij je učinkovit legirni element. Ko se staljenemu jeklu doda ferosilicijeva zlitina, se poleg deoksidacije preostali silicij raztopi v jeklu, kar poveča trdnost, trdoto in elastičnost jekla.

Na področju izdelave jekla imajo ferosilicijeve zlitine s 70%-75% vsebnostjo silicija nepogrešljivo vlogo pri proizvodnji različnih vrst jekla zaradi svojih edinstvenih lastnosti.

 Pri proizvodnji konstrukcijskega jekla, ki se pogosto uporablja v gradbeništvu, mostovih in proizvodnji strojev, so postavljene stroge zahteve glede trdnosti in žilavosti. Dodatek ferosilicijevih zlitin s 70%-75% vsebnostjo silicija znatno izboljša trdnost in žilavost konstrukcijskega jekla. Ko se staljenemu jeklu dodajo ferosilicijeve zlitine, se element silicija raztopi v jeklu in tvori trdno raztopino z železovimi atomi, s čimer se utrdi trdna raztopina in poveča trdnost jekla. Silicij tudi prečisti jeklena zrna, zaradi česar je mikrostruktura jekla bolj enotna, s čimer se poveča žilavost jekla.

 Orodno jeklo se uporablja predvsem za izdelavo različnih rezalnih orodij, kalupov in merilnih orodij, z izjemno visokimi zahtevami glede trdote in odpornosti proti obrabi. Ferosilicijeve zlitine s 70-75 % vsebnostjo silicija igrajo ključno vlogo pri proizvodnji orodnega jekla, saj učinkovito povečujejo trdoto in odpornost orodnega jekla proti obrabi. Silicij se lahko združi z ogljikom v jeklu in tvori trde faze, kot je silicijev karbid (SiC). Te trde faze so enakomerno porazdeljene v jekleni matrici, kot nešteto drobnih trdih delcev, vdelanih v jeklo, kar močno izboljša trdoto jekla in odpornost proti obrabi.

 Nerjaveče jeklo se pogosto uporablja v kemiji, prehrana in medicina zaradi odlične odpornosti proti koroziji. 70ferosilicijeve zlitine z vsebnostjo silicija v % do 75 % se večinoma uporabljajo v proizvodnji nerjavnega jekla za izboljšanje njegove odpornosti proti koroziji. Silicij v nerjavnem jeklu lahko spodbuja pasivni učinek kroma (Cr), tako da na površini nerjavnega jekla tvori gostejši in stabilnejši pasivni film, s čimer se poveča njegova odpornost proti koroziji.

(I) Natančen nadzor nad količino dodatka

Natančna kontrola količine dodatka je ključnega pomena pri uporabi ferosilicijevih zlitin s 70–75 % vsebnostjo silicija. To zahteva natančen izračun na podlagi vsebnosti kisika v staljenem jeklu in ciljne vsebnosti. V dejanski proizvodnji je mogoče natančno vsebnost kisika v staljenem jeklu izmeriti z napravo za določanje kisika v jeklu. Nato se količina ferosilicijeve zlitine, ki jo je treba dodati, določi na podlagi stehiometričnega razmerja reakcije deoksidacije in zahtev glede vsebnosti silicija za razred jekla.

Če dodamo preveč ferosilicijeve zlitine, bo vsebnost silicija v jeklu presegla standard. To lahko povzroči hladno krhkost jekla, kar znatno zmanjša njegovo žilavost pri nizkih temperaturah in povzroči, da je nagnjeno k krhkemu lomu. Prekomerna količina silicija lahko tudi poveča trdoto jekla, zmanjša njegovo plastičnost in žilavost ter vpliva na njegovo zmogljivost obdelave, kot je nagnjenost k pokanju med postopki valjanja in kovanja.

Če dodamo premalo silicija, bo deoksidacija staljenega jekla nepopolna. Preostali kisik v staljenem jeklu bo reagiral z drugimi elementi in tvoril oksidne vključke, kar bo zmanjšalo trdnost, žilavost in odpornost proti utrujenosti jekla. Lahko povzroči tudi napake, kot sta poroznost in ohlapnost med postopkom strjevanja, kar vpliva na kakovost in videz jekla.

(II) Pomemben vpliv temperature

Temperatura je eden od ključnih dejavnikov, ki vplivajo na učinek deoksidacije ferosilicijevih zlitin z vsebnostjo silicija 70% -75%. Deoksidacija je kemična reakcija, ki zahteva primerno temperaturo. Na splošno je v temperaturnem območju jekla 1580-1650 stopinj reakcija med ferosilicijevimi zlitinami in kisikom v staljenem jeklu relativno popolna, kar ima za posledico boljšo deoksidacijo.

Ko je temperatura staljenega jekla prenizka, se hitrost deoksidacijske reakcije znatno zmanjša. To je zato, ker nižje temperature zmanjšajo molekularno aktivnost, kar zmanjša verjetnost trkov med atomi silicija in kisika, zaradi česar je reakcija težko potekati gladko.

Previsoke temperature so tudi škodljive za reakcijo deoksidacije. Po eni strani lahko previsoke temperature povzročijo razgradnjo silicijevega dioksida (SiO₂), pri čemer se ponovno sprosti kisik, kar povzroči slabši učinek deoksidacije. Po drugi strani pa bodo visoke temperature povečale aktivnost drugih elementov v staljenem jeklu, ki bi lahko tekmovali s silicijem za energijo, porabili ferosilicijevo zlitino in tako zmanjšali učinkovitost deoksidacije.

(III) Nujnost fazne obdelave žlindre

Pri uporabi ferosilicijevih zlitin s 70-75 % vsebnostjo silicija za deoksidacijo bo nastala žlindra silicijevega dioksida (SiO₂). Pravočasno odstranjevanje ustvarjene žlindre silicijevega dioksida je bistvenega pomena.

Prisotnost kremenčeve žlindre predstavlja številna zdravstvena tveganja za staljeno jeklo. Če ga ne odstranite takoj, se lahko ujame v jeklo in tvori ne-kovinske vključke. Ti vključki motijo ​​kontinuiteto mikrostrukture jekla, zmanjšujejo njegovo trdnost, žilavost in odpornost proti utrujenosti. Vključki lahko delujejo tudi kot mesta iniciacije razpok, ki zlahka sprožijo širjenje razpok in vodijo do okvare jekla, če je izpostavljeno zunanjim silam.

Silicijeva žlindra vpliva tudi na fluidnost staljenega jekla. Poveča viskoznost jekla, zaradi česar je težko napolniti kalup med ulivanjem, kar zlahka povzroči napake, kot so nepopolno polnjenje in hladni zastoji, kar vpliva na kakovost ulitkov. Slaba pretočnost lahko povzroči nepopolno zapolnitev določenih območij pri litju velikih in kompleksnih delov, nastajanje praznin ali napak, kar zmanjša stopnjo izkoristka.

Trenutno je trg ferosilicijevih zlitin velik in stabilen, Kitajska pa ima prevladujoč položaj na svetovni ravni. Vendar pa se z napredkom strategije »dvojnega-ogljika« in spremembami v zahtevah industrije na koncu proizvodne verige industrija sooča z novimi razvojnimi priložnostmi in izzivi. V prihodnosti bodo tehnološke inovacije postale osrednja gonilna sila za razvoj industrije, zeleni, nizko-ogljični in visoko-zmogljivi izdelki iz ferosilicijevih zlitin pa bodo postali glavni tok na trgu.