Zakaj lahko ferosilicij deoksidira?

Deoksidacijska sposobnostferosilicijje predvsem posledica visoke reaktivnosti silicija s kisikom in stabilnosti produktov. Poseben mehanizem je naslednji:

 Termodinamična osnova močne afinitete za kisik:

Prosta energija kemijske reakcije med silicijem (Si) in kisikom (O) je izjemno nizka (2SiO + O₂=2SiO₂, ΔG₂₀₀₀K=-1520kJ/mol), veliko nižja kot med železom in kisikom (2Fe + O₂=2FeO, ΔG₂₀₀₀K=-540kJ/mol). To pomeni, da se pri visokih temperaturah silicij prednostno združi s kisikom, kar bistveno odvzame kisik iz staljenega jekla/železa.

 Enostavno odstranjevanje produktov reakcije:

Silicij reagira s kisikom in tvori silicijev dioksid (SiO₂), ki ima visoko tališče 1713 stopinj. V staljenem jeklu (1500-1600 stopinj) obstaja kot trdni delci z gostoto (2,65 g/cm³), ki je precej nižja od gostote staljenega jekla (7,8 g/cm³). Hitro priplava na površino staljenega jekla in se odstrani skupaj z žlindro, s čimer se doseže učinkovito ločevanje kisika.

 Visoko-temperaturna stabilnost zagotavlja popolno reakcijo:

Silicij ima tališče 1410 stopinj, medtem ko imajo ferosilicijeve zlitine (kot npr.FeSi75) imajo tališče približno 1200 stopinj, nižje od visoko{1}}temperaturnega okolja izdelave/litja jekla (1500-1600 stopinj). Po dodatku se FeSi hitro stopi, kar omogoči atomom silicija, da popolnoma difundirajo in popolnoma reagirajo s kisikom, pri čemer se izognejo nepopolni lokalni deoksidaciji.

Visoka vsebnost silicija poveča zmogljivost deoksidacije:

Običajno uporabljeni industrijski ferosilicij sta FeSi75 (vsebnost silicija 72–80 %) inFeSi65(vsebnost silicija 60 %-65 %). Višja kot je vsebnost silicija, večja je učinkovitost deoksidacije na enoto mase ferosilicija. Na primer, 1 kg fero silicija 75 % lahko odstrani približno 0,4 kg kisika iz staljenega jekla, kar je 1,5-2-krat več kot zlitine z nizko vsebnostjo silicija.

Hitrost reakcije, prilagojena metalurškim procesom:

Hitrost reakcije med silicijem in kisikom narašča s temperaturo. Nad 1500 stopinjami se lahko reakcija zaključi v nekaj minutah, s čimer se izpolnijo procesne zahteve izdelave jekla za "hitro dezoksidacijo in skrajšane cikle taljenja", s čimer se prepreči sekundarna oksidacija staljenega jekla zaradi predolgih časov dezoksidacije.

Ni vnesenih škodljivih nečistoč:

Glavne komponente fero silicija so samo silicij in železo, brez škodljivih elementov, kot sta žveplo in fosfor (industrijski-razred 75# FeSi zahteva S manj kot ali enako 0,05 %, P manj kot ali enako 0,04 %). Med dezoksidacijo ne kontaminira staljenega jekla, kar zagotavlja čistost kovinskega materiala.

Glavna deoksidacija pri izdelavi jekla:

Pri izdelavi jekla v pretvornikih in elektroobločnih pečeh se ferosilicijeva zlitina pogosto uporablja v kombinaciji s feromanganom in aluminijem (»pred-deoksidacija ferosilicija-mangana + končna deoksidacija aluminija«). 75-odstotni dodatek ferrosilicija je običajno 0,3–0,8 % mase staljenega jekla, kar lahko zmanjša vsebnost kisika v staljenem jeklu z 80–100 ppm na 30–50 ppm, kar zmanjša vključke oksidov ter izboljša žilavost in zmogljivost obdelave jekla.

Livarska deoksidacija:

Pri proizvodnji nodularne litine in sive litine lahko fesi zlitina hkrati doseže tako deoksidacijske kot cepitvene učinke. Dodajanje 0,2 %-0,5 % FeSi 75 lahko odstrani kisik iz staljenega železa (preprečuje nastanek oksidnih vključkov, ki vplivajo na sferoidizacijo grafita) in spodbuja obarjanje grafita, s čimer se izboljšajo mehanske lastnosti ulitkov.

Posebna deoksidacija zlitin:

Pri proizvodnji nerjavnega jekla in nizko{0}}legiranega jekla z uporabomalo{0}}aluminijev ferosilicij(Al manj kot ali enako 1 %) lahko prepreči nastanek vključkov AlN zaradi reakcije aluminija z dušikom v jeklu, kar zagotavlja korozijsko odpornost in varivost zlitine.

Izbira razreda ferosilicija:

Za visoko{0}}zahtevne razrede jekla (kot je jeklo za ležaje in vzmetno jeklo) je prednost FeSi75 za zagotavljanje temeljite deoksidacije; za navadno ogljikovo jeklo se lahko uporabi FeSi65 za uravnoteženje stroškov in učinka.

Čas in način dodajanja:

Dodati ga je treba pred ali med postopkom točenja staljenega jekla, da se prepreči prezgodnje dodajanje, ki vodi do oksidacije silicija z žlindro; velike električne peči lahko uporabljajo metodo »pretoka-dodatno«, da zagotovijo temeljito mešanje ferosilicija in staljenega jekla.

Nadzor temperature jekla:

Ko je temperatura pod 1400 stopinj, se hitrost reakcije med silicijem in kisikom znatno zmanjša. Zagotoviti je treba, da temperatura jekla ne pade pod 1500 stopinj, da se prepreči zmanjšanje učinkovitosti deoksidacije.

Ujemanje bazičnosti žlindre:

Ko je bazičnost žlindre (CaO/SiO₂) nadzorovana med 1,8 in 2,2, spodbuja kombinacijo SiO₂ in CaO, da nastane žlindra iz kalcijevega silikata (CaSiO₃), kar zmanjša ponovno -raztapljanje SiO₂ v jeklu in izboljša stabilnost deoksidacije.

Visoka stroškovna-učinkovitost:

Stroški dezoksidacije ferosilicija so le 1/3 do 1/2 stroškov aluminija in je široko dostopen, zaradi česar je najbolj ekonomičen dezoksidant v-industrijski proizvodnji.

Močna prilagodljivost procesa:

Prilagodi se lahko različni metalurški opremi, kot so konverterji, električne peči in livarne, brez dodatnih modifikacij procesa in je enostaven za uporabo.

Ima več funkcij:

medtem ko deoksidira, lahko dopolni silicij in prilagodi sestavo jekla/železa (kot je izboljšanje trdnosti jekla in ulivanja litega železa), s čimer se doseže "en material za več uporab".