En omfattande analys av 70%-75% kiselhalt Ferrokisellegering

Stål, som hörnstenen i modern industri, används i stor utsträckning inom konstruktion, transport, energi, maskintillverkning och andra områden. Från höga skyskrapor till höghastighetståg, från stora lastfartyg till sofistikerade maskiner, stål finns överallt och stödjer det moderna samhällets funktion. Det är ingen överdrift att säga att utan stål skulle utvecklingen av modern industri vara extremt svår. I den komplexa processen för stålsmältning, 70%-75% kiselhaltferrokisellegeringspelar en avgörande roll, verkligen en hjälte bakom kulisserna. Även om det verkar vanligt, spelar det en nyckelroll i stålets kvalitet och prestanda, vilket direkt påverkar dess tillämpning inom olika områden.

(I) Sammansättning och egenskaper

Som namnet antyder är huvudkomponenterna i en fesi-legering med 70-75 % kiselhalt kisel (Si) och järn (Fe). I denna typ av legering faller kiselhalten inom det kritiska intervallet 70%-75%, vilket kan ses i vanliga legeringar som t.ex.ferrokisel 70, ferrokisel 72, ochferrokisel 75. Den återstående delen består huvudsakligen av järn och spårmängder av andra grundämnen såsom aluminium (Al), kalcium (Ca) och mangan (Mn). Även om dessa spårämnen utgör en liten andel har de en betydande inverkan på legeringens egenskaper.

(II) Produktionsprocessöversikt

Tillverkningsprocessen av ferrokisellegeringar med 70-75 % kiselinnehåll är en komplex och känslig process som för närvarande främst använder elektrisk ugnssmältning. Råvarorna är främst kiseldioxid, koks och stålskrot. Kiseldioxid är den primära källan till kisel, vilket kräver en hög kiseldioxidhalt (SiO₂), vanligtvis över 97 %, för att säkerställa tillräcklig kiseltillförsel för legeringen. Koks, som reduktionsmedel, spelar en avgörande roll i smältningsprocessen, och kräver högt fast kolinnehåll och lågt innehåll av aska och flyktiga ämnen; typiskt sett måste den fasta kolhalten nå över 85 % för att effektivt reducera kisel från kiseldioxiden vid höga temperaturer. Stålskrot ger järn till legeringen och hjälper också till att justera dess sammansättning och egenskaper.

Under produktionen måste råvarorna först förbehandlas. Kiseldioxiden krossas till lämpliga storlekar för att säkerställa tillräcklig reaktion under smältning. Koksen behöver också silas och bearbetas för att ta bort orenheter och säkerställa en stabil kvalitet. Sedan blandas kiseldioxid, koks och stålskrot i ett specifikt förhållande, som måste beräknas exakt baserat på sammansättningen av målferrokisellegeringen och de faktiska förhållandena för råvarorna. De beredda råvarorna läggs till en elektrisk ugn. Vid höga temperaturer genomgår koks och kiseldioxid en reduktionsreaktion, vilket reducerar kiseldioxiden i kiseldioxiden till elementärt kisel. Detta elementära kisel smälter sedan samman med järn i stålskrotet och bildar gradvis en ferrokisellegering. När legeringen väl når den förutbestämda sammansättningen och temperaturen, avlägsnas den från den elektriska ugnen, gjuts och kyls för att erhålla den önskade 70-75% kiselhalten ferrokisellegeringsprodukt.

(I) Fördjupad analys av deoxidationsprincipen

I ståltillverkningsprocessen är syre i smält stål en av nyckelfaktorerna som påverkar stålkvaliteten. För mycket syre kan leda till defekter som porositet och löshet under stelning, vilket minskar stålets hållfasthet, seghet och korrosionsbeständighet. Ferrokisellegering med 70%-75% kiselhalt, som ett deoxidationsmedel, kan effektivt avlägsna syre från smält stål. Dess deoxidationsprincip är baserad på den kemiska reaktionen mellan kisel och syre.

När ferrokisellegeringen tillsätts smält stål reagerar kisel (Si) kemiskt med syret i det smälta stålet. I denna reaktion kombineras kiselatomer med syreatomer för att bilda kiseldioxid (SiO₂). Kiseldioxid har en hög smältpunkt, vanligtvis runt 1710 grader, och finns i antingen fast eller flytande tillstånd vid temperaturen hos smält stål. Eftersom kiseldioxid är mindre tät än smält stål, flyter den gradvis till ytan av det smälta stålet under inverkan av omrörning och flytkraft, kommer in i slaggen och uppnår därmed deoxidation av stålet.

(II) Betydande fördelar jämfört med andra deoxidationsmedel

Vid ståltillverkning, förutom ferrokisellegeringar med 70%-75% kiselinnehåll, inkluderar vanliga deoxidationsmedel ferromangan och aluminium. Jämfört med dessa deoxidationsmedel har ferrokisellegeringar många betydande fördelar.

Ferrokisellegeringar har en starkare deoxiderande förmåga.

Vid en smält ståltemperatur på 1600 grader är deoxidationskonstanten för kisel relativt liten, vilket innebär att kisel har en större affinitet för syre och kan mer effektivt kombinera med och ta bort syre från det smälta stålet. Relevanta experimentella data visar att, under samma förhållanden, är deoxidationseffektiviteten för ferrokisellegering 20%-30% högre än den för ferromangan. Dessutom reagerar ferrokisellegering med syre snabbare, vilket minskar syrehalten i smält stål på kortare tid och förbättrar produktionseffektiviteten.

Ferrokisellegering har en kostnadsfördel.

Ferromangan har en relativt komplex produktionsprocess och högre råvarukostnader, vilket resulterar i ett relativt dyrt pris. Medan aluminium, som ett deoxidationsmedel, har starka deoxidationsförmåga, ökar dess höga pris och tendens att gå till spillo under användning produktionskostnaderna. Däremot har ferrokisellegering en relativt mogen produktionsprocess, allmänt tillgängliga råmaterial och ett relativt stabilt och billigt pris. Enligt marknadsprisstatistik är priset på ferrokisellegering vanligtvis 10% -20% lägre än ferromangan och 30% -50% lägre än aluminium. Detta gör det möjligt för stålföretag att effektivt minska produktionskostnaderna och förbättra den ekonomiska effektiviteten när de använder ferrokisellegering som deoxidationsmedel.

Andra fördelar med ferrokisellegering

Inkludera förbättring av kvaliteten på smält stål samtidigt som deoxiderar. Kisel är ett effektivt legeringselement. När ferrokisellegering läggs till smält stål, förutom deoxidation, kommer kvarvarande kisel att lösas upp i stålet, vilket ökar stålets hållfasthet, hårdhet och elasticitet.

Inom ståltillverkningsområdet spelar ferrokisellegeringar med 70%-75% kiselinnehåll en oumbärlig roll i produktionen av olika typer av stål på grund av deras unika egenskaper.

 Vid tillverkning av konstruktionsstål, som används flitigt inom konstruktion, broar och maskintillverkning, ställs höga krav på styrka och seghet. Tillsatsen av ferrokisellegeringar med 70%-75% kiselhalt förbättrar avsevärt hållfastheten och segheten hos konstruktionsstål. När ferrokisellegeringar läggs till smält stål löses kiselelementet i stålet och bildar en fast lösning med järnatomer, vilket ger fast lösning som stärker och ökar stålets hållfasthet. Kisel förfinar också stålkornen, vilket gör stålets mikrostruktur mer enhetlig, vilket förbättrar stålets seghet.

 Verktygsstål används främst för att tillverka olika skärverktyg, formar och mätverktyg, med extremt höga krav på hårdhet och slitstyrka. Ferrokisellegeringar med 70%-75% kiselinnehåll spelar en nyckelroll vid tillverkning av verktygsstål och ökar effektivt verktygsståls hårdhet och slitstyrka. Kisel kan kombineras med kol i stål för att bilda hårda faser som kiselkarbid (SiC). Dessa hårda faser är jämnt fördelade i stålmatrisen, som otaliga små hårda partiklar inbäddade i stålet, vilket avsevärt förbättrar stålets hårdhet och slitstyrka.

 Rostfritt stål används i stor utsträckning inom kemikalier, livsmedel och medicinska områden på grund av dess utmärkta korrosionsbeständighet. 70%-75 % kiselhalt ferrokisellegeringar används huvudsakligen i produktion av rostfritt stål för att förbättra dess korrosionsbeständighet. Kisel i rostfritt stål kan främja passiveringseffekten av krom (Cr), vilket bildar en tätare och stabilare passiveringsfilm på den rostfria stålytan, och därigenom förbättra dess korrosionsbeständighet.

(I) Exakt kontroll av tilläggsbelopp

Exakt kontroll av tillsatsmängden är avgörande när man använder ferrokisellegeringar med 70 %-75 % kiselhalt. Detta kräver noggrann beräkning baserat på syrehalten i det smälta stålet och målhalten. Vid faktisk produktion kan den exakta syrehalten i smält stål mätas med hjälp av en syrebestämningsanordning av stål. Därefter bestäms mängden ferrokisellegering som ska tillsättas baserat på det stökiometriska förhållandet mellan deoxidationsreaktionen och kraven på kiselhalten för stålkvaliteten.

Om för mycket ferrokisellegering tillsätts kommer kiselhalten i stålet att överstiga standarden. Detta kan orsaka kall sprödhet i stålet, vilket avsevärt minskar dess seghet vid låga temperaturer och gör det benäget att spröda. För mycket kisel kan också öka hårdheten hos stålet, minska dess plasticitet och seghet, och påverka dess bearbetningsprestanda, till exempel göra det benäget att spricka under valsnings- och smidesprocesser.

Om för lite kisel tillsätts blir deoxidationen av det smälta stålet ofullständig. Det kvarvarande syret i det smälta stålet kommer att reagera med andra element för att bilda oxidinneslutningar, vilket kommer att minska stålets hållfasthet, seghet och utmattningsprestanda. Det kan också orsaka defekter som porositet och löshet under stelningsprocessen, vilket påverkar stålets kvalitet och utseende.

(II) Temperaturens viktiga inverkan

Temperaturen är en av nyckelfaktorerna som påverkar deoxidationseffekten av ferrokisellegeringar med en kiselhalt på 70%-75%. Deoxidation är en kemisk reaktion som kräver en lämplig temperatur. I allmänhet, inom ståltemperaturområdet 1580-1650 grader, är reaktionen mellan ferrokisellegeringar och syre i det smälta stålet relativt fullständig, vilket resulterar i bättre deoxidation.

När den smälta ståltemperaturen är för låg, minskar deoxidationsreaktionshastigheten avsevärt. Detta beror på att lägre temperaturer minskar molekylär aktivitet, vilket minskar sannolikheten för kollisioner mellan kisel- och syreatomer, vilket gör reaktionen svår att fortgå smidigt.

Alltför höga temperaturer är också skadliga för deoxidationsreaktionen. Å ena sidan kan alltför höga temperaturer göra att kiseldioxid (SiO₂) sönderdelas och frigör syre igen, vilket leder till en sämre deoxidationseffekt. Å andra sidan kommer höga temperaturer att öka aktiviteten hos andra element i det smälta stålet, potentiellt konkurrera med kisel om energi, förbruka ferrokisellegeringen och därmed minska deoxidationseffektiviteten.

(III) Nödvändigheten av slaggfasbehandling

När ferrokisellegeringar med 70%-75% kiselinnehåll används för deoxidation, kommer kiseldioxidslagg (SiO₂) att genereras. Det är viktigt att ta bort denna genererade kiseldioxidslagg i tid.

Närvaron av kiseldioxidslagg utgör många hälsorisker för smält stål. Om den inte tas bort omedelbart kan den fastna i stålet och bilda icke-metalliska inneslutningar. Dessa inneslutningar stör kontinuiteten i stålets mikrostruktur, vilket minskar dess styrka, seghet och utmattningsprestanda. Inneslutningar kan också fungera som sprickinitieringsplatser, vilket lätt utlöser sprickutbredning och leder till stålbrott när de utsätts för yttre krafter.

Kiselslagg påverkar också flytbarheten hos smält stål. Det ökar stålets viskositet, vilket gör det svårt att fylla formen under gjutning, vilket lätt resulterar i defekter som ofullständig fyllning och kallstängning, vilket påverkar kvaliteten på gjutgodset. Dålig fluiditet kan leda till ofullständig fyllning i vissa områden vid gjutning av stora och komplexa delar, bildar tomrum eller defekter, vilket minskar utbytet.

För närvarande är marknaden för ferrokisellegeringar stor och stabil, med Kina som har en dominerande ställning globalt. Men med utvecklingen av "dual-carbon"-strategin och förändringar i efterfrågan från nedströmsindustrin står branschen inför nya utvecklingsmöjligheter och utmaningar. I framtiden kommer teknisk innovation att bli den centrala drivkraften för industriutveckling, och gröna, koldioxidsnåla och högpresterande ferrokisellegeringsprodukter kommer att bli huvudfåran på marknaden.