L'acer, com a pedra angular de la indústria moderna, s'utilitza àmpliament en la construcció, el transport, l'energia, la fabricació de maquinària i altres camps. Des d'elegants gratacels fins a trens d'alta-velocitat, des de grans vaixells de càrrega fins a maquinària sofisticada, l'acer és omnipresent i dóna suport al funcionament de la societat moderna. No és exagerat dir que sense l'acer, el desenvolupament de la indústria moderna seria extremadament difícil. En el complex procés de fosa d'acer, 70% -75% de silicialiatge de ferrosilicité un paper crucial, realment un heroi entre bastidors--. Tot i que sembla normal, juga un paper clau en la qualitat i el rendiment de l'acer, afectant directament la seva aplicació en diversos camps.
Comprendre l'aliatge de ferrosilici amb un contingut de silici del 70% al 75%.
(I) Composició i característiques
Com el seu nom indica, els components principals de l'aliatge fesi amb un contingut de silici del 70% al 75% són silici (Si) i ferro (Fe). En aquest tipus d'aliatge, el contingut de silici es troba dins del rang crític del 70% al 75%, com es veu en aliatges comuns comferrosilici 70, ferrosilici 72, iferrosilici 75. La part restant consta principalment de ferro i traces d'altres elements com l'alumini (Al), el calci (Ca) i el manganès (Mn). Tot i que aquests oligoelements constitueixen un petit percentatge, tenen un impacte significatiu en les propietats de l'aliatge.
(II) Visió general del procés de producció
El procés de producció d'aliatges de ferrosilici amb un 70%-75% de silici és un procés complex i delicat, que actualment empra principalment la fosa en forn elèctric. Les matèries primeres inclouen principalment sílice, coc i ferralla d'acer. La sílice és la font principal de silici, que requereix un alt contingut de diòxid de silici (SiO₂), generalment superior al 97%, per garantir un subministrament suficient de silici per a l'aliatge. El coc, com a agent reductor, té un paper crucial en el procés de fosa, necessitant un alt contingut de carboni fix i un baix contingut en cendres i matèria volàtil; normalment, el contingut de carboni fix ha d'arribar per sobre del 85% per reduir eficaçment el silici de la sílice a altes temperatures. La ferralla d'acer proporciona ferro a l'aliatge i també ajuda a ajustar la seva composició i propietats.
Durant la producció, primer s'han de pre{0}}tractar les matèries primeres. La sílice es tritura en mides adequades per garantir una reacció suficient durant la fosa. El coc també s'ha de cridar i processar per eliminar les impureses i garantir una qualitat estable. Aleshores, la sílice, el coc i la ferralla d'acer es barregen en una proporció específica, que s'ha de calcular amb precisió en funció de la composició de l'aliatge de ferrosilici objectiu i les condicions reals de les matèries primeres. Les matèries primeres preparades s'afegeixen a un forn elèctric. A altes temperatures, el coc i la sílice experimenten una reacció de reducció, reduint el diòxid de silici de la sílice a silici elemental. Aquest silici elemental es fusiona amb el ferro a la ferralla d'acer, formant gradualment un aliatge de ferrosilici. Una vegada que l'aliatge arriba a la composició i temperatura predeterminades, s'elimina del forn elèctric, es col·loca i es refreda per obtenir el producte d'aliatge de ferrosilici del 70%-75% de silici desitjat.
El principi i els avantatges de l'aliatge de ferrosilici com a desoxidant en la fabricació d'acer
(I)-Anàlisi en profunditat del principi de desoxidació
En el procés de fabricació d'acer, l'oxigen de l'acer fos és un dels factors clau que afecten la qualitat de l'acer. L'excés d'oxigen pot provocar defectes com ara porositat i soltesa durant la solidificació, reduint la força, la tenacitat i la resistència a la corrosió de l'acer. L'aliatge de ferrosilici amb un contingut de silici del 70% al 75%, com a desoxidant, pot eliminar eficaçment l'oxigen de l'acer fos. El seu principi de desoxidació es basa en la reacció química entre el silici i l'oxigen.
Quan l'aliatge de ferrosilici s'afegeix a l'acer fos, el silici (Si) reacciona químicament amb l'oxigen de l'acer fos. En aquesta reacció, els àtoms de silici es combinen amb àtoms d'oxigen per formar diòxid de silici (SiO₂). El diòxid de silici té un punt de fusió elevat, generalment al voltant de 1710 graus, i existeix en estat sòlid o líquid a la temperatura de l'acer fos. Com que el diòxid de silici és menys dens que l'acer fos, flota gradualment a la superfície de l'acer fos sota la influència de l'agitació i la flotabilitat, entrant a l'escòria i aconseguint així la desoxidació de l'acer.
(II) Avantatges significatius en comparació amb altres desoxidants
En la fabricació d'acer, a més dels aliatges de ferrosilici amb un contingut de silici del 70% al 75%, els desoxidants d'ús habitual inclouen ferromanganès i alumini. En comparació amb aquests desoxidants, els aliatges de ferrosilici tenen molts avantatges significatius.
Els aliatges de ferrosilici tenen una capacitat de desoxidació més forta.
A una temperatura de l'acer fos de 1600 graus, la constant de desoxidació del silici és relativament petita, el que significa que el silici té una major afinitat per l'oxigen i es pot combinar i eliminar de manera més eficaç l'oxigen de l'acer fos. Les dades experimentals rellevants mostren que, en les mateixes condicions, l'eficiència de desoxidació de l'aliatge de ferrosilici és un 20% -30% superior a la del ferromanganès. A més, l'aliatge de ferrosilici reacciona amb l'oxigen més ràpidament, reduint el contingut d'oxigen de l'acer fos en un temps més curt i millorant l'eficiència de la producció.
L'aliatge de ferrosilici té un avantatge de cost.
El ferromanganès té un procés de producció relativament complex i uns costos de matèries primeres més elevats, el que resulta en un preu relativament car. Si bé l'alumini, com a desoxidant, té una forta capacitat de desoxidació, el seu alt preu i la seva tendència a malgastar-se durant l'ús augmenten els costos de producció. En canvi, l'aliatge de ferrosilici té un procés de producció relativament madur, matèries primeres àmpliament disponibles i un preu relativament estable i econòmic. Segons les estadístiques de preus de mercat, el preu de l'aliatge de ferrosilici és normalment un 10% -20% més baix que el ferromanganès i un 30% -50% més baix que l'alumini. Això permet a les empreses siderúrgiques reduir eficaçment els costos de producció i millorar l'eficiència econòmica quan utilitzen l'aliatge de ferrosilici com a desoxidant.
Altres avantatges de l'aliatge de ferrosilici
Inclou la millora de la qualitat de l'acer fos mentre es desoxida. El silici és un element d'aliatge eficaç. Quan s'afegeix un aliatge de ferrosilici a l'acer fos, a més de la desoxidació, el silici restant es dissolrà a l'acer, augmentant la resistència, la duresa i l'elasticitat de l'acer.
Diverses aplicacions en la fabricació d'acer
En el camp de la fabricació d'acer, els aliatges de ferrosilici amb un contingut de silici del 70% al 75% tenen un paper indispensable en la producció de diversos tipus d'acer a causa de les seves propietats úniques.
En la producció d'acer estructural, que s'utilitza àmpliament en la construcció, ponts i fabricació de maquinària, s'imposen requisits estrictes de resistència i duresa. L'addició d'aliatges de ferrosilici amb un contingut de silici del 70% al 75% millora significativament la resistència i la tenacitat de l'acer estructural. Quan s'afegeixen aliatges de ferrosilici a l'acer fos, l'element de silici es dissol a l'acer, formant una solució sòlida amb àtoms de ferro, produint així l'enfortiment de la solució sòlida i augmentant la resistència de l'acer. El silici també refina els grans d'acer, fent que la microestructura d'acer sigui més uniforme, millorant així la duresa de l'acer.
L'acer per a eines s'utilitza principalment per fabricar diverses eines de tall, motlles i eines de mesura, amb requisits extremadament elevats de duresa i resistència al desgast. Els aliatges de ferrosilici amb un contingut de silici del 70% al 75% tenen un paper clau en la producció d'acer per a eines, augmentant eficaçment la duresa i la resistència al desgast de l'acer per a eines. El silici es pot combinar amb el carboni de l'acer per formar fases dures com el carbur de silici (SiC). Aquestes fases dures es distribueixen uniformement a la matriu d'acer, com innombrables partícules dures minúscules incrustades a l'acer, millorant considerablement la duresa i la resistència al desgast de l'acer.
L'acer inoxidable s'utilitza àmpliament en productes químics, alimentació i camps mèdics a causa de la seva excel·lent resistència a la corrosió. 70%-75% de contingut de silici aliatges de ferrosilici s'utilitzen principalment en la producció d'acer inoxidable per millorar la seva resistència a la corrosió. El silici en acer inoxidable pot promoure l'efecte de passivació del crom (Cr), formant una pel·lícula de passivació més densa i estable a la superfície de l'acer inoxidable, millorant així la seva resistència a la corrosió.
Precaucions clau durant l'ús
(I) Control precís de l'import afegit
El control precís de la quantitat d'addició és crucial quan s'utilitzen aliatges de ferrosilici amb un contingut de silici del 70% al 75%. Això requereix un càlcul precís basat en el contingut d'oxigen de l'acer fos i el contingut objectiu. En la producció real, el contingut precís d'oxigen de l'acer fos es pot mesurar mitjançant un dispositiu de determinació d'oxigen d'acer. A continuació, es determina la quantitat d'aliatge de ferrosilici que s'ha d'afegir en funció de la relació estequiomètrica de la reacció de desoxidació i els requisits de contingut de silici del grau d'acer.
Si s'afegeix massa aliatge de ferrosilici, el contingut de silici a l'acer superarà l'estàndard. Això pot causar fragilitat en fred a l'acer, reduint significativament la seva duresa a baixes temperatures i fent-lo propens a fractures fràgils. L'excés de silici també pot augmentar la duresa de l'acer, disminuir la seva plasticitat i tenacitat i afectar el seu rendiment de processament, com ara fer-lo propens a esquerdar-se durant els processos de laminació i forja.
Si s'afegeix massa poc silici, la desoxidació de l'acer fos serà incompleta. L'oxigen residual de l'acer fos reaccionarà amb altres elements per formar inclusions d'òxids, que reduiran la resistència, la duresa i el rendiment de fatiga de l'acer. També pot provocar defectes com ara porositat i soltesa durant el procés de solidificació, afectant la qualitat i l'aspecte de l'acer.
(II) La important influència de la temperatura
La temperatura és un dels factors clau que afecta l'efecte de desoxidació dels aliatges de ferrosilici amb un contingut de silici del 70%-75%. La desoxidació és una reacció química que requereix una temperatura adequada. En general, dins del rang de temperatura de l'acer de 1580-1650 graus, la reacció entre els aliatges de ferrosilici i l'oxigen a l'acer fos és relativament completa, donant lloc a una millor desoxidació.
Quan la temperatura de l'acer fos és massa baixa, la velocitat de reacció de desoxidació disminueix significativament. Això es deu al fet que les temperatures més baixes redueixen l'activitat molecular, disminuint la probabilitat de col·lisions entre els àtoms de silici i d'oxigen, fent que la reacció sigui difícil de procedir sense problemes.
Les temperatures excessivament altes també són perjudicials per a la reacció de desoxidació. D'una banda, temperatures excessivament altes poden provocar que el diòxid de silici (SiO₂) es descomposi, alliberant oxigen de nou, donant lloc a un efecte de desoxidació més pobre. D'altra banda, les altes temperatures augmentaran l'activitat d'altres elements de l'acer fos, competint potencialment amb el silici per l'energia, consumint l'aliatge de ferrosilici i reduint així l'eficiència de desoxidació.
(III) La necessitat del tractament en fase d'escòria
Quan s'utilitzen aliatges de ferrosilici amb un contingut de silici del 70% al 75% per a la desoxidació, es generarà escòria de diòxid de silici (SiO₂). L'eliminació oportuna d'aquesta escòria de diòxid de silici generada és essencial.
La presència d'escòries de sílice suposa nombrosos riscos per a la salut per a l'acer fos. Si no s'elimina ràpidament, pot quedar atrapat dins de l'acer, formant inclusions no metàl·liques-. Aquestes inclusions interrompen la continuïtat de la microestructura de l'acer, reduint la seva resistència, duresa i rendiment a la fatiga. Les inclusions també poden actuar com a llocs d'inici d'esquerdes, desencadenant fàcilment la propagació de les esquerdes i conduint a la fallada de l'acer quan se sotmeten a forces externes.
L'escòria de sílice també afecta la fluïdesa de l'acer fos. Augmenta la viscositat de l'acer, dificultant l'ompliment del motlle durant la fosa, provocant fàcilment defectes com ara farciment incomplet i tancaments en fred, afectant la qualitat de les peces de fosa. La mala fluïdesa pot provocar un farciment incomplet en determinades zones quan es colen peces grans i complexes, formant buits o defectes, reduint la taxa de rendiment.
Actualment, el mercat d'aliatges de ferrosilici és gran i estable, amb la Xina que ocupa una posició dominant a nivell mundial. Tanmateix, amb l'avenç de l'estratègia de "doble-carboni" i els canvis en les demandes de la indústria aigües avall, la indústria s'enfronta a noves oportunitats i reptes de desenvolupament. En el futur, la innovació tecnològica es convertirà en la força motriu principal per al desenvolupament de la indústria, i els productes d'aliatge de ferrosilici ecològics, de baix-carboni i d'alt-rendiment es convertiran en el corrent principal del mercat.
