La capacitat desoxidant deferrosilicies deu essencialment a l'alta reactivitat del silici amb l'oxigen i a l'estabilitat dels productes. El mecanisme específic és el següent:
Bases termodinàmiques de la forta afinitat per l'oxigen:
L'energia lliure de la reacció química entre el silici (Si) i l'oxigen (O) és extremadament baixa (2SiO + O₂=2SiO₂, ΔG₂₀₀₀K=-1520kJ/mol), molt inferior a la que hi ha entre el ferro i l'oxigen (2Fe + O₂=2Fe + O₂=2Fe₂₀₀₀₀=-540kJ/mol). Això significa que a altes temperatures, el silici es combina preferentment amb l'oxigen, eliminant fonamentalment l'oxigen de l'acer/ferro fos.
Fàcil eliminació de productes de reacció:
El silici reacciona amb l'oxigen per formar diòxid de silici (SiO₂), que té un alt punt de fusió de 1713 graus. En l'acer fos (1500-1600 graus), existeix com a partícules sòlides amb una densitat (2,65 g/cm³) molt inferior a la de l'acer fos (7,8 g/cm³). Sura ràpidament a la superfície de l'acer fos i s'elimina juntament amb l'escòria, aconseguint una separació efectiva de l'oxigen.
L'alta-estabilitat a la temperatura garanteix una reacció completa:
El silici té un punt de fusió de 1410 graus, mentre que els aliatges de ferrosilici (com araFeSi75) tenen un punt de fusió d'aproximadament 1200 graus , inferior a l'entorn d'alta -temperatura de la fabricació d'acer/fosa (1500-1600 graus). Després de l'addició, FeSi es fon ràpidament, permetent que els àtoms de silici es difonguin completament i reaccionin completament amb l'oxigen, evitant una desoxidació local incompleta.
Característiques clau que suporten la desoxidació del ferrosilici
L'alt contingut de silici millora la capacitat de desoxidació:
Els graus de ferrosilici industrials utilitzats habitualment són FeSi75 (contingut de silici 72%-80%) iFeSi65(contingut de silici 60%-65%). Com més gran sigui el contingut de silici, més gran serà l'eficiència de desoxidació per unitat de massa de ferrosilici. Per exemple, 1 kg de ferro silici al 75% pot eliminar aproximadament 0,4 kg d'oxigen de l'acer fos, que és 1,5-2 vegades més gran que els aliatges baixos en silici.
Velocitat de reacció adaptada als processos metal·lúrgics:
La velocitat de reacció entre silici i oxigen augmenta amb la temperatura. Per sobre de 1500 graus, la reacció es pot completar en qüestió de minuts, complint amb els requisits del procés de fabricació d'acer per a una "desoxidació ràpida i cicles de fosa reduïts", evitant l'oxidació secundària de l'acer fos a causa dels temps de desoxidació excessivament llargs.
No s'han introduït impureses nocives:
Els components principals del ferrosilici són només silici i ferro, lliures d'elements nocius com ara sofre i fòsfor (FeSi de grau -industrial 75# requereix S inferior o igual al 0,05%, P inferior o igual al 0,04%). No contamina l'acer fos durant la desoxidació, assegurant la puresa del material metàl·lic.
Aplicacions pràctiques i efectes de la desoxidació del ferrosilici
Desoxidació principal en la fabricació d'acer:
En la fabricació d'acer de convertidors i forns d'arc elèctric, l'aliatge de ferrosilici s'utilitza sovint en combinació amb ferromanganès i alumini ("pre-desoxidació de ferrosilici-manganès + desoxidació final d'alumini"). L'addició del 75% de FerroSilicon és típicament del 0,3% al 0,8% de la massa d'acer fos, que pot reduir el contingut d'oxigen de l'acer fos de 80-100 ppm a 30-50 ppm, reduint les inclusions d'òxids i millorant la duresa i el rendiment de processament de l'acer.
Desoxidació de fosa:
En la producció de ferro dúctil i ferro colat gris, l'aliatge Fesi pot aconseguir simultàniament efectes tant de desoxidació com d'inoculació. L'addició del 0,2%-0,5% de FeSi 75 pot eliminar l'oxigen del ferro fos (evitant la formació d'inclusions d'òxids que afecten l'esferoidització del grafit) i afavorir la precipitació del grafit, millorant així les propietats mecàniques de les peces de fosa.
Desoxidació d'aliatges especials:
En la producció d'acer inoxidable i acer de baix{0}}aliatge, utilitzantferrosilici de baix-alumini(Al inferior o igual a l'1%) pot evitar la formació d'inclusions d'AlN a partir de la reacció de l'alumini amb nitrogen de l'acer, assegurant la resistència a la corrosió i la soldabilitat de l'aliatge.
Factors clau que afecten l'efecte de desoxidació del ferrosilici
Selecció de grau de ferrosilici:
Per als graus d'acer d'alt-exigència (com ara l'acer de coixinets i l'acer de molles), es prefereix FeSi75 per garantir una desoxidació completa; per a l'acer al carboni normal, FeSi65 es pot utilitzar per equilibrar el cost i l'efecte.
Temps i mètode d'addició:
S'ha d'afegir abans o durant el procés d'aixeta de l'acer fos per evitar l'addició prematura que condueixi a l'oxidació del silici per l'escòria; Els grans forns elèctrics poden utilitzar un mètode de "flux-a més" per garantir una barreja completa de ferrosilici i acer fos.
Control de temperatura de l'acer:
Quan la temperatura és inferior a 1400 graus, la velocitat de reacció entre silici i oxigen disminueix significativament. Cal assegurar-se que la temperatura de l'acer no caigui per sota dels 1500 graus per evitar una reducció de l'eficiència de desoxidació.
Coincidència de basicitat d'escòria:
Quan la basicitat de l'escòria (CaO/SiO₂) es controla entre 1,8 i 2,2, promou la combinació de SiO₂ i CaO per formar escòries de silicat de calci (CaSiO₃), reduint la re{2}}dissolució de SiO₂ a l'acer i millorant l'estabilitat a la desoxidació.
Avantatges i valor industrial de la desoxidació del ferrosilici
Alta rendibilitat{0}}:
El cost de desoxidació del ferrosilici és només d'1/3 a 1/2 del de l'alumini, i està àmpliament disponible, el que el converteix en el desoxidant més econòmic de la producció a escala industrial-.
Forta adaptabilitat al procés:
Es pot adaptar a diferents equips metal·lúrgics com ara convertidors, forns elèctrics i foneries, sense necessitat de modificacions addicionals del procés, i és fàcil d'operar.
Té múltiples funcions:
mentre es desoxida, pot complementar el silici i ajustar la composició d'acer/ferro (com ara millorar la resistència de l'acer i el rendiment de fosa de ferro colat), aconseguint així "un material per a múltiples usos".
