Свеобухватна анализа феросилицијумске легуре са 70%-75% садржаја силицијума

Челик, као камен темељац модерне индустрије, има широку примену у грађевинарству, транспорту, енергетици, производњи машина и другим областима. Од високих небодера до-брзих возова, од великих теретних бродова до софистицираних машина, челик је свеприсутан и подржава рад модерног друштва. Није претерано рећи да би без челика развој савремене индустрије био изузетно тежак. У сложеном процесу топљења челика, 70% -75% садржаја силицијумалегура феросилицијумаигра кључну улогу, заиста-херој- иза сцене. Иако наизглед обичан, он игра кључну улогу у квалитету и перформансама челика, директно утичући на његову примену у различитим областима.

(И) Састав и карактеристике

Као што име каже, главне компоненте феси легуре са 70%-75% садржаја силицијума су силицијум (Си) и гвожђе (Фе). У овој врсти легуре, садржај силицијума спада у критични опсег од 70%-75%, као што се види у уобичајеним легурама као што суферосилицијум 70, феросилицијум 72, иферосилицијум 75. Преостали део се углавном састоји од гвожђа и других елемената у траговима као што су алуминијум (Ал), калцијум (Ца) и манган (Мн). Иако ови елементи у траговима чине мали проценат, они имају значајан утицај на својства легуре.

(ИИ) Преглед производног процеса

Процес производње 70%-75% легура феросилицијума са садржајем силицијума је сложен и деликатан процес, који тренутно првенствено користи топљење у електричној пећи. Сировине углавном укључују силицијум диоксид, кокс и челични отпад. Силицијум је примарни извор силицијума, који захтева висок садржај силицијум диоксида (СиО₂), углавном изнад 97%, да би се обезбедило довољно силицијума за легуру. Кокс, као редукционо средство, игра кључну улогу у процесу топљења, захтевајући висок садржај фиксног угљеника и низак садржај пепела и испарљивих материја; типично, садржај фиксног угљеника треба да достигне изнад 85% да би се ефикасно смањио силицијум из силицијум диоксида на високим температурама. Челични отпад обезбеђује гвожђе легури и такође помаже у прилагођавању њеног састава и својстава.

Током производње, сировине се прво морају претходно{0}}обрадити. Силицијум се дроби у одговарајуће величине да би се обезбедила довољна реакција током топљења. Кокс такође треба да буде прегледан и обрађен да би се уклониле нечистоће и обезбедио стабилан квалитет. Затим се силицијум, кокс и челични отпад мешају у одређеном односу, који треба прецизно израчунати на основу састава циљне легуре феросилицијума и стварних услова сировина. Припремљене сировине се додају у електричну пећ. На високим температурама, кокс и силицијум се подвргавају реакцији редукције, редукујући силицијум диоксид у силицијум диоксиду у елементарни силицијум. Овај елементарни силицијум се затим стапа са гвожђем у челичном отпаду, постепено формирајући легуру феросилицијума. Када легура достигне унапред одређени састав и температуру, она се уклања из електричне пећи, ливена и хлади да би се добио жељени производ од легуре феросилицијума са садржајем силицијума од 70%-75%.

(И)-Дубинска анализа принципа деоксидације

У процесу производње челика, кисеоник у истопљеном челику је један од кључних фактора који утичу на квалитет челика. Превише кисеоника може довести до дефеката као што су порозност и лабавост током очвршћавања, смањујући снагу, жилавост и отпорност челика на корозију. Легура феросилицијума са 70% -75% садржаја силицијума, као деоксидизатор, може ефикасно уклонити кисеоник из растопљеног челика. Његов принцип деоксидације заснива се на хемијској реакцији између силицијума и кисеоника.

Када се легура феросилицијума дода растопљеном челику, силицијум (Си) хемијски реагује са кисеоником у истопљеном челику. У овој реакцији, атоми силицијума се комбинују са атомима кисеоника и формирају силицијум диоксид (СиО₂). Силицијум диоксид има високу тачку топљења, углавном око 1710 степени, и постоји у чврстом или течном стању на температури истопљеног челика. Пошто је силицијум диоксид мање густ од растопљеног челика, он под утицајем мешања и узгона постепено исплива на површину истопљеног челика, улазећи у шљаку и на тај начин постижући деоксидацију челика.

(ИИ) Значајне предности у поређењу са другим деоксидантима

У производњи челика, поред легура феросилицијума са 70%-75% садржаја силицијума, најчешће коришћени деоксиданти укључују фероманган и алуминијум. У поређењу са овим деоксидантима, легуре феросилицијума имају многе значајне предности.

Легуре феросилицијума имају јачу деоксидациону способност.

На температури растопљеног челика од 1600 степени, константа деоксидације силицијума је релативно мала, што значи да силицијум има већи афинитет према кисеонику и може ефикасније да се комбинује са и уклања кисеоник из растопљеног челика. Релевантни експериментални подаци показују да је, под истим условима, ефикасност деоксидације легуре феросилицијума за 20%-30% већа од оне феромангана. Штавише, легура феросилицијума брже реагује са кисеоником, смањујући садржај кисеоника у растопљеном челику за краће време и побољшавајући ефикасност производње.

Легура феросилицијума има предност у трошковима.

Фероманган има релативно сложен производни процес и веће трошкове сировина, што резултира релативно скупом ценом. Док алуминијум, као деоксидизатор, има јаке способности деоксидације, његова висока цена и склоност да се расипа током употребе повећавају трошкове производње. Насупрот томе, легура феросилицијума има релативно зрео производни процес, широко доступне сировине и релативно стабилну и јефтину цену. Према статистици тржишних цена, цена легуре феросилицијума је обично 10% -20% нижа од феромангана и 30% -50% нижа од алуминијума. Ово омогућава челичанима да ефикасно смање трошкове производње и побољшају економску ефикасност када користе феросилицијумску легуру као деоксидатор.

Остале предности легуре феросилицијума

Укључује побољшање квалитета растопљеног челика уз деоксидацију. Силицијум је ефикасан легирајући елемент. Када се легура феросилицијума дода растопљеном челику, поред деоксидације, преостали силицијум ће се растворити у челику, повећавајући чврстоћу, тврдоћу и еластичност челика.

У области производње челика, легуре феросилицијума са 70%-75% садржаја силицијума играју незаменљиву улогу у производњи различитих врста челика због својих јединствених својстава.

 У производњи конструкцијског челика, који се широко користи у грађевинарству, производњи мостова и машина, постављају се строги захтеви за чврстоћу и жилавост. Додатак легура феросилицијума са 70%-75% садржаја силицијума значајно побољшава чврстоћу и жилавост конструкцијског челика. Када се легуре феросилицијума додају растопљеном челику, силицијумски елемент се раствара у челику, формирајући чврсти раствор са атомима гвожђа, чиме се производи јачање чврстог раствора и повећава чврстоћа челика. Силицијум такође оплемењује зрна челика, чинећи микроструктуру челика уједначенијим, чиме се повећава жилавост челика.

 Алатни челик се углавном користи за производњу разних алата за сечење, калупа и мерних алата, са изузетно високим захтевима за тврдоћу и отпорност на хабање. Легуре феросилицијума са 70%-75% садржаја силицијума играју кључну улогу у производњи алатног челика, ефективно повећавајући тврдоћу и отпорност на хабање алатног челика. Силицијум се може комбиновати са угљеником у челику и формирати тврде фазе као што је силицијум карбид (СиЦ). Ове тврде фазе су равномерно распоређене у челичној матрици, попут безбројних сићушних тврдих честица уграђених у челик, значајно побољшавајући тврдоћу челика и отпорност на хабање.

 Нерђајући челик се широко користи у хемијској индустрији, прехрамбена и медицинска поља због одличне отпорности на корозију. 70%-75% феросилицијума са садржајем силицијума, феросилицијумске легуре се углавном користе у производњи нерђајућег челика како би се побољшала његова отпорност на корозију. Силицијум у нерђајућем челику може да подстакне ефекат пасивације хрома (Цр), формирајући гушћи и стабилнији пасивациони филм на површини од нерђајућег челика, чиме се повећава његова отпорност на корозију.

(И) Прецизна контрола износа додавања

Прецизна контрола количине додатка је кључна када се користе феросилицијумске легуре са 70%-75% садржаја силицијума. Ово захтева тачан прорачун заснован на садржају кисеоника у растопљеном челику и циљном садржају. У стварној производњи, тачан садржај кисеоника у истопљеном челику може се мерити помоћу челичног уређаја за одређивање кисеоника. Затим се одређује количина легуре феросилицијума која се додаје на основу стехиометријског односа реакције деоксидације и захтева за садржајем силицијума у ​​класи челика.

Ако се дода превише легуре феросилицијума, садржај силицијума у ​​челику ће премашити стандард. Ово може узроковати хладнокртност челика, значајно смањујући његову жилавост на ниским температурама и чинећи га склоним кртом лому. Вишак силицијума такође може повећати тврдоћу челика, смањити његову пластичност и жилавост и утицати на перформансе обраде, као што је склоност пуцању током процеса ваљања и ковања.

Ако се дода премало силицијума, деоксидација растопљеног челика ће бити непотпуна. Преостали кисеоник у истопљеном челику ће реаговати са другим елементима и формирати оксидне инклузије, што ће смањити снагу, жилавост и перформансе челика. Такође може узроковати дефекте као што су порозност и лабавост током процеса очвршћавања, што утиче на квалитет и изглед челика.

(ИИ) Важан утицај температуре

Температура је један од кључних фактора који утиче на ефекат деоксидације легура феросилицијума са садржајем силицијума од 70%-75%. Деоксидација је хемијска реакција која захтева одговарајућу температуру. Генерално, унутар температурног опсега челика од 1580-1650 степени, реакција између легура феросилицијума и кисеоника у растопљеном челику је релативно потпуна, што резултира бољом деоксидацијом.

Када је температура растопљеног челика прениска, брзина реакције деоксидације се значајно смањује. То је зато што ниже температуре смањују молекуларну активност, смањујући вероватноћу судара између атома силицијума и кисеоника, што отежава глатко одвијање реакције.

Превише високе температуре су такође штетне за реакцију деоксидације. С једне стране, превисоке температуре могу проузроковати разградњу силицијум диоксида (СиО₂), поново ослобађајући кисеоник, што доводи до слабијег ефекта деоксидације. С друге стране, високе температуре ће повећати активност других елемената у истопљеном челику, потенцијално се такмичећи са силицијумом за енергију, трошећи легуру феросилицијума и на тај начин смањујући ефикасност деоксидације.

(ИИИ) Неопходност третмана у фази шљаке

Када се за деоксидацију користе легуре феросилицијума са 70%-75% садржаја силицијума, ствара се шљака силицијум диоксида (СиО₂). Правовремено уклањање ове настале шљаке силицијум диоксида је од суштинског значаја.

Присуство силицијум шљаке представља бројне здравствене ризике за растопљени челик. Ако се одмах не уклони, може да се зароби унутар челика, формирајући неметалне инклузије. Ове инклузије ремете континуитет микроструктуре челика, смањујући његову снагу, жилавост и перформансе замора. Инклузије такође могу деловати као места иницијације пукотина, лако изазивајући ширење прслине и доводећи до лома челика када су изложени спољним силама.

Силицијумска шљака такође утиче на флуидност растопљеног челика. Повећава вискозитет челика, што отежава пуњење калупа током ливења, што лако доводи до недостатака као што су непотпуно пуњење и хладно затварање, што утиче на квалитет одливака. Слаба флуидност може довести до непотпуног пуњења у одређеним областима приликом ливења великих и сложених делова, формирања шупљина или дефеката, смањујући стопу приноса.

Тренутно је тржиште легура феросилицијума велико и стабилно, а Кина има доминантну позицију на глобалном нивоу. Међутим, са напретком стратегије „двоструког{1}}угљеника“ и променама у захтевима индустрије у наставку, индустрија се суочава са новим развојним могућностима и изазовима. У будућности, технолошке иновације ће постати кључна покретачка снага за развој индустрије, а зелени производи од легура феросилицијума са ниским-угљиком и високим{4}}перформансама постаће главни токови на тржишту.