Способност деоксидацијеферосилицијумје у суштини због високе реактивности силицијума са кисеоником и стабилности производа. Конкретан механизам је следећи:
Термодинамичка основа јаког афинитета кисеоника:
Слободна енергија хемијске реакције између силицијума (Си) и кисеоника (О) је изузетно ниска (2СиО + О₂=2СиО₂, ΔГ₂₀₀₀К=-1520кЈ/мол), далеко нижа од оне између гвожђа и кисеоника (2Фе + О₂ {{6} К О {{6} К = -540кЈ/мол). То значи да се на високим температурама силицијум првенствено комбинује са кисеоником, суштински уклањајући кисеоник из растопљеног челика/гвожђа.
Лако уклањање реакционих производа:
Силицијум реагује са кисеоником да би се формирао силицијум диоксид (СиО₂), који има високу тачку топљења од 1713 степени. У растопљеном челику (1500-1600 степени), постоји као чврсте честице са густином (2,65 г/цм³) много нижом од густине истопљеног челика (7,8 г/цм³). Брзо плута на површину истопљеног челика и уклања се заједно са шљаком, постижући ефикасно одвајање кисеоника.
Високо{0}}температурна стабилност обезбеђује потпуну реакцију:
Силицијум има тачку топљења од 1410 степени, док легуре феро силицијума (као нпр.ФеСи75) имају тачку топљења од приближно 1200 степени, нижу од окружења високих{1}}прилика за производњу челика/ливења (1500-1600 степени). Након додавања, ФеСи се брзо топи, дозвољавајући атомима силицијума да се у потпуности дифундују и потпуно реагују са кисеоником, избегавајући непотпуну локалну деоксидацију.
Кључне карактеристике које подржавају деоксидацију феросилицијума
Висок садржај силицијума повећава капацитет деоксидације:
Уобичајени индустријски феросилицијумски разреди су ФеСи75 (садржај силицијума 72%-80%) иФеСи65(садржај силицијума 60%-65%). Што је већи садржај силицијума, већа је ефикасност деоксидације по јединици масе феросилицијума. На пример, 1 кг феро силицијума 75% може уклонити приближно 0,4 кг кисеоника из растопљеног челика, што је 1,5-2 пута више од легура са ниским садржајем силицијума.
Брзина реакције прилагођена металуршким процесима:
Брзина реакције између силицијума и кисеоника расте са температуром. Изнад 1500 степени, реакција се може завршити у року од неколико минута, испуњавајући процесне захтеве производње челика за "брзу деоксидацију и скраћене циклусе топљења", избегавајући секундарну оксидацију растопљеног челика због претерано дугог времена деоксидације.
Нису унесене штетне нечистоће:
Главне компоненте феро силицијума су само силицијум и гвожђе, без штетних елемената као што су сумпор и фосфор (индустријски-разред 75# ФеСи захтева С мање или једнако 0,05%, П мање или једнако 0,04%). Не контаминира растопљени челик током деоксидације, осигуравајући чистоћу металног материјала.
Практичне примене и ефекти деоксидације феросилицијума
Главна деоксидација у производњи челика:
У производњи челика у конверторским и лучним пећима, легура феросилицијума се често користи у комбинацији са фероманганом и алуминијумом („феросилицијум-пре-деоксидација мангана + финална деоксидација алуминијума“). Додатак ФерроСилицон 75% је типично 0,3%-0,8% масе растопљеног челика, што може смањити садржај кисеоника у растопљеном челику са 80-100ппм на 30-50ппм, смањујући инклузије оксида и побољшавајући жилавост и перформансе обраде челика.
Ливничка деоксидација:
У производњи нодуларног гвожђа и сивог ливеног гвожђа, феси легура може истовремено постићи и ефекте деоксидације и инокулације. Додавање 0,2%-0,5% ФеСи 75 може уклонити кисеоник из растопљеног гвожђа (спречавајући стварање оксидних инклузија које утичу на сфероидизацију графита) и подстичу таложење графита, чиме се побољшавају механичка својства одливака.
Специјална деоксидација легуре:
У производњи нерђајућег челика и ниско{0}}легираног челика, коришћењеммало-алуминијум феросилицијума(Ал мањи од или једнак 1%) може спречити формирање АлН инклузија услед реакције алуминијума са азотом у челику, обезбеђујући отпорност легуре на корозију и заварљивост.
Кључни фактори који утичу на ефекат деоксидације феросилицијума
Избор разреда феросилицијума:
За класе челика са високим{0}}захтевима (као што су челик за лежајеве и челик за опруге), пожељан је ФеСи75 да би се обезбедила темељна деоксидација; за обичан угљенични челик, ФеСи65 се може користити за балансирање трошкова и ефекта.
Време и начин додавања:
Треба га додати пре или током процеса точења растопљеног челика да би се избегло превремено додавање које доводи до оксидације силицијума шљаком; велике електричне пећи могу да користе методу „протока-додатно“ да би се обезбедило темељно мешање феросилицијума и растопљеног челика.
Контрола температуре челика:
Када је температура испод 1400 степени, брзина реакције између силицијума и кисеоника се значајно смањује. Неопходно је осигурати да температура челика не падне испод 1500 степени да би се избегло смањење ефикасности деоксидације.
Подударање базичности шљаке:
Када се базичност шљаке (ЦаО/СиО₂) контролише између 1,8 и 2,2, она подстиче комбинацију СиО₂ и ЦаО да би се формирала калцијум силикатна (ЦаСиО₃) шљака, смањујући поновно- растварање СиО₂ у челику и побољшавајући стабилност при деоксидацији.
Предности и индустријска вредност деоксидације феросилицијума
Висока исплативост{0}:
Трошкови деоксидације феросилицијума су само 1/3 до 1/2 цене алуминијума, и он је широко доступан, што га чини најекономичнијим деоксидатором у индустријској-производњи.
Снажна прилагодљивост процеса:
Може се прилагодити различитој металуршкој опреми као што су претварачи, електричне пећи и ливнице, без потребе за додатним модификацијама процеса и једноставан је за руковање.
Има више функција:
док деоксидира, може допунити силицијум и прилагодити састав челика/гвожђа (као што је побољшање чврстоће челика и перформанси ливења ливеног гвожђа), чиме се постиже „један материјал за вишеструку употребу“.
