لماذا يمكن استخدام سبائك الفيروسيليكون كمزيل للأكسدة في صناعة الصلب وكمادة ملقحة في الصب

سبائك الفيروسيليكوناستخدام السيليكون (Si) والحديد (Fe) كمكوناتها الأساسية. تحتوي الدرجات الشائعة على 45%-90% من السيليكون، مع مراقبة صارمة للشوائب (Al، Ca، S، P). تنبع وظائفهم المزدوجة من خاصيتين أساسيتين:

 نشاط إزالة الأكسدة القوي للسيليكون:يتمتع السيليكون بطاقة حرة منخفضة للغاية للتفاعل مع الأكسجين، والتفاعل تلقائيًا في درجة حرارة الغرفة، ويمكن فصل المنتجات بسهولة.
 قدرة النواة غير المتجانسة للسيليكون:نصف القطر الذري للسيليكون قريب من ذرات الحديد، مما يسمح له بالعمل كنواة أثناء تصلب المعدن، مما يؤدي إلى تحسين بنية الحبوب.

FeSi هو مزيل الأكسدة المركب الأكثر استخدامًا في صناعة الصلب. وتتمثل وظيفتها الأساسية في إزالة الأكسجين من الفولاذ المصهور من خلال تفاعل كيميائي، وبالتالي تحسين نقاء الفولاذ المصهور:

(1) مبدأ إزالة الأكسدة وآلية التفاعل

رد الفعل الأساسي:

يخضع السيليكون لتفاعل الإزاحة مع FeO في الفولاذ المنصهر (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe). تبلغ كثافة SiO₂ المتولدة 2.65 جم/سم مكعب فقط، وهي أقل بكثير من كثافة الفولاذ المنصهر، وسوف تطفو بسرعة على الخبث وتتم إزالته؛

التأثير التآزري:

عند استخدامه مع مزيلات الأكسدة منجنيز الحديد والألومنيوم، فإنه يمكن أن يولد خبثًا مركبًا منخفض-نقطة انصهار- (مثل CaO-SiO₂-Al₂O₃، نقطة انصهار حوالي 1400 درجة)، مما يزيد من تعزيز قدرة الخبث على امتصاص الشوائب وتحقيق تأثير مزدوج "لإزالة الأكسدة العميقة + تنقية الفولاذ المنصهر".

(2) التأثيرات الكمية ومعايير التطبيق

التحكم في كمية الإضافة:

يمكن أن تؤدي إضافة 0.3%-0.8% (درجة FeSi75) من كتلة الفولاذ المنصهر أثناء صناعة الفولاذ المحول إلى تقليل محتوى الأكسجين في الفولاذ المنصهر من 80-100 جزء في المليون إلى 30-50 جزء في المليون، مما يزيد من كفاءة إزالة الأكسدة بنسبة 40% مقارنة بالمنغنيز الحديدي المنفرد.

التوافق الصف:

درجات سيليكون عالية- (الفيروسيليكون 75، FeSi90) تتمتع بكفاءة أعلى في إزالة الأكسدة ومناسبة للفولاذ عالي الجودة-؛ متوسطة-درجات سيليكون منخفضة (FeSi65، FeSi45) بتكاليف أقل ومناسبة للفولاذ الكربوني العادي.

في صب الحديد الزهر، تعمل سبائك الفيروسيليكون، باعتبارها مادة تطعيم أساسية، على تعزيز الخواص الميكانيكية للمسبوكات من خلال تنظيم بنية التصلب:

(1) مبدأ التلقيح وآلية صقل الحبوب

النواة غير المتجانسة:

تشكل ذرات السيليكون وكميات ضئيلة من الألومنيوم والكالسيوم وما إلى ذلك، في الحديد والسيليكون "نوى نواة" صغيرة (مثل جزيئات SiC وAl₂O₃، بحجم 0.1-1μm) أثناء تصلب الحديد المنصهر، مما يوفر نقاط ربط لترسيب الجرافيت؛

تحسين الهيكل:

يعزز تحويل الجرافيت من "قشاري" إلى "شكل كروي ناعم/دودي"، وتنقية حبيبات المادة (تم تقليل حجم الحبوب من 80 ميكرومتر إلى 30-40 ميكرومتر)، وتجنب مشاكل التقصف الناتجة عن الهياكل الخشنة؛

تعديل التكوين:

إن إضافة عناصر السيليكون إلى الحديد الزهر (التحكم في محتوى السيليكون إلى 2.0%-3.5%) يقلل من ميل تكوين الحديد الأبيض ويحسن من إمكانية تصنيع المسبوكات.

(2) التأثيرات الكمية ومعايير التطبيق

التحكم في كمية الإضافة:

في صب الحديد الزهر الرمادي، تبلغ كمية الإضافة الموصى بها FeSi75% 0.2%-0.5% من كتلة الحديد المنصهر، وفي حديد الدكتايل، تكون 0.1%-0.3%؛

التكيف العملية:

يجب إضافته قبل 1-3 دقائق من الصب لضمان تأثير التلقيح المستقر وتجنب الإضافة المبكرة التي تؤدي إلى احتراق السيليكون.

(1) الاحتياطات اللازمة لإزالة الأكسدة في صناعة الصلب

 تجنب الإضافة المفرطة:سيؤدي محتوى السيليكون الذي يتجاوز 1.0% إلى انخفاض قابلية لحام الفولاذ وانخفاض متانة الصدمات بنسبة تزيد عن 20%؛

 توقيت الإضافة:في صناعة الصلب المحول، يمكن إضافته "في-التيار" (أثناء النقر)، بينما في صناعة الصلب بفرن القوس الكهربائي، يمكن إضافته على دفعات لضمان تفاعل موحد؛

 التحكم في الشوائب:استخدم نسبة منخفضة من الحديد والسيليكون- من الألومنيوم (Al أقل من أو يساوي 0.5%) لتجنب تكوين شوائب Al₂O₃، التي تؤثر على جودة سطح الفولاذ.

(2) احتياطات صب التلقيح

 اختيار الحجم:يجب سحق الفيروسيليكون المستخدم في التلقيح إلى 1-3 مم لضمان الذوبان السريع وتجنب الجزيئات الكبيرة التي تسبب تكوينًا محليًا غير متساوٍ؛
 طريقة التلقيح:استخدم "طريقة الصب-" (إضافة سبيكة الفيروسيليكون إلى تدفق الحديد المنصهر) أو "تلقيح التدفق في-" لتحسين التجانس؛
 تجنب التلقيح الثانوي:إذا بقي الحديد المنصهر لفترة طويلة جدًا (أكثر من 10 دقائق)، فيجب إضافة 10%-20% من سبيكة FeSi للحفاظ على تأثير التلقيح.