لماذا يمكن إزالة الأكسدة الفيروسيليكون؟

قدرة إزالة الأكسدةالفيروسيليكونويرجع ذلك أساسًا إلى التفاعل العالي للسيليكون مع الأكسجين واستقرار المنتجات. الآلية المحددة هي كما يلي:

 الأساس الديناميكي الحراري لتقارب الأكسجين القوي:

الطاقة الحرة للتفاعل الكيميائي بين السيليكون (Si) والأكسجين (O) منخفضة للغاية (2SiO + O₂=2SiO₂, ΔG₂₀₀₀K=-1520kJ/mol)، أقل بكثير من تلك الموجودة بين الحديد والأكسجين (2Fe + O₂=2FeO, ΔG₂₀₀₀K=-540 كيلو جول / مول). وهذا يعني أنه عند درجات الحرارة المرتفعة، يتحد السيليكون بشكل تفضيلي مع الأكسجين، مما يؤدي بشكل أساسي إلى تجريد الأكسجين من الفولاذ/الحديد المنصهر.

 سهولة إزالة منتجات التفاعل:

يتفاعل السيليكون مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂)، الذي له نقطة انصهار عالية تبلغ 1713 درجة. في الفولاذ المنصهر (1500-1600 درجة)، يوجد على شكل جسيمات صلبة ذات كثافة (2.65 جم/سم3) أقل بكثير من الفولاذ المنصهر (7.8 جم/سم3). يطفو بسرعة على سطح الفولاذ المنصهر ويتم إزالته مع الخبث، مما يحقق فصل الأكسجين بشكل فعال.

 -ثبات درجة الحرارة العالية يضمن التفاعل الكامل:

السيليكون لديه نقطة انصهار تبلغ 1410 درجة، في حين أن سبائك الحديد والسيليكون (مثلFeSi75) لها نقطة انصهار تبلغ حوالي 1200 درجة، وهي أقل من درجة الحرارة المرتفعة-بيئة صناعة/صب الفولاذ (1500-1600 درجة). بعد الإضافة، يذوب FeSi بسرعة، مما يسمح لذرات السيليكون بالانتشار بشكل كامل والتفاعل بشكل كامل مع الأكسجين، وتجنب إزالة الأكسدة المحلية غير الكاملة.

محتوى السيليكون العالي يعزز قدرة إزالة الأكسدة:

درجات الفيروسيليكون الصناعية شائعة الاستخدام هي FeSi75 (محتوى السيليكون 72%-80%) وFeSi65(محتوى السيليكون 60%-65%). كلما زاد محتوى السيليكون، زادت كفاءة إزالة الأكسدة لكل وحدة كتلة من الفيروسيليكون. على سبيل المثال، يمكن لـ 1 كجم من Ferro Silicon 75% إزالة ما يقرب من 0.4 كجم من الأكسجين من الفولاذ المنصهر، وهو ما يعادل 1.5-2 مرة من السبائك منخفضة السيليكون.

معدل التفاعل المتكيف مع العمليات المعدنية:

يزداد معدل التفاعل بين السيليكون والأكسجين مع زيادة درجة الحرارة. فوق 1500 درجة، يمكن إكمال التفاعل في غضون دقائق، مما يلبي متطلبات عملية صناعة الصلب من أجل "إزالة الأكسدة السريعة ودورات الصهر المختصرة"، وتجنب الأكسدة الثانوية للفولاذ المنصهر بسبب أوقات إزالة الأكسدة الطويلة للغاية.

لم يتم إدخال أي شوائب ضارة:

المكونات الرئيسية لحديد السيليكون هي السيليكون والحديد فقط، وخالية من العناصر الضارة مثل الكبريت والفوسفور (الدرجة الصناعية -الصف 75# FeSi تتطلب S أقل من أو يساوي 0.05%، P أقل من أو يساوي 0.04%). لا يلوث الفولاذ المنصهر أثناء إزالة الأكسدة، مما يضمن نقاء المادة المعدنية.

إزالة الأكسدة الرئيسية في صناعة الصلب:

في صناعة الصلب في أفران القوس الكهربائي والمحولات، غالبًا ما يتم استخدام سبائك الفيروسيليكون مع الحديد والمنغنيز والألمنيوم ("إزالة الأكسدة من الفيروسيليكون-المنغنيز قبل- + إزالة الأكسدة النهائية من الألومنيوم"). عادةً ما تكون إضافة FerroSilicon 75% 0.3%-0.8% من كتلة الفولاذ المنصهر، والتي يمكن أن تقلل محتوى الأكسجين في الفولاذ المنصهر من 80-100 جزء في المليون إلى 30-50 جزء في المليون، مما يقلل من شوائب الأكسيد ويحسن صلابة الفولاذ وأداء المعالجة.

إزالة الأكسدة مسبك:

في إنتاج حديد الدكتايل والحديد الزهر الرمادي، يمكن لسبائك fesi تحقيق تأثيرات إزالة الأكسدة والتلقيح في نفس الوقت. يمكن أن تؤدي إضافة 0.2%-0.5% FeSi 75 إلى إزالة الأكسجين من الحديد المنصهر (منع تكوين شوائب الأكسيد التي تؤثر على كروية الجرافيت) وتعزيز ترسيب الجرافيت، وبالتالي تحسين الخواص الميكانيكية للمسبوكات.

إزالة الأكسدة سبيكة خاصة:

في إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ-السبائك المنخفض، يتم استخدامنسبة منخفضة من-الألومنيوم الفيروسيليكون(Al أقل من أو يساوي 1%) يمكن أن يمنع تكوين شوائب AlN من تفاعل الألومنيوم مع النيتروجين في الفولاذ، مما يضمن مقاومة السبائك للتآكل وقابلية اللحام.

اختيار الصف الفيروسيليكون:

بالنسبة لدرجات الفولاذ-عالية المتطلبات (مثل فولاذ التحمل والفولاذ الزنبركي)، يُفضل FeSi75 لضمان إزالة الأكسدة بشكل كامل؛ بالنسبة للفولاذ الكربوني العادي، يمكن استخدام FeSi65 لتحقيق التوازن بين التكلفة والتأثير.

توقيت وطريقة الإضافة:

وينبغي إضافته قبل أو أثناء عملية التنصت على الفولاذ المصهور لتجنب الإضافة المبكرة التي تؤدي إلى أكسدة السيليكون بواسطة الخبث؛ يمكن للأفران الكهربائية الكبيرة استخدام طريقة "التدفق-بالإضافة" لضمان الخلط الدقيق بين الفيروسيليكون والفولاذ المنصهر.

التحكم في درجة حرارة الفولاذ:

عندما تكون درجة الحرارة أقل من 1400 درجة، فإن معدل التفاعل بين السيليكون والأكسجين ينخفض ​​بشكل ملحوظ. من الضروري التأكد من أن درجة حرارة الفولاذ لا تقل عن 1500 درجة لتجنب انخفاض كفاءة إزالة الأكسدة.

مطابقة الأساس الخبث:

عندما يتم التحكم في قاعدية الخبث (CaO/SiO₂) بين 1.8 و2.2، فإنه يعزز مزيج SiO₂ وCaO لتكوين خبث سيليكات الكالسيوم (CaSiO₃)، مما يقلل من إعادة انحلال SiO₂ في الفولاذ ويحسن استقرار إزالة الأكسدة.

فعالية عالية من حيث التكلفة-:

تكلفة إزالة الأكسدة من الفيروسيليكون هي فقط 1/3 إلى 1/2 تكلفة الألومنيوم، وهو متاح على نطاق واسع، مما يجعله مزيل الأكسدة الأكثر اقتصادا في الإنتاج الصناعي على نطاق واسع.

القدرة على التكيف عملية قوية:

ويمكن تكييفها مع المعدات المعدنية المختلفة مثل المحولات والأفران الكهربائية والمسابك، دون الحاجة إلى تعديلات إضافية على العملية، كما أنها سهلة التشغيل.

لديها وظائف متعددة:

أثناء إزالة الأكسدة، يمكن أن يكمل السيليكون ويضبط تركيبة الفولاذ/الحديد (مثل تحسين قوة الفولاذ وأداء صب الحديد الزهر)، وبالتالي تحقيق "مادة واحدة لاستخدامات متعددة".