تجزیه و تحلیل جامع 70٪ -75٪ محتوای سیلیکون آلیاژ فروسیلیکون

فولاد به عنوان سنگ بنای صنعت مدرن، به طور گسترده در ساخت و ساز، حمل و نقل، انرژی، ساخت ماشین آلات و سایر زمینه ها استفاده می شود. از آسمان‌خراش‌های مرتفع گرفته تا قطارهای سریع-، از کشتی‌های باری بزرگ تا ماشین‌آلات پیشرفته، فولاد در همه جا وجود دارد و از عملکرد جامعه مدرن پشتیبانی می‌کند. اغراق نیست اگر بگوییم بدون فولاد، توسعه صنعت مدرن بسیار دشوار خواهد بود. در فرآیند پیچیده ذوب فولاد، 70٪ - 75٪ محتوای سیلیکونآلیاژ فروسیلیسنقش مهمی دارد، واقعاً یک قهرمان پشت صحنه--. در حالی که به ظاهر معمولی است، نقش کلیدی در کیفیت و عملکرد فولاد دارد و به طور مستقیم بر کاربرد آن در زمینه های مختلف تأثیر می گذارد.

(I) ترکیب و خصوصیات

همانطور که از نام آن پیداست، اجزای اصلی آلیاژ فسی با محتوای 70 تا 75 درصد سیلیکون، سیلیکون (Si) و آهن (Fe) هستند. در این نوع آلیاژ، محتوای سیلیکون در محدوده بحرانی 70٪ -75٪ قرار می گیرد، همانطور که در آلیاژهای معمولی مانند دیده می شود.فروسیلیس 70, فروسیلیس 72، وفروسیلیس 75. بخش باقی مانده عمدتاً از آهن و مقادیر کمی از عناصر دیگر مانند آلومینیوم (Al)، کلسیم (Ca) و منگنز (Mn) تشکیل شده است. اگرچه این عناصر کمیاب درصد کمی را تشکیل می دهند، اما تأثیر قابل توجهی بر خواص آلیاژ دارند.

(II) بررسی اجمالی فرآیند تولید

فرآیند تولید 70%-75% آلیاژهای فروسیلیکون با محتوای سیلیکون، فرآیندی پیچیده و ظریف است که در حال حاضر عمدتاً از ذوب کوره‌های الکتریکی استفاده می‌کند. مواد اولیه عمدتاً شامل سیلیس، کک و ضایعات فولادی است. سیلیکا منبع اصلی سیلیکون است که برای اطمینان از عرضه کافی سیلیکون برای آلیاژ، به محتوای دی اکسید سیلیکون بالا (SiO2) معمولاً بالای 97 درصد نیاز دارد. کک، به عنوان یک عامل کاهنده، نقش مهمی در فرآیند ذوب بازی می‌کند و به محتوای کربن ثابت بالا و مقدار خاکستر و مواد فرار کم نیاز دارد. به طور معمول، محتوای کربن ثابت باید به بالای 85٪ برسد تا به طور موثر سیلیکون سیلیس را در دماهای بالا کاهش دهد. ضایعات فولاد آهن را برای آلیاژ فراهم می کند و همچنین به تنظیم ترکیب و خواص آن کمک می کند.

در طول تولید، مواد خام ابتدا باید از قبل-تصفیه شوند. سیلیس را به اندازه های مناسب خرد می کنند تا از واکنش کافی در حین ذوب اطمینان حاصل شود. کک همچنین برای حذف ناخالصی ها و اطمینان از کیفیت پایدار نیاز به غربالگری و پردازش دارد. سپس، ضایعات سیلیس، کک و فولاد در یک نسبت مشخص با هم مخلوط می شوند که باید بر اساس ترکیب آلیاژ فروسیلیس مورد نظر و شرایط واقعی مواد خام به طور دقیق محاسبه شود. مواد خام آماده شده به یک کوره الکتریکی اضافه می شود. در دماهای بالا، کک و سیلیس تحت یک واکنش احیا قرار می گیرند و دی اکسید سیلیکون موجود در سیلیس را به سیلیکون عنصری کاهش می دهند. این سیلیکون عنصری سپس با آهن موجود در ضایعات فولاد ذوب می شود و به تدریج آلیاژ فروسیلیکون را تشکیل می دهد. هنگامی که آلیاژ به ترکیب و دمای از پیش تعیین شده رسید، از کوره الکتریکی خارج می شود، ریخته گری می شود و خنک می شود تا محصول آلیاژ فروسیلیکون با محتوای سیلیکون 70 تا 75 درصد به دست آید.

(I) تجزیه و تحلیل عمیق -اصل اکسید زدایی

در فرآیند فولادسازی، اکسیژن موجود در فولاد مذاب یکی از عوامل کلیدی موثر بر کیفیت فولاد است. اکسیژن بیش از حد می تواند منجر به نقص هایی مانند تخلخل و سستی در هنگام انجماد شود و باعث کاهش استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی فولاد شود. آلیاژ فروسیلیس با محتوای 70 تا 75 درصد سیلیکون، به عنوان یک اکسید کننده، می تواند به طور موثر اکسیژن را از فولاد مذاب حذف کند. اصل اکسید زدایی آن بر اساس واکنش شیمیایی بین سیلیکون و اکسیژن است.

هنگامی که آلیاژ فروسیلیکون به فولاد مذاب اضافه می شود، سیلیکون (Si) با اکسیژن موجود در فولاد مذاب واکنش شیمیایی می دهد. در این واکنش، اتم های سیلیکون با اتم های اکسیژن ترکیب می شوند و دی اکسید سیلیکون (SiO2) را تشکیل می دهند. دی اکسید سیلیکون دارای نقطه ذوب بالایی است، معمولاً در حدود 1710 درجه، و در دمای فولاد مذاب در حالت جامد یا مایع وجود دارد. از آنجایی که دی اکسید سیلیکون چگالی کمتری نسبت به فولاد مذاب دارد، به تدریج تحت تأثیر هم زدن و شناور بودن به سطح فولاد مذاب شناور می شود و وارد سرباره می شود و در نتیجه به اکسید زدایی فولاد می رسد.

(II) مزایای قابل توجه در مقایسه با سایر اکسید کننده ها

در فولادسازی، علاوه بر آلیاژهای فروسیلیس با محتوای 70 تا 75 درصد سیلیکون، اکسید زداهای متداول مورد استفاده شامل فرومنگنز و آلومینیوم هستند. در مقایسه با این اکسیدکننده ها، آلیاژهای فروسیلیکون مزایای قابل توجهی دارند.

آلیاژهای فروسیلیس توانایی اکسید زدایی قوی تری دارند.

در دمای فولاد مذاب 1600 درجه، ثابت اکسید زدایی سیلیکون نسبتاً کم است، به این معنی که سیلیکون میل ترکیبی بیشتری برای اکسیژن دارد و می تواند به طور مؤثرتر با فولاد مذاب ترکیب شده و اکسیژن را از آن خارج کند. داده های تجربی مربوطه نشان می دهد که، تحت شرایط یکسان، بازده اکسید زدایی آلیاژ فروسیلیس 20 تا 30 درصد بیشتر از فرومنگنز است. علاوه بر این، آلیاژ فروسیلیکون با اکسیژن سریعتر واکنش می دهد و باعث کاهش محتوای اکسیژن در فولاد مذاب در زمان کوتاه تری می شود و راندمان تولید را بهبود می بخشد.

آلیاژ فروسیلیس مزیت هزینه دارد.

فرومنگنز فرآیند تولید نسبتاً پیچیده و هزینه مواد اولیه بالاتری دارد که در نتیجه قیمت نسبتاً گرانی دارد. در حالی که آلومینیوم، به عنوان یک اکسید زدا، دارای قابلیت اکسید زدایی قوی است، قیمت بالای آن و تمایل به هدر رفتن در حین استفاده، هزینه های تولید را افزایش می دهد. در مقابل، آلیاژ فروسیلیس فرآیند تولید نسبتاً بالغ، مواد خام به طور گسترده در دسترس و قیمت نسبتاً پایدار و ارزانی دارد. طبق آمار قیمت بازار، قیمت آلیاژ فروسیلیس معمولاً 10 تا 20 درصد کمتر از فرومنگنز و 30 تا 50 درصد کمتر از آلومینیوم است. این به شرکت های فولادی اجازه می دهد تا به طور موثر هزینه های تولید را کاهش دهند و بازده اقتصادی را در هنگام استفاده از آلیاژ فروسیلیس به عنوان اکسید زدا بهبود بخشند.

سایر مزایای آلیاژ فروسیلیکون

شامل بهبود کیفیت فولاد مذاب در حالی که اکسید زدایی می شود. سیلیکون یک عنصر آلیاژی موثر است. هنگامی که آلیاژ فروسیلیس به فولاد مذاب اضافه می شود، علاوه بر اکسیداسیون، سیلیکون باقی مانده در فولاد حل می شود و باعث افزایش استحکام، سختی و کشش فولاد می شود.

در زمینه فولادسازی، آلیاژهای فروسیلیس با محتوای 70 تا 75 درصد سیلیکون به دلیل خواص منحصر به فرد خود، نقش مهمی در تولید انواع فولاد دارند.

 در تولید فولاد سازه ایکه به طور گسترده در ساخت و ساز، پل ها و ساخت ماشین آلات استفاده می شود، الزامات سختی بر روی استحکام و چقرمگی اعمال می شود. افزودن آلیاژهای فروسیلیس با محتوای 70 تا 75 درصد سیلیکون به طور قابل توجهی استحکام و چقرمگی فولاد ساختاری را بهبود می بخشد. هنگامی که آلیاژهای فروسیلیس به فولاد مذاب اضافه می شود، عنصر سیلیکون در فولاد حل می شود و یک محلول جامد با اتم های آهن تشکیل می دهد و در نتیجه باعث تقویت محلول جامد و افزایش استحکام فولاد می شود. سیلیکون همچنین دانه های فولاد را تصفیه می کند و ریزساختار فولاد را یکنواخت تر می کند و در نتیجه چقرمگی فولاد را افزایش می دهد.

 فولاد ابزار عمدتاً برای ساخت انواع ابزارهای برش، قالب ها و ابزارهای اندازه گیری استفاده می شود، با الزامات بسیار بالا برای سختی و مقاومت در برابر سایش. آلیاژهای فروسیلیس با محتوای 70 تا 75 درصد سیلیکون نقش کلیدی در تولید فولاد ابزار دارند و به طور موثر سختی و مقاومت به سایش فولاد ابزار را افزایش می دهند. سیلیکون می تواند با کربن موجود در فولاد ترکیب شود و فازهای سختی مانند کاربید سیلیکون (SiC) را تشکیل دهد. این فازهای سخت به طور یکنواخت در ماتریس فولاد پخش می شوند، مانند ذرات ریز بی شماری که در فولاد جاسازی شده اند و سختی و مقاومت در برابر سایش فولاد را تا حد زیادی بهبود می بخشند.

 فولاد ضد زنگ به طور گسترده ای در مواد شیمیایی استفاده می شود، مواد غذایی و پزشکی به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی. 70% -75٪ محتوای سیلیکون آلیاژهای فروسیلیسیم عمدتاً در تولید فولاد ضد زنگ برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی آن استفاده می شوند. سیلیکون موجود در فولاد ضد زنگ می تواند اثر غیرفعال سازی کروم (Cr) را تقویت کند و یک فیلم غیرفعال سازی متراکم تر و پایدارتر روی سطح فولاد ضد زنگ تشکیل دهد و در نتیجه مقاومت به خوردگی آن را افزایش دهد.

(I) کنترل دقیق مقدار اضافه

کنترل دقیق مقدار افزودنی هنگام استفاده از آلیاژهای فروسیلیس با محتوای 70 تا 75 درصد سیلیکون بسیار مهم است. این نیاز به محاسبه دقیق بر اساس محتوای اکسیژن فولاد مذاب و محتوای هدف دارد. در تولید واقعی، محتوای دقیق اکسیژن در فولاد مذاب را می توان با استفاده از دستگاه تعیین اکسیژن فولادی اندازه گیری کرد. سپس، مقدار آلیاژ فروسیلیس که باید اضافه شود بر اساس رابطه استوکیومتری واکنش اکسید زدایی و نیازهای محتوای سیلیکون درجه فولاد تعیین می شود.

اگر آلیاژ فروسیلیس بیش از حد اضافه شود، محتوای سیلیکون در فولاد از حد استاندارد فراتر خواهد رفت. این ممکن است باعث شکنندگی سرد در فولاد شود و به طور قابل توجهی چقرمگی آن را در دماهای پایین کاهش دهد و آن را مستعد شکستگی شکننده کند. سیلیکون بیش از حد ممکن است سختی فولاد را افزایش دهد، انعطاف پذیری و چقرمگی آن را کاهش دهد و بر عملکرد پردازش آن تأثیر بگذارد، از جمله آن را مستعد ترک خوردن در طول فرآیندهای نورد و آهنگری کند.

اگر سیلیکون خیلی کم اضافه شود، اکسید زدایی فولاد مذاب ناقص خواهد بود. اکسیژن باقیمانده در فولاد مذاب با عناصر دیگر واکنش نشان می دهد تا اجزای اکسیدی تشکیل دهد که باعث کاهش استحکام، چقرمگی و عملکرد خستگی فولاد می شود. همچنین ممکن است باعث ایجاد عیوب مانند تخلخل و سستی در طول فرآیند انجماد شود که بر کیفیت و ظاهر فولاد تأثیر می گذارد.

(II) تأثیر مهم دما

دما یکی از عوامل کلیدی موثر بر اثر اکسیداسیون آلیاژهای فروسیلیس با محتوای سیلیکون 70 تا 75 درصد است. اکسید زدایی یک واکنش شیمیایی است که به دمای مناسب نیاز دارد. به طور کلی، در محدوده دمای فولاد 1580-1650 درجه، واکنش بین آلیاژهای فروسیلیس و اکسیژن در فولاد مذاب نسبتاً کامل است و منجر به اکسید زدایی بهتر می شود.

هنگامی که دمای فولاد مذاب خیلی پایین است، سرعت واکنش اکسیداسیون به طور قابل توجهی کاهش می یابد. این به این دلیل است که دمای پایین‌تر فعالیت مولکولی را کاهش می‌دهد و احتمال برخورد بین اتم‌های سیلیکون و اکسیژن را کاهش می‌دهد و باعث می‌شود که واکنش به آرامی ادامه یابد.

دمای بیش از حد بالا نیز برای واکنش دی اکسیداسیون مضر است. از یک طرف، دمای بیش از حد بالا ممکن است باعث تجزیه دی اکسید سیلیکون (SiO2) شود و دوباره اکسیژن آزاد شود و منجر به اثر اکسیداسیون ضعیف تر شود. از سوی دیگر، دماهای بالا باعث افزایش فعالیت عناصر دیگر در فولاد مذاب می‌شود که به طور بالقوه با سیلیکون برای انرژی رقابت می‌کند، آلیاژ فروسیلیکون را مصرف می‌کند و در نتیجه کارایی اکسید زدایی را کاهش می‌دهد.

(III) ضرورت تصفیه فاز سرباره

هنگام استفاده از آلیاژهای فروسیلیس با محتوای 70 تا 75 درصد سیلیکون برای اکسید زدایی، سرباره دی اکسید سیلیکون (SiO2) تولید می شود. حذف به موقع این سرباره دی اکسید سیلیکون تولید شده ضروری است.

وجود سرباره سیلیس خطرات بهداشتی متعددی را برای فولاد مذاب به همراه دارد. اگر فوراً برداشته نشود، می تواند در داخل فولاد گیر کند و اجزای غیرفلزی- تشکیل دهد. این اجزاء تداوم ریزساختار فولاد را مختل می کنند و استحکام، چقرمگی و عملکرد خستگی آن را کاهش می دهند. آخال ها همچنین می توانند به عنوان محل شروع ترک عمل کنند، به راحتی باعث انتشار ترک شوند و در صورت قرار گرفتن در معرض نیروهای خارجی منجر به شکست فولاد شوند.

سرباره سیلیس نیز بر سیالیت فولاد مذاب تأثیر می گذارد. ویسکوزیته فولاد را افزایش می‌دهد و پر کردن قالب را در هنگام ریخته‌گری دشوار می‌کند و به راحتی منجر به نقص‌هایی مانند پر شدن ناقص و بسته شدن سرد می‌شود که بر کیفیت ریخته‌گری‌ها تأثیر می‌گذارد. سیالیت ضعیف می تواند منجر به پر شدن ناقص در نواحی خاص در هنگام ریخته گری قطعات بزرگ و پیچیده، ایجاد حفره ها یا نقص ها و کاهش نرخ بازده شود.

در حال حاضر، بازار آلیاژ فروسیلیس بزرگ و باثبات است و چین در سطح جهانی موقعیت مسلط دارد. با این حال، با پیشرفت استراتژی «دو-کربن» و تغییرات در تقاضاهای صنایع پایین دستی، این صنعت با فرصت‌ها و چالش‌های توسعه جدیدی مواجه است. در آینده، نوآوری فن‌آوری به نیروی محرکه اصلی توسعه صنعت تبدیل خواهد شد و محصولات آلیاژی فروسیلیکون سبز،-کم کربن و{4}}با عملکرد بالا به جریان اصلی در بازار تبدیل خواهند شد.