چرا فروسیلیس می تواند اکسیدزدایی کند؟

توانایی اکسید زدایی ازفروسیلیساساساً به دلیل واکنش پذیری بالای سیلیکون با اکسیژن و پایداری محصولات است. مکانیسم خاص به شرح زیر است:

 اساس ترمودینامیکی میل ترکیبی قوی اکسیژن:

انرژی بدون واکنش شیمیایی بین سیلیکون (Si) و اکسیژن (O) بسیار کم است (2SiO + O2=2SiO2, ΔG2000K=-1520kJ/mol)، به مراتب کمتر از بین آهن و اکسیژن (2Fe + O2}}}}} ΔG2000K=-540kJ/mol). این بدان معنی است که در دماهای بالا، سیلیکون ترجیحاً با اکسیژن ترکیب می شود و اساساً اکسیژن را از فولاد/آهن مذاب جدا می کند.

 حذف آسان محصولات واکنش:

سیلیکون با اکسیژن واکنش می دهد و دی اکسید سیلیکون (SiO2) را تشکیل می دهد که نقطه ذوب بالای 1713 درجه دارد. در فولاد مذاب (1500-1600 درجه)، به صورت ذرات جامد با چگالی (2.65 g/cm³) بسیار کمتر از فولاد مذاب (7.8 g/cm³) وجود دارد. به سرعت روی سطح فولاد مذاب شناور می شود و همراه با سرباره حذف می شود و به جداسازی اکسیژن موثری دست می یابد.

 پایداری دمای بالا- واکنش کامل را تضمین می‌کند:

سیلیکون دارای نقطه ذوب 1410 درجه است، در حالی که آلیاژهای فروسیلیکون (مانندFeSi75) دارای نقطه ذوب تقریباً 1200 درجه، پایین‌تر از محیط دمای بالا-فولادسازی/ریخته‌گری (1500-1600 درجه). پس از افزودن، FeSi به سرعت ذوب می‌شود و به اتم‌های سیلیکون اجازه می‌دهد تا به طور کامل منتشر شوند و به طور کامل با اکسیژن واکنش دهند و از اکسیدزدایی موضعی ناقص جلوگیری شود.

محتوای سیلیکون بالا ظرفیت اکسیداسیون را افزایش می دهد:

گریدهای فروسیلیس صنعتی که معمولا استفاده می شود FeSi75 (محتوای سیلیکون 72 تا 80 درصد) وFeSi65(محتوای سیلیکون 60%-65%). هر چه محتوای سیلیکون بیشتر باشد، راندمان اکسید زدایی در واحد جرم فروسیلیکون بیشتر است. به عنوان مثال، 1 کیلوگرم فروسیلیکون 75 درصد می تواند تقریباً 0.4 کیلوگرم اکسیژن را از فولاد مذاب حذف کند، که 1.5-2 برابر آلیاژهای کم سیلیکون است.

نرخ واکنش سازگار با فرآیندهای متالورژی:

سرعت واکنش بین سیلیکون و اکسیژن با دما افزایش می یابد. در دمای بالاتر از 1500 درجه، واکنش را می توان در عرض چند دقیقه تکمیل کرد و نیازهای فرآیند فولادسازی برای "اکسید زدایی سریع و چرخه های ذوب کوتاه" را برآورده کرد، و از اکسیداسیون ثانویه فولاد مذاب به دلیل زمان های اکسید زدایی بیش از حد طولانی جلوگیری کرد.

عدم معرفی ناخالصی مضر:

اجزای اصلی فرو سیلیکون فقط سیلیکون و آهن هستند و عاری از عناصر مضر مانند گوگرد و فسفر (صنعتی-درجه 75# FeSi به S کمتر یا مساوی 0.05٪، P کمتر یا مساوی 0.04٪ نیاز دارد). در طول اکسیداسیون، فولاد مذاب را آلوده نمی کند و خلوص مواد فلزی را تضمین می کند.

اکسید زدایی اصلی در فولادسازی:

در فولادسازی مبدل و کوره قوس الکتریکی، آلیاژ فروسیلیس اغلب در ترکیب با فرومنگنز و آلومینیوم استفاده می‌شود ("فروسیلیم{0}}منگنز پیش-اکسیداسیون + اکسیدزدایی نهایی آلومینیوم"). افزودن 75% فروسیلیکون معمولاً 0.3٪ - 0.8٪ از جرم فولاد مذاب است، که می تواند محتوای اکسیژن فولاد مذاب را از 80-100ppm به 30-50ppm کاهش دهد و باعث کاهش آخال اکسید و بهبود چقرمگی و عملکرد پردازش فولاد شود.

اکسیداسیون ریخته گری:

در تولید چدن داکتیل و چدن خاکستری، آلیاژ فسی می تواند به طور همزمان هم اثرات اکسید زدایی و هم تلقیح را به دست آورد. افزودن 0.2٪ -0.5٪ FeSi 75 می تواند اکسیژن را از آهن مذاب حذف کند (جلوگیری از تشکیل اخلاط اکسیدی که بر کروی شدن گرافیت تأثیر می گذارد) و رسوب گرافیت را تقویت می کند، بنابراین خواص مکانیکی ریخته گری را بهبود می بخشد.

اکسید زدایی آلیاژ ویژه:

در تولید فولاد ضد زنگ و فولاد کم آلیاژ-، با استفاده ازفروسیلیسیم-آلومینیوم کم(Al کمتر یا مساوی 1%) می تواند از تشکیل اجزاء AlN در اثر واکنش آلومینیوم با نیتروژن در فولاد جلوگیری کند و از مقاومت در برابر خوردگی و جوش پذیری آلیاژ اطمینان حاصل کند.

انتخاب گرید فروسیلیکون:

برای گریدهای فولاد مورد نیاز بالا (مانند فولاد یاتاقان و فولاد فنری)، FeSi75 برای اطمینان از اکسید زدایی کامل ترجیح داده می شود. برای فولاد کربن معمولی، FeSi65 می تواند برای متعادل کردن هزینه و اثر استفاده شود.

زمان و روش جمع:

باید قبل یا در طول فرآیند ضربه زدن به فولاد مذاب اضافه شود تا از افزودن زودهنگام که منجر به اکسیداسیون سیلیکون توسط سرباره می شود جلوگیری شود. کوره های الکتریکی بزرگ می توانند از روش "جریان-به اضافه" برای اطمینان از اختلاط کامل فروسیلیکون و فولاد مذاب استفاده کنند.

کنترل دمای فولاد:

هنگامی که دما زیر 1400 درجه باشد، سرعت واکنش بین سیلیکون و اکسیژن به طور قابل توجهی کاهش می یابد. لازم است اطمینان حاصل شود که دمای فولاد به زیر 1500 درجه نمی رسد تا از کاهش راندمان اکسیداسیون جلوگیری شود.

تطبیق پایه سرباره:

هنگامی که باز بودن سرباره (CaO/SiO2) بین 1.8 و 2.2 کنترل می‌شود، ترکیب SiO2 و CaO را برای تشکیل سرباره سیلیکات کلسیم (CaSiO3) ارتقا می‌دهد و انحلال مجدد SiO2 در فولاد را کاهش می‌دهد.

هزینه-اثربخشی بالا:

هزینه اکسید زدایی فروسیلیس تنها 1/3 تا 1/2 آلومینیوم است و به طور گسترده در دسترس است، که آن را به اقتصادی ترین اکسید زدا در تولید صنعتی- تبدیل می کند.

سازگاری فرآیند قوی:

می توان آن را با تجهیزات مختلف متالورژیکی مانند مبدل ها، کوره های الکتریکی و ریخته گری بدون نیاز به تغییرات اضافی در فرآیند تطبیق داد و کار با آن آسان است.

چندین عملکرد دارد:

در حالی که اکسید زدایی می کند، می تواند سیلیکون را تکمیل کند و ترکیب فولاد/آهن (مانند بهبود استحکام فولاد و عملکرد ریخته گری چدن) را تنظیم کند، بنابراین به "یک ماده برای چندین مصارف" دست می یابد.