מָסוֹרתִיפרוסיליקוןדה חמצון סובל משני חסרונות עיקריים:רֵאשִׁית, תוצר הסרת החמצון Al₂O₃ (זיהומי אלומיניום בפרוסיליקון) הוא תכליל זעיר, קשה להסרה מפלדה מותכת, המשפיע על טוהר הפלדה;שְׁנִיָה, זה רק מסיר חמצון, לא בו זמנית מסיר גופרית, מה שמצריך תוספת של חומר מסיר גופרית.
סיליקון קרביד(SiC, טוהר גדול או שווה ל-98%) מטפל בדיוק בחסרונות הללו עם יתרונות הליבה שלו:
אלומיניום-ללא:אינו מכיל אלומיניום, מונע היווצרות תכלילי Al₂O₃, מה שהופך אותו למתאים לייצור פלדת אלומיניום- נמוכה וייצור פלדה טהורה במיוחד;
אינטגרציה רב-תפקודית:משלב פונקציות של הסרת חמצון, הסרת גופרית ועידון תבואה, ומפשטת את תהליך ייצור הפלדה;
יתרונות תרמודינמיים:תגובה יציבה יותר בטמפרטורות גבוהות, מוצרי ניקוי חמצון צפים בקלות, וכתוצאה מכך ניקיון פלדה גבוה יותר.
מנגנון פעולה ליבה
(1) מנגנון דה-אוקסידציה
סיליקון קרביד עובר תגובות פירוק והפחתה בפלדה מותכת ב-1500-1600 מעלות:
התגובה העיקרית:SiC + 2FeO → SiO₂ + 2Fe + CO↑
תגובת עזר:SiC + 3FeO → SiO₂ + 3Fe + CO₂↑
ל-SiO₂ שנוצר יש צפיפות נמוכה בהרבה מזו של פלדה מותכת ויוצר בקלות סיגים מורכבים בנקודת -התכה- נמוכה עם CaO, אשר מוסר במהירות על ידי ציפה. גז ה-CO/CO₂ העולה יכול לעורר את הפלדה המותכת, לקדם את ההצטברות והצמיחה של תכלילים, ולשפר עוד יותר את טוהר הפלדה המותכת.
(2) מנגנון הסרת גופרית וזיקוק תבואה
תגובת הסרת גופרית:ה-[Si] שנוצר על ידי פירוק SiC יכול להגיב עם S בפלדה המותכת ליצירת SiS, אשר מוסר עם הסיגים. קצב הסרת הגופרית יכול להגיע ל-40%-60%.
חידוד דגנים:הקרבידים העדינים (חלקיקי SiC) הנוצרים מהתגובה יכולים לשמש כגרעיני גרעין הטרוגניים במהלך התמצקות פלדה מותכת, זיקוק הגרגירים ושיפור הקשיחות והחוזק של הפלדה.
יתרונות הליבה של סיליקון קרביד כתחליף לפרוזיליקון
| מידות השוואה | סיליקון קרביד (SiC) | פרוסיליקון מסורתי (FeSi75) |
| יעילות שחרור חמצון | תכולת החמצן בפלדה מותכת ירדה מ-80-100 ppm ל-20-30 ppm | תכולת החמצן בפלדה מותכת ירדה מ-80-100 ppm ל-30-50 ppm |
| יכולת הסרת גופרית | קצב הסרת גופרית: 40%-60%, עם הסרת חמצן והסרת גופרית בו זמנית. | הסרת חמצון בלבד, קצב הסרת גופרית<10%. |
| בקרת הכללה | אין תכלילים של Al₂O₃, SiO₂ מוסר בקלות | מכיל תכלילים זעירים של Al₂O₃, קשה להסרה |
| טוהר פלדה | סך הכלים מופחת ב-50%-70% | סך הכלים גבוהים יחסית |
| אפקט חידוד דגנים | עידון גודל גרגר 30%-40% | אין השפעה משמעותית על חידוד התבואה |
| דרגות פלדה תואמות | פלדת אלומיניום נמוכה-, פלדה טהורה במיוחד-, פלדה נושאת וכו'. | פלדת פחמן רגילה, פלדת סגסוגת- נמוכה |
אפקטי יישום מעשיים והתאמה לתרחישים
(1) מקרה יישום טיפוסי
מפעל פלדה גדול השתמש בסיליקון קרביד כדי להחליף את FeSi בעת ייצור פלדה נושאת GCr15 (דרישת אלומיניום נמוכה: Als פחות או שווה ל-0.005%):
אפקט דה חמצון:תכולת החמצן בפלדה המותכת ירדה מ-90ppm ל-25ppm, ירידה של 72.2%;
שינויים בהכללה:תכלילים של Al₂O₃ היו כמעט אפס, ותכולת ההכללה הכוללת ירדה מ-12mg/10kg ל-3.5mg/10kg;
מאפיינים מכניים:חוזק המתיחה גדל מ-1800MPa ל-1950MPa, וקשיחות ההשפעה (-20 מעלות) עלתה מ-28J/cm² ל-42J/cm²;
פישוט תהליכים:לא נדרש חומר נוסף להסרת גופרית, ועלות חומרי העזר לטון פלדה הופחתה ב-30-50 יואן.
(2) תרחישים מתאימים
תרחישי החלפת עדיפות:דרגות פלדה-יותר רגישות לתכלילים, כגון פלדת אלומיניום נמוכה-, פלדה טהורה במיוחד, פלדה נושאת ופלדה קפיצית;
תרחישים לא מתאימים:פלדת פחמן רגילה (עלות גבוהה יותר מסיליקון ברזל, ללא עלות-יתרון ביעילות), דרגות פלדה הדורשות סגסוגת סיליקון- גבוהה (יעילות שחרור תכולת הסיליקון של סיליקון קרביד נמוכה מזו של פרוסיליקון).
נקודות מפתח לבקרת תהליכים
(1) כמות ושיטת התוספת
כמות תוספת:
נשלט ב-0.3%-0.8% ממסת הפלדה המותכת (0.5%-0.8% עבור פלדה מתקדמת, 0.3%-0.5% עבור פלדה מסגסוגת רגילה);
תזמון הוספה:
נוסף עם הזרימה כאשר הקשה של הממיר מגיע ל-1/2, או נוסף בשלב הראשוני של זיקוק תנור LF כדי להבטיח תגובה מספקת;
דרישות פיזיות:
בחר סיליקון קרביד בלוק בגודל של 3-10 מ"מ כדי למנוע שריפה מוגזמת עקב אבקה.
(2) התאמה והתאמת תהליכים
יסודות הסלאג:
בקרת CaO/SiO₂=1.2-1.5 כדי לשפר את יכולת הספיגה של הסיגים עבור SiO₂;
בקרת טמפרטורה:
לשמור על טמפרטורת הפלדה המותכת ב-1550-1600 מעלות כדי להבטיח תגובת פירוק מספקת של SiC;
שימוש משולב:
כאשר מוסיפים בשילוב עםסגסוגות סיליקון סיליקוןופרומנגן, זה יכול לשפר עוד יותר את ההשפעות של הסרת הגופרית והסרת הכללה.
(3) אחסון והגנה
אִחסוּן:
אחסן בסביבה יבשה ומאווררת כדי למנוע חמצון לחות (חמצון יפיק סרט SiO₂, הפחתת תגובתיות);
בְּטִיחוּת:
Keep away from open flames during addition. CO/CO₂ gases must be discharged through the exhaust system to avoid exceeding the workshop gas concentration standard.
