שימוש בסיליקון ברזל בתעשיית הפלדה

הציונים המיינסטרים שלפרוסיליקוןהםFeSi75(Si 72%-80%, Fe 20%-28%) וFeSi70(Si 68%-75%, Fe 25%-32%), עם זיהומים של Al פחות או שווה ל-1.5%, S פחות או שווה ל-0.05%, ו-P פחות או שווה ל-0.04%.

תכונות פיזיקליות:נקודת התכה 1250-1350 מעלות, צפיפות 6.9-7.1 גרם/ס"מ³, המופיעים כגושים אפורים-כסופים (10-50 מ"מ) או גרגירים (1-10 מ"מ), בעלי תכונות מפחיתות חזקות בטמפרטורות גבוהות.

יתרונות ליבה:יעילות שחרור חמצון גבוהה, עלות סגסוגת נמוכה, יכולת הסתגלות חזקה לתהליכים וצריכת פרוסיליקון של כ-3-8 ק"ג לטון פלדה, מה שהופך אותו לחומר הפונקציונלי המרוכב החסכוני ביותר בתעשיית ייצור הפלדה.

(1) פונקציית ליבה 1: ניקוי חמצון-ביעילות גבוהה

פרוסיליקון הוא מסיר החמצון המועדף בייצור פלדה. הוא מסיר זיהומים מזיקים באמצעות התגובה של סיליקון עם חמצן בפלדה מותכת, ומבטיח את טוהר הפלדה:

מנגנון תגובה:

Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe (תגובה ספונטנית בפלדה מותכת ב-1500-1600 מעלות), הצפיפות של ה-SiO₂ שנוצר היא 2.65g/cm³, נמוכה בהרבה מזו של פלדה מותכת (7.8g/cm³), והוא מוסר בקלות עם הסיגים;

השפעה כמותית:

הוספת 0.3%-0.8% FeSi75 יכולה להפחית את תכולת החמצן של פלדה מותכת מ-80-100ppm ל-35-55ppm, עם יעילות דה-אוקסידציה של 45%-65%;

יתרונות השוואתיים:

בהשוואה לסיליקון טהור, דה-חימצון פרוסיליקון עדין יותר, תוך הימנעות מהרתחה אלימה של פלדה מותכת; כאשר נעשה בו שימוש בשילוב עם דה-חמצון מאלומיניום, הוא יכול ליצור נקודת -התכה- נמוכה... תכלילים מרוכבים Al₂O₃・SiO₂ משפרים עוד יותר את אפקט השחרור, ומפחיתים את הכמות הכוללת של תכלילי תחמוצת ב-60%-70%;

(2) תפקיד הליבה שני: חיזוק סגסוגת

סיליקון -פלדת ברזל משפרת באופן מקיף את התכונות המכניות של פלדה באמצעות אפקט מחזק הפתרון המוצק של סיליקון, תוך התאמה לצרכי פלדה בדרגות חוזק שונות:
מנגנון חיזוק: אטומי סיליקון משולבים בסריג הפריט והפרליט, הגורמים לעיוות הסריג, מעכב את תנועת הנקע, ומעדנים את הגרגרים, ובכך משפרים את החוזק, הקשיות ועמידות הפלדה לבלאי;

 שיפור ביצועים כמותי:

פלדה מבנית מסגסוגת נמוכה (Q355):הוספת 0.2%-0.5% FeSi75, שליטה בתכולת הסיליקון בפלדה ל-0.3%-0.6%, חוזק המתיחה עולה מ-345MPa ל-380-400MPa, וחוזק התפוקה עולה ב-10%-15%;
פלדת סיליקון חשמלית (50W470):בהוספת 1.0%-1.5% FeSi75%, תכולת הסיליקון מגיעה ל-... 3.0%-4.5%, מגדילה את החדירות המגנטית ב-20%-30%, מפחיתה את איבוד הברזל ב-15%-25%, מתאים לייצור שנאים וליבות מנוע;

פלדה עמידה-(NM450):הוספת 1.5%-2.0% FerroSilicon 75, יצירת שלב קשיח מרוכב Fe₃C-SiC עם פחמן, הגדלת קשיות הפלדה (HRC) מ-25 ל-45-50, ושיפור עמידות בפני שחיקה ב-40%-60%.

(3) פונקציית ליבה שלישית: מיטוב תהליכים

פרוסיליקון יכול לשפר את הנזילות של פלדה מותכת, לווסת טמפרטורה ולחדד את גודל הגרגר, ולהבטיח את היציבות של תהליכי ייצור ויציקה של פלדה:

 שיפור הנזילות של פלדה מותכת:

מנגנון פעולה:סיליקון מפחית את הצמיגות ואת מתח הפנים של פלדה מותכת, משפר את יכולת המילוי;

השפעה כמותית: הוספת 0.3%-0.5% FeSi75 מגבירה את נזילות הפלדה המותכת ב-15%-20%, ומפחיתה את שיעור הפגמים של "מילוי לא שלם" ו"סגירה קרה" ביציקות של מבנה מורכב מ-1.2% ל-0.3%;

ויסות הטמפרטורה של פלדה מותכת:התגובה בין סיליקון לחמצן היא אקסותרמית. הוספת 0.5% FeSi75 יכולה להעלות את הטמפרטורה של פלדה מותכת ב-30-50 מעלות, תוך הימנעות מפגמי התמצקות הנגרמים על ידי טמפרטורה נמוכה;

 גודל גרגר זיקוק:

מנגנון פעולה:סיליקון מעכב את צמיחת גרגירי האוסטניט ומקדם היווצרות של מבנה גרגר עדין;

השפעה כמותית:הוספת 0.4% FerroSilicon 75% לפלדת סגסוגת נמוכה מעדנת את גודל הגרגירים מ-80 מיקרומטר ל-40-50 מיקרומטר, ומשפרת את קשיחות ההשפעה (-20 מעלות ). 20%-30%.

עדיפות ביצועים:עבור פלדות גבוהות- (פלדת סיליקון חשמלית, פלדה עמידה-לשחיקה), בחר FeSi75 כדי להבטיח יעילות שחרור חמצון ואפקט סגסוג;
יתרת עלויות:עבור פלדות רגילות ופלדות ממוחזרות, בחר בדרגות נמוכות-עד-בינוניות (FeSi70/FeSi65) כדי לשלוט בעלויות חומרי הגלם;