מדוע סגסוגת פרוסיליקון יכולה לשמש גם כמסיר חמצון בייצור פלדה וגם כחומר חיסון ביציקה

סגסוגות פרוסיליקוןהשתמשו בסיליקון (Si) ובברזל (Fe) כמרכיבי הליבה שלהם. ציונים נפוצים מכילים 45%-90% סיליקון, עם זיהומים (Al, Ca, S, P) בפיקוח קפדני. הפונקציות הכפולות שלהם נובעות משני מאפיינים מרכזיים:

 פעילות שחרור חמצון חזקה של סיליקון:לסיליקון יש אנרגיה חופשית נמוכה במיוחד לתגובה עם חמצן, מגיבה ספונטנית בטמפרטורת החדר, והמוצרים מופרדים בקלות.
 יכולת גרעין הטרוגנית של סיליקון:הרדיוס האטומי של סיליקון קרוב לזה של אטומי ברזל, מה שמאפשר לו לשמש כגרעין גרעין במהלך התמצקות מתכת, ומעדן את מבנה הגרגר.

FeSi הוא מסיר החמצון המרוכב הנפוץ ביותר בייצור פלדה. תפקידו העיקרי הוא להסיר חמצן מפלדה מותכת באמצעות תגובה כימית, ובכך לשפר את טוהר הפלדה המותכת:

(1) עקרון דה-אוקסידציה ומנגנון תגובה

תגובת ליבה:

הסיליקון עובר תגובת עקירה עם FeO בפלדה המותכת (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe). ל-SiO₂ שנוצר יש צפיפות של 2.65 גרם/ס"מ בלבד, נמוכה בהרבה מזו של הפלדה המותכת, והוא יצוף במהירות אל הסיגים ויוסר;

אפקט סינרגטי:

בשימוש בשילוב עם חומרי חימצון פרומנגן ואלומיניום, הוא יכול ליצור סיגים מורכבים בנקודת -התכה-נמוכה (כגון CaO-SiO₂-Al₂O₃, נקודת התכה בסביבות 1400 מעלות), ולהגביר עוד יותר את יכולת ההחמצה של הסיגים של ספיגה וספיגה של ספיגה. טיהור פלדה מותכת".

(2) אפקטים כמותיים ופרמטרים של יישום

בקרת כמות הוספה:

הוספת 0.3%-0.8% (דרגת FeSi75) ממסת הפלדה המותכת במהלך ייצור פלדה מממיר יכולה להפחית את תכולת החמצן של הפלדה המותכת מ-80-100ppm ל-30-50ppm, להגדיל את יעילות ההתחמצנות ב-40% בהשוואה לפרומנגן בודד.

תאימות ציונים:

ציוני-סיליקון גבוהים (FerroSilicon 75, FeSi90) בעלי יעילות שחרור חמצון גבוהה יותר והם מתאימים לפלדות באיכות גבוהה-; ציוני סיליקון בינוניים-נמוכים (FeSi65, FeSi45) בעלי עלויות נמוכות יותר והם מתאימים לפלדות פחמן רגילות.

ביציקת ברזל יצוק, סגסוגת פרוסיליקון, כחומר חיסון ליבה, משפרת את התכונות המכניות של יציקות על ידי ויסות מבנה ההתמצקות:

(1) עקרון החיסון ומנגנון חידוד התבואה

גרעין הטרוגני:

אטומי סיליקון וכמויות קורט של אלומיניום, סידן וכו', בסיליקון ברזל יוצרים "גרעיני גרעין" זעירים (כגון חלקיקי SiC, Al₂O₃, בגודל 0.1-1μm) במהלך התמצקות ברזל מותך, מה שמספק נקודות התקשרות למשקעי גרפיט;

אופטימיזציה של מבנה:

מקדם את הטרנספורמציה של גרפיט מ"מתקלף" ל"דמוי כדורי/תולעת-עדין", עידון גרגירי המטריצה ​​(גודל גרגיר מופחת מ-80 מיקרומטר ל-30-40 מיקרומטר), הימנעות מבעיות שבריריות הנגרמות על ידי מבנים גסים;

התאמת הרכב:

השלמת אלמנטים של סיליקון לתוך ברזל יצוק (שליטה בתכולת הסיליקון ל-2.0%-3.5%) מפחיתה את הנטייה להיווצרות ברזל לבן ומשפרת את יכולת העיבוד של היציקות.

(2) אפקטים כמותיים ופרמטרים של יישום

בקרת כמות הוספה:

ביציקת ברזל יצוק אפור, כמות התוספת המומלצת של FeSi75% היא 0.2%-0.5% ממסת הברזל המותך, ובברזל רקיע היא 0.1%-0.3%;

התאמת תהליך:

יש להוסיף אותו 1-3 דקות לפני המזיגה כדי להבטיח אפקט חיסון יציב ולהימנע מהוספה מוקדמת המובילה לשריפת סיליקון.

(1) אמצעי זהירות לניקוי חמצון בייצור פלדה

 הימנע מתוספת מוגזמת:תכולת סיליקון העולה על 1.0% תוביל לירידה ביכולת הריתוך של פלדה ולהפחתה בקשיחות ההשפעה של יותר מ-20%;

 תזמון הוספה:בייצור פלדה מממיר, ניתן להוסיף אותו "ב-זרם" (במהלך הקשה), בעוד בייצור פלדה בתנורי קשת חשמליים, ניתן להוסיף אותו בקבוצות כדי להבטיח תגובה אחידה;

 בקרת טומאה:השתמש ב--אלומיניום פרוסיליקון נמוך (Al פחות או שווה ל-0.5%) כדי למנוע היווצרות של תכלילים Al₂O₃, המשפיעים על איכות פני השטח של הפלדה.

(2) אמצעי זהירות עבור חיסון יציקה

 בחירת גודל:פרוסיליקון המשמש לחיסון צריך להיות מרוסק ל-1-3 מ"מ כדי להבטיח פירוק מהיר ולהימנע מחלקיקים גדולים הגורמים להרכב מקומי לא אחיד;
 שיטת חיסון:השתמש ב"שיטה-לשפוך" (הוספת סגסוגת סיליקון ברזל לזרימת הברזל המותך) או "חיסון-בזרימה" כדי לשפר את האחידות;
 הימנע חיסון משני:אם הברזל המותך נשאר זמן רב מדי (יותר מ-10 דקות), יש להוסיף 10%-20% סגסוגת FeSi כדי לשמור על אפקט החיסון.