Tại sao hợp kim ferrosilicon có thể được sử dụng làm chất khử oxy trong sản xuất thép và chế phẩm trong đúc

Hợp kim Ferrosiliconsử dụng silicon (Si) và sắt (Fe) làm thành phần cốt lõi. Các loại thông thường chứa 45%-90% silicon, với tạp chất (Al, Ca, S, P) được kiểm soát chặt chẽ. Chức năng kép của chúng xuất phát từ hai đặc điểm cốt lõi:

 Hoạt tính khử oxy mạnh của silicon:Silicon có năng lượng tự do cực thấp để phản ứng với oxy, phản ứng tự phát ở nhiệt độ phòng và các sản phẩm dễ dàng tách ra.
 Khả năng tạo mầm không đồng nhất của silicon:Bán kính nguyên tử của silicon gần bằng bán kính nguyên tử sắt, cho phép nó đóng vai trò là lõi tạo mầm trong quá trình hóa rắn kim loại, tinh chỉnh cấu trúc hạt.

FeSi là chất khử oxy tổng hợp được sử dụng phổ biến nhất trong sản xuất thép. Chức năng cốt lõi của nó là loại bỏ oxy khỏi thép nóng chảy thông qua phản ứng hóa học, từ đó cải thiện độ tinh khiết của thép nóng chảy:

(1) Nguyên lý khử oxy và cơ chế phản ứng

Phản ứng cốt lõi:

Silicon trải qua phản ứng dịch chuyển với FeO trong thép nóng chảy (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe). SiO₂ sinh ra có mật độ chỉ 2,65 g/cm³, thấp hơn nhiều so với thép nóng chảy và sẽ nhanh chóng nổi lên xỉ và bị loại bỏ;

Tác dụng hiệp đồng:

Khi được sử dụng kết hợp với các chất khử oxy hóa ferromanganese và nhôm, nó có thể tạo ra xỉ tổng hợp có điểm -nóng chảy{1}}thấp (chẳng hạn như CaO-SiO₂-Al₂O₃, điểm nóng chảy khoảng 1400 độ ), nâng cao hơn nữa khả năng hấp thụ các tạp chất của xỉ và đạt được hiệu ứng kép là "khử oxy sâu + làm sạch thép nóng chảy".

(2) Hiệu ứng định lượng và thông số ứng dụng

Kiểm soát số lượng bổ sung:

Thêm 0,3%-0,8% (loại FeSi75) khối lượng thép nóng chảy trong quá trình sản xuất thép chuyển đổi có thể làm giảm hàm lượng oxy trong thép nóng chảy từ 80-100ppm xuống 30-50ppm, tăng hiệu suất khử oxy lên 40% so với ferromanganese đơn lẻ.

Khả năng tương thích lớp:

Cấp độ silicon-cao (FerroSilicon 75, FeSi90) có hiệu suất khử oxy cao hơn và phù hợp với các loại thép chất lượng cao; trung bình-cấp silicon thấp (FeSi65, FeSi45) có chi phí thấp hơn và phù hợp với thép cacbon thông thường.

Trong đúc gang, hợp kim ferrosilicon, với vai trò là chất chế phẩm lõi, giúp tăng cường tính chất cơ học của vật đúc bằng cách điều chỉnh cấu trúc hóa rắn:

(1) Nguyên lý cấy và cơ chế sàng lọc hạt

Tạo mầm không đồng nhất:

Các nguyên tử silicon và một lượng nhỏ nhôm, canxi, v.v., trong silic sắt tạo thành các "hạt nhân tạo mầm" nhỏ (chẳng hạn như các hạt SiC, Al₂O₃, kích thước 0,1-1μm) trong quá trình hóa rắn sắt nóng chảy, cung cấp các điểm gắn kết cho kết tủa than chì;

Tối ưu hóa cấu trúc:

Thúc đẩy quá trình chuyển đổi than chì từ "dễ bong tróc" thành "hình cầu mịn/giống như con sâu{0}}," tinh chế các hạt ma trận (kích thước hạt giảm từ 80μm xuống 30-40μm), tránh các vấn đề về giòn do cấu trúc thô gây ra;

Điều chỉnh thành phần:

Việc bổ sung các nguyên tố silicon vào gang (kiểm soát hàm lượng silicon ở mức 2,0% -3,5%) làm giảm xu hướng hình thành sắt trắng và cải thiện khả năng gia công của vật đúc.

(2) Hiệu ứng định lượng và thông số ứng dụng

Kiểm soát số lượng bổ sung:

Trong đúc gang xám, lượng FeSi75% bổ sung được khuyến nghị là 0,2% -0,5% khối lượng sắt nóng chảy, và trong sắt dẻo là 0,1% -0,3%;

Thích ứng quy trình:

Cần thêm 1-3 phút trước khi đổ để đảm bảo hiệu quả cấy ổn định và tránh bổ sung sớm dẫn đến đốt cháy silicon.

(1) Các biện pháp phòng ngừa cho quá trình khử oxy hóa thép

 Tránh bổ sung quá mức:Hàm lượng silic vượt quá 1,0% sẽ làm giảm khả năng hàn của thép và giảm độ bền va đập trên 20%;

 Thời gian bổ sung:Trong sản xuất thép chuyển đổi, nó có thể được thêm vào "trong{0}}dòng" (trong quá trình khai thác), trong khi trong sản xuất thép lò hồ quang điện, nó có thể được thêm vào theo lô để đảm bảo phản ứng đồng đều;

 Kiểm soát tạp chất:Sử dụng ferrosilicon nhôm-thấp (Al Nhỏ hơn hoặc bằng 0,5%) để tránh hình thành các tạp chất Al₂O₃ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt của thép.

(2) Những lưu ý khi tiêm chủng

 Lựa chọn kích thước:Ferrosilicon dùng để cấy cần được nghiền nhỏ đến 1-3mm để đảm bảo hòa tan nhanh và tránh các hạt lớn gây thành phần cục bộ không đồng đều;
 Phương pháp tiêm chủng:Sử dụng "phương pháp đổ{0}}vào" (thêm hợp kim ferrosilicon vào dòng sắt nóng chảy) hoặc "cấy vào dòng" để cải thiện tính đồng nhất;
 Tránh tiêm chủng thứ cấp:Nếu sắt nóng chảy tồn tại quá lâu (hơn 10 phút), cần thêm hợp kim 10% -20% FeSi để duy trì hiệu quả cấy ghép.