Khả năng khử oxy củaferrosiliconvề cơ bản là do khả năng phản ứng cao của silicon với oxy và tính ổn định của sản phẩm. Cơ chế cụ thể như sau:
Cơ sở nhiệt động học của ái lực oxy mạnh:
Năng lượng tự do phản ứng hóa học giữa silicon (Si) và oxy (O) cực kỳ thấp (2SiO + O₂=2SiO₂, ΔG₂₀₀₀K=-1520kJ/mol), thấp hơn nhiều so với năng lượng tự do giữa sắt và oxy (2Fe + O₂=2FeO, ΔG₂₀₀₀K=-540kJ/mol). Điều này có nghĩa là ở nhiệt độ cao, silicon ưu tiên kết hợp với oxy, về cơ bản loại bỏ oxy khỏi thép/sắt nóng chảy.
Dễ dàng loại bỏ các sản phẩm phản ứng:
Silicon phản ứng với oxy tạo thành silicon dioxide (SiO₂), có nhiệt độ nóng chảy cao 1713 độ. Trong thép nóng chảy (1500-1600 độ ), nó tồn tại dưới dạng hạt rắn với mật độ (2,65 g/cm³) thấp hơn nhiều so với thép nóng chảy (7,8 g/cm³). Nó nhanh chóng nổi lên bề mặt thép nóng chảy và được loại bỏ cùng với xỉ, đạt được hiệu quả tách oxy.
Độ ổn định nhiệt độ-cao đảm bảo phản ứng hoàn toàn:
Silicon có nhiệt độ nóng chảy là 1410 độ, trong khi hợp kim silic sắt (nhưFeSi75) có nhiệt độ nóng chảy khoảng 1200 độ , thấp hơn so với-môi trường nhiệt độ cao của quá trình sản xuất/đúc thép (1500-1600 độ ). Sau khi thêm vào, FeSi tan chảy nhanh chóng, cho phép các nguyên tử silicon khuếch tán hoàn toàn và phản ứng hoàn toàn với oxy, tránh quá trình khử oxy cục bộ không hoàn toàn.
Các đặc điểm chính hỗ trợ quá trình khử oxy Ferrosilicon
Hàm lượng Silicon cao nâng cao khả năng khử oxy:
Các loại ferrosilicon công nghiệp thường được sử dụng là FeSi75 (hàm lượng silicon 72% -80%) vàFeSi65(hàm lượng silicon 60%-65%). Hàm lượng silic càng cao thì hiệu suất khử oxy trên một đơn vị khối lượng ferrosilicon càng cao. Ví dụ, 1 kg Ferro Silicon 75% có thể loại bỏ khoảng 0,4 kg oxy khỏi thép nóng chảy, gấp 1,5-2 lần so với hợp kim có hàm lượng silicon thấp.
Tốc độ phản ứng thích ứng với quá trình luyện kim:
Tốc độ phản ứng giữa silicon và oxy tăng theo nhiệt độ. Trên 1500 độ, phản ứng có thể hoàn thành trong vòng vài phút, đáp ứng yêu cầu của quy trình sản xuất thép về "khử oxy nhanh và rút ngắn chu trình nấu chảy", tránh quá trình oxy hóa thứ cấp của thép nóng chảy do thời gian khử oxy quá dài.
Không có tạp chất có hại được đưa vào:
Thành phần chính của Ferro silic chỉ có silicon và sắt, không chứa các nguyên tố có hại như lưu huỳnh và phốt pho (công nghiệp-cấp 75# FeSi yêu cầu S Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05%, P Nhỏ hơn hoặc bằng 0,04%). Nó không làm ô nhiễm thép nóng chảy trong quá trình khử oxy, đảm bảo độ tinh khiết của vật liệu kim loại.
Ứng dụng thực tế và tác dụng của quá trình khử oxy Ferrosilicon
Khử oxy chính trong luyện thép:
Trong quá trình sản xuất thép bằng lò điện và lò chuyển điện, hợp kim ferrosilicon thường được sử dụng kết hợp với ferromanganese và nhôm ("ferrosilicon-khử oxy trước mangan- + khử oxy cuối cùng bằng nhôm"). Việc bổ sung FerroSilicon 75% thường là 0,3% -0,8% khối lượng thép nóng chảy, có thể làm giảm hàm lượng oxy trong thép nóng chảy từ 80-100ppm xuống 30-50ppm, giảm tạp chất oxit và cải thiện độ bền và hiệu suất xử lý của thép.
Khử oxy trong lò đúc:
Trong sản xuất sắt dẻo và gang xám, hợp kim fesi có thể đồng thời đạt được cả hiệu quả khử oxy và tiêm chủng. Thêm 0,2% -0,5% FeSi 75 có thể loại bỏ oxy khỏi sắt nóng chảy (ngăn chặn sự hình thành các tạp chất oxit ảnh hưởng đến quá trình hình cầu than chì) và thúc đẩy kết tủa than chì, do đó cải thiện tính chất cơ học của vật đúc.
Khử oxy hợp kim đặc biệt:
Trong sản xuất thép không gỉ và thép hợp kim thấp{0}}, việc sử dụngferrosilicon nhôm-thấp(Al Nhỏ hơn hoặc bằng 1%) có thể ngăn chặn sự hình thành tạp chất AlN từ nhôm phản ứng với nitơ trong thép, đảm bảo khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn của hợp kim.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả khử oxy Ferrosilicon
Lựa chọn lớp Ferrosilicon:
Đối với các loại thép có yêu cầu-cao (chẳng hạn như thép chịu lực và thép lò xo), FeSi75 được ưu tiên sử dụng để đảm bảo quá trình khử oxy triệt để; đối với thép cacbon thông thường, FeSi65 có thể được sử dụng để cân bằng giữa chi phí và hiệu quả.
Thời gian và phương pháp bổ sung:
Nó nên được thêm vào trước hoặc trong quá trình khai thác thép nóng chảy để tránh việc bổ sung sớm dẫn đến quá trình oxy hóa silicon bởi xỉ; lò điện lớn có thể sử dụng phương pháp "dòng chảy{0}}bổ sung" để đảm bảo trộn kỹ ferrosilicon và thép nóng chảy.
Kiểm soát nhiệt độ thép:
Khi nhiệt độ dưới 1400 độ, tốc độ phản ứng giữa silicon và oxy giảm đáng kể. Cần đảm bảo nhiệt độ thép không giảm xuống dưới 1500 độ để tránh làm giảm hiệu quả khử oxy.
Kết hợp tính cơ bản của xỉ:
Khi độ bazơ của xỉ (CaO/SiO₂) được kiểm soát trong khoảng từ 1,8 đến 2,2, nó sẽ thúc đẩy sự kết hợp giữa SiO₂ và CaO để tạo thành xỉ canxi silicat (CaSiO₃), làm giảm khả năng hòa tan lại của SiO₂ vào thép và cải thiện độ ổn định khử oxy.
Ưu điểm và giá trị công nghiệp của quá trình khử oxy ferrosilicon
Hiệu quả chi phí-cao:
Chi phí khử oxy của ferrosilicon chỉ bằng 1/3 đến 1/2 so với nhôm và được bán rộng rãi, khiến nó trở thành chất khử oxy tiết kiệm nhất trong-quy mô sản xuất công nghiệp.
Khả năng thích ứng quy trình mạnh mẽ:
Nó có thể thích ứng với các thiết bị luyện kim khác nhau như bộ chuyển đổi, lò điện và xưởng đúc mà không cần sửa đổi quy trình bổ sung và dễ vận hành.
Nó có nhiều chức năng:
trong khi khử oxy, nó có thể bổ sung silicon và điều chỉnh thành phần của thép/sắt (chẳng hạn như cải thiện độ bền của thép và hiệu suất đúc của gang), do đó đạt được "một vật liệu cho nhiều mục đích sử dụng".
