Tại sao kim loại silicon chủ yếu được sử dụng trong ngành hợp kim nhôm hơn là sản xuất thép và đúc?

kim loại silic(Si Lớn hơn hoặc bằng 98%) thống trị ngành hợp kim nhôm do có độ tinh khiết cao và ít tạp chất, trong khi sản xuất thép và đúc có xu hướng ưa chuộngferrosilicon (FeSi). Sự khác biệt cốt lõi này xuất phát từ sự kết hợp chính xác giữa khả năng tương thích về mặt cấu trúc, hiệu quả chi phí{1}}và các yêu cầu về chức năng.

Sự khác biệt về thành phần và tính chất giữa kim loại silicon và silic sắt xác định trực tiếp các lĩnh vực ứng dụng của chúng:

(1) Nhu cầu khắt khe của hợp kim nhôm về “ít sắt và nhiều silicon”:

Yêu cầu kiểm soát tạp chất:Hợp kim nhôm (đặc biệt là loại cao cấp) cực kỳ nhạy cảm với tạp chất sắt (Fe nhỏ hơn hoặc bằng 0,3%). kim loại silicon có hàm lượng Fe Nhỏ hơn hoặc bằng 0,4% (Lớp silicon 441 #) sẽ không làm cho hàm lượng sắt trong nhôm vượt quá tiêu chuẩn. Tuy nhiên, nếu sử dụng ferrosilicon (Fe Lớn hơn hoặc bằng 25%), hàm lượng Fe trong nhôm sẽ nhanh chóng tăng lên trên 1,5%, tạo thành pha giòn AlFeSi, dẫn đến độ bền kéo giảm 30% và độ giãn dài giảm xuống dưới 5%, khiến nó không phù hợp cho các ứng dụng cốt lõi như biên dạng tòa nhà và phụ tùng ô tô.

Tăng cường hợp kim và tối ưu hóa khả năng chảy:

Cơ chế tác dụng:Các nguyên tử silicon tích hợp vào ma trận nhôm, gây biến dạng mạng tinh thể và cải thiện độ bền và độ cứng; đồng thời, nó làm giảm độ nhớt của chất lỏng hợp kim, cải thiện khả năng chảy của vật đúc và giảm các khuyết tật "đúc không hoàn chỉnh";

(2) Sự phù hợp chính xác giữa chi phí và chức năng

Lợi thế về hiệu quả-chi phí ứng dụng cao cấp-:Mặc dù giá thành của kim loại silicon cao hơn ferrosilicon nhưng các ứng dụng{0}}cao cấp của hợp kim nhôm có yêu cầu nghiêm ngặt về độ tinh khiết. Đặc tính tạp chất thấp của kim loại silicon có thể tránh được chi phí tinh chế tiếp theo và chi phí tổng thể thấp hơn 20% -30% so với giải pháp "ferrosilicon + tinh chế";

Chức năng không thể thay thế:Độ tinh khiết cao của kim loại silicon làm cho nó trở thành nguyên liệu thô cốt lõi để đúc chính xác các hợp kim nhôm. Ngoài ra, khả năng chảy của chất lỏng hợp kim tăng 20% ​​-30% và tỷ lệ khuyết tật độ xốp của vật đúc chính xác (chẳng hạn như khối xi lanh động cơ) giảm từ 1,2% xuống 0,3%, đây là điều mà ferrosilicon không thể đạt được.

(1) Sản xuất thép: Ưu điểm kép của Ferrosilicon trong "Khử oxy + Hợp kim hóa"

Sự khác biệt về hiệu quả khử oxy:

Si và Fe của Ferrosilicon phối hợp với nhau để khử oxy hóa (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe), đạt hiệu suất khử oxy cao hơn 20%-30% so với silicon kim loại. Thêm 0,3% -0,8% có thể làm giảm hàm lượng oxy trong thép nóng chảy từ 80ppm xuống 35ppm; trong khi silicon kim loại cần 0,5% -1,0% để đạt được hiệu quả tương tự và giá thành của nó cao hơn 30%.

Khả năng tương thích hợp kim:

Sản xuất thép đòi hỏi phải bổ sung đồng thời Fe. Ferrosilicon chứa 25%-70% Fe, cho phép bổ sung sắt trực tiếp vào thép nóng chảy, tránh phải bổ sung thêm thép phế liệu; silicon kim loại không chứa Fe nên cần nguồn sắt riêng dẫn đến quy trình rườm rà và giá thành tăng cao.

(2) Trường đúc: Chi phí cân bằng và hiệu quả tiêm chủng của Ferrosilicon

Lợi thế chi phí đáng kể:

Đúc có yêu cầu về tạp chất thấp hơn so với hợp kim nhôm và ferrosilicon có giá thấp hơn 30%-50% so với silicon kim loại, khiến nó phù hợp để sản xuất gang và thép đúc thông thường ở quy mô lớn;

Hiệu quả tiêm chủng phù hợp hơn:

Fe trong ferrosilicon có thể thúc đẩy kết tủa grafit hóa và tinh chỉnh kích thước hạt của vật đúc, trong khi độ tinh khiết cao của silicon kim loại có thể làm giảm hiệu quả cấy ghép, đòi hỏi phải bổ sung chế phẩm (chẳng hạn như hợp kim canxi-silicon), làm tăng thêm chi phí.