70–75% ränisisaldusega ferrosiliitsiumi sulami põhjalik analüüs

Terast kui kaasaegse tööstuse nurgakivi kasutatakse laialdaselt ehituses, transpordis, energeetikas, masinate tootmises ja muudes valdkondades. Alates kõrguvatest pilvelõhkujatest kuni kiirrongideni-, suurtest kaubalaevadest kuni keerukate masinateni – teras on kõikjal ja toetab kaasaegse ühiskonna toimimist. Pole liialdus öelda, et ilma teraseta oleks kaasaegse tööstuse areng äärmiselt keeruline. Terase sulatamise keerulises protsessis ränisisaldus 70%-75%.ferrosiliitsiumi sulammängib üliolulist rolli, tõeliselt lavatagune--kangelane. Kuigi näiliselt tavaline, mängib see terase kvaliteedis ja jõudluses võtmerolli, mõjutades otseselt selle kasutamist erinevates valdkondades.

(I) Koostis ja omadused

Nagu nimigi ütleb, on 70%-75% ränisisaldusega fesi sulami põhikomponendid räni (Si) ja raud (Fe). Seda tüüpi sulamites jääb ränisisaldus kriitilisse vahemikku 70–75%, nagu on näha tavalistes sulamites naguferrosilicon 70, ferrosilicon 72jaferrosilicon 75. Ülejäänud osa koosneb peamiselt rauast ja väikestest kogustest muudest elementidest, nagu alumiinium (Al), kaltsium (Ca) ja mangaan (Mn). Kuigi need mikroelemendid moodustavad väikese protsendi, mõjutavad need oluliselt sulami omadusi.

(II) Tootmisprotsessi ülevaade

70%-75% ränisisaldusega ferrosulamite tootmisprotsess on keeruline ja delikaatne protsess, milles praegu kasutatakse peamiselt elektriahjus sulatamist. Tooraineks on peamiselt ränidioksiid, koks ja terasejäägid. Räni on peamine räniallikas, mis nõuab sulami piisava ränivaru tagamiseks suurt ränidioksiidi (SiO₂) sisaldust, tavaliselt üle 97%. Koksil kui redutseerijana on sulatusprotsessis ülioluline roll, kuna see vajab suurt fikseeritud süsinikusisaldust ning madalat tuha- ja lenduvate ainete sisaldust; tavaliselt peab fikseeritud süsinikusisaldus jõudma üle 85%, et ränidioksiidist kõrgel temperatuuril tõhusalt vähendada räni. Terasejäägid annavad sulamile rauda ning aitavad reguleerida ka selle koostist ja omadusi.

Tootmise ajal tuleb toorainet esmalt{0}}eeltöödelda. Ränidioksiid purustatakse sobivaks suuruseks, et tagada sulatamisel piisav reaktsioon. Samuti tuleb koksi sõeluda ja töödelda, et eemaldada lisandid ja tagada stabiilne kvaliteet. Seejärel segatakse ränidioksiid, koks ja terasejäägid kindlas vahekorras, mis tuleb sihtmärgiks oleva ferrosiliitsiumi sulami koostise ja tooraine tegelike tingimuste põhjal täpselt välja arvutada. Valmistatud tooraine lisatakse elektriahju. Kõrgel temperatuuril läbivad koks ja ränidioksiidi redutseerimisreaktsioon, redutseerides ränidioksiidis sisalduva ränidioksiidi elementaarseks räniks. See elementaarne räni sulandub seejärel terasejäätmetes rauaga, moodustades järk-järgult ferrosiliitsiumi sulami. Kui sulam saavutab etteantud koostise ja temperatuuri, eemaldatakse see elektriahjust, valatakse ja jahutatakse, et saada soovitud 70–75% ränisisaldusega ferrosiliitsiumisulamist toode.

(I) Deoksüdatsioonipõhimõtte põhjalik{0}}analüüs

Terase tootmisprotsessis on sulaterase hapnik üks peamisi terase kvaliteeti mõjutavaid tegureid. Liigne hapnik võib tahkestumise ajal põhjustada defekte, nagu poorsus ja lõtvus, mis vähendab terase tugevust, sitkust ja korrosioonikindlust. 70–75% ränisisaldusega ferrosiliasisulam võib deoksüdeerijana tõhusalt eemaldada sulaterasest hapnikku. Selle deoksüdatsioonipõhimõte põhineb räni ja hapniku vahelisel keemilisel reaktsioonil.

Kui sulaterasele lisatakse ferrosiliitsiumi sulam, reageerib räni (Si) keemiliselt sulaterase hapnikuga. Selles reaktsioonis ühinevad räni aatomid hapnikuaatomitega, moodustades ränidioksiidi (SiO₂). Ränidioksiidil on kõrge sulamistemperatuur, tavaliselt umbes 1710 kraadi, ja see esineb sulaterase temperatuuril tahkes või vedelas olekus. Kuna ränidioksiid on vähem tihe kui sulateras, ujub see segamise ja ujuvuse mõjul järk-järgult sulaterase pinnale, sisenedes räbu ja saavutades seeläbi terase deoksüdatsiooni.

(II) Olulised eelised võrreldes teiste desoksüdeerijatega

Terasetootmises on lisaks 70–75% ränisisaldusega ferrosiliitsiumisulamitele tavaliselt kasutatavad deoksüdeerijad ferromangaan ja alumiinium. Nende deoksüdeerijatega võrreldes on ferrosiliitsiumi sulamitel palju olulisi eeliseid.

Ferrosiliitsiumi sulamitel on tugevam deoksüdatsioonivõime.

Sulaterase temperatuuril 1600 kraadi on räni deoksüdatsioonikonstant suhteliselt väike, mis tähendab, et ränil on suurem afiinsus hapniku suhtes ja see suudab tõhusamalt sulaterasest hapnikku ühendada ja sealt eemaldada. Asjakohased katseandmed näitavad, et samadel tingimustel on ferrosiliitsiumi sulami deoksüdatsioonitõhusus 20–30% kõrgem kui ferromangaanil. Lisaks reageerib ferrosiliitsiumi sulam hapnikuga kiiremini, vähendades sulaterase hapnikusisaldust lühema ajaga ja parandades tootmise efektiivsust.

Ferrosiliitsiumi sulamil on kulueelis.

Ferromangaani tootmisprotsess on suhteliselt keerukas ja toorainekulud on kõrgemad, mistõttu on hind suhteliselt kallis. Kui alumiiniumil kui desoksüdeerijal on tugev desoksüdatsioonivõime, siis selle kõrge hind ja kalduvus kasutamise käigus raisku minna tõstavad tootmiskulusid. Seevastu ferrosiliitsiumi sulamil on suhteliselt küps tootmisprotsess, laialdaselt kättesaadavad toorained ning suhteliselt stabiilne ja odav hind. Turuhindade statistika kohaselt on ferrosiliitsiumi sulami hind tavaliselt 10–20% madalam kui ferromangaanil ja 30–50% madalam kui alumiiniumil. See võimaldab teraseettevõtetel ferrosiliitsiumi sulami kasutamisel deoksüdeerijana tõhusalt vähendada tootmiskulusid ja parandada majanduslikku efektiivsust.

Muud ferrosiliitsiumi sulami eelised

Kaasake sulaterase kvaliteedi parandamine deoksüdeerimise ajal. Räni on tõhus legeerelement. Kui sulaterasele lisatakse ferrosiliitsiumi sulam, lahustub lisaks deoksüdatsioonile ka ülejäänud räni terases, suurendades terase tugevust, kõvadust ja elastsust.

Terasetööstuses mängivad 70%-75% ränisisaldusega ferrosiliitsiumi sulamid oma ainulaadsete omaduste tõttu asendamatut rolli eri tüüpi terase tootmisel.

 Konstruktsiooniterase tootmisel, mida kasutatakse laialdaselt ehituses, sildade ja masinate tootmises, esitatakse tugevusele ja sitkusele ranged nõuded. 70%-75% ränisisaldusega ferrosiliitsiumi sulamite lisamine parandab oluliselt konstruktsiooniterase tugevust ja sitkust. Kui sulaterasele lisatakse ferrosiliitsiumi sulameid, lahustub ränielement terases, moodustades rauaaatomitega tahke lahuse, tekitades seeläbi tahke lahuse tugevdamise ja terase tugevuse suurendamise. Räni puhastab ka terase terasid, muutes terase mikrostruktuuri ühtlasemaks, suurendades seeläbi terase sitkust.

 Tööriistaterast kasutatakse peamiselt erinevate lõikeriistade, vormide ja mõõteriistade valmistamiseks, millel on ülikõrged kõvaduse ja kulumiskindluse nõuded. 70%-75% ränisisaldusega ferrosilikoonsulamid mängivad tööriistaterase tootmisel võtmerolli, suurendades tõhusalt tööriistaterase kõvadust ja kulumiskindlust. Räni võib ühineda terases oleva süsinikuga, moodustades kõvasid faase, nagu ränikarbiid (SiC). Need kõvad faasid on terasmaatriksis ühtlaselt jaotunud, nagu lugematu arv terasse sisseehitatud pisikesi kõvasid osakesi, mis parandavad oluliselt terase kõvadust ja kulumiskindlust.

 Roostevaba terast kasutatakse laialdaselt keemiatööstuses, toidu- ja meditsiinivaldkonnas tänu oma suurepärasele korrosioonikindlusele. 70%-75% ränisisaldusega ferrosiliitsiumi sulameid kasutatakse peamiselt roostevaba terase tootmisel, et parandada selle korrosioonikindlust. Roostevabast terasest räni võib soodustada kroomi (Cr) passiivsusefekti, moodustades roostevaba terase pinnale tihedama ja stabiilsema passiveerimiskile, suurendades seeläbi selle korrosioonikindlust.

(I) Lisamise koguse täpne kontroll

Lisatava koguse täpne juhtimine on ülioluline 70–75% ränisisaldusega ferrosiliitsiumi sulamite kasutamisel. See nõuab täpset arvutamist, mis põhineb sulaterase hapnikusisaldusel ja sihtsisaldusel. Tegelikus tootmises saab sulaterase täpset hapnikusisaldust mõõta terasest hapniku määramise seadmega. Seejärel määratakse lisatava ferrosiliitsiumi sulami kogus deoksüdatsioonireaktsiooni stöhhiomeetrilise seose ja terase klassi ränisisalduse nõuete alusel.

Kui lisatakse liiga palju ferrosiliitsiumi sulamit, ületab ränisisaldus terases normi. See võib põhjustada terase külmahaprust, mis vähendab oluliselt selle tugevust madalatel temperatuuridel ja muudab selle hapraks murdumiseks. Liigne räni võib suurendada ka terase kõvadust, vähendada selle plastilisust ja tugevust ning mõjutada selle töötlemisvõimet, näiteks muuta see valtsimis- ja sepistamisprotsesside käigus pragunemisohtlikuks.

Kui räni lisatakse liiga vähe, on sulaterase deoksüdatsioon puudulik. Sulaterase jääkhapnik reageerib teiste elementidega, moodustades oksiidisulgusid, mis vähendab terase tugevust, sitkust ja väsimust. Samuti võib see tahkestumise ajal põhjustada defekte, nagu poorsus ja lõtvus, mis mõjutab terase kvaliteeti ja välimust.

(II) Temperatuuri oluline mõju

Temperatuur on üks peamisi tegureid, mis mõjutab ferrosiliitsiumi sulamite deoksüdatsiooniefekti, mille ränisisaldus on 70–75%. Deoksüdatsioon on keemiline reaktsioon, mis nõuab sobivat temperatuuri. Üldiselt on terase temperatuurivahemikus 1580–1650 kraadi ferrosiliitsiumi sulamite ja sulaterase hapniku vaheline reaktsioon suhteliselt täielik, mille tulemuseks on parem deoksüdatsioon.

Kui sulaterase temperatuur on liiga madal, väheneb deoksüdatsioonireaktsiooni kiirus oluliselt. Selle põhjuseks on asjaolu, et madalamad temperatuurid vähendavad molekulaarset aktiivsust, vähendades räni ja hapniku aatomite kokkupõrgete tõenäosust, muutes reaktsiooni sujuva kulgemise keeruliseks.

Liiga kõrged temperatuurid on samuti deoksüdatsioonireaktsioonile kahjulikud. Ühest küljest võivad liiga kõrged temperatuurid põhjustada ränidioksiidi (SiO₂) lagunemist, vabastades uuesti hapnikku, mis toob kaasa halvema deoksüdatsiooniefekti. Teisest küljest suurendavad kõrged temperatuurid teiste sulaterase elementide aktiivsust, konkureerides energia pärast räniga, tarbides ferrosiliitsiumi sulamit ja vähendades seega deoksüdatsiooni efektiivsust.

(III) Räbu faasitöötluse vajadus

Kui deoksüdatsiooniks kasutatakse 70–75% ränisisaldusega ferrosiliitsiumi sulameid, tekib ränidioksiidi (SiO₂) räbu. Tekkinud ränidioksiidi räbu õigeaegne eemaldamine on hädavajalik.

Ränidioksiidi räbu esinemine kujutab sulaterasele mitmeid terviseriske. Kui seda ei eemaldata kohe, võib see terasesse kinni jääda, moodustades mitte-metallilisi kandjaid. Need lisamised häirivad terase mikrostruktuuri järjepidevust, vähendades selle tugevust, sitkust ja väsimust. Lisandid võivad toimida ka pragude tekkekohtadena, käivitades kergesti pragude levimise ja põhjustades välisjõudude mõjul terase purunemise.

Räniräbu mõjutab ka sulaterase voolavust. See suurendab terase viskoossust, muutes valuvormi täitmise keeruliseks, põhjustades kergesti defekte, nagu mittetäielik täitmine ja külmsulgumised, mis mõjutavad valandite kvaliteeti. Halb voolavus võib suurte ja keeruliste detailide valamisel põhjustada teatud piirkondade mittetäielikku täitmist, tühimike või defektide moodustumist, mis vähendab saagikust.

Praegu on ferrosiliitsiumi sulamite turg suur ja stabiilne ning Hiinal on kogu maailmas turgu valitsev positsioon. Kahekordse-süsiniku strateegia edenemise ja järgtööstuse nõudmiste muutumise tõttu seisab tööstus aga silmitsi uute arenguvõimaluste ja väljakutsetega. Tulevikus saab tehnoloogilisest innovatsioonist tööstuse arengu peamine liikumapanev jõud ning keskkonnasäästlikud, vähese süsinikdioksiidiheitega ja suure jõudlusega-ferrosiliitsiumisulamist tooted muutuvad turul peavooluks.