Alhliða greining á 70%-75% kísilinnihaldi kísiljárnblendi

Stál, sem hornsteinn nútíma iðnaðar, er mikið notað í byggingariðnaði, flutningum, orku, vélaframleiðslu og öðrum sviðum. Allt frá háum skýjakljúfum til-háhraðalesta, frá stórum flutningaskipum til háþróaðra véla, stál er alls staðar nálægt og styður rekstur nútímasamfélags. Það er ekki ofmælt að án stáls væri þróun nútíma iðnaðar afar erfið. Í flóknu ferli stálbræðslu, 70% -75% sílikoninnihaldkísiljárnblendigegnir mikilvægu hlutverki, sannarlega hetja á bak við--tjöldin. Þó að það virðist venjulegt, gegnir það lykilhlutverki í gæðum og frammistöðu stáls, sem hefur bein áhrif á notkun þess á ýmsum sviðum.

(I) Samsetning og einkenni

Eins og nafnið gefur til kynna eru helstu þættir 70% -75% kísilinnihalds fesi álfelgur kísill (Si) og járn (Fe). Í þessari tegund af málmblöndur fellur kísilinnihaldið innan marksviðsins 70%-75%, eins og sést í algengum málmblöndur eins ogkísiljárn 70, kísiljárn 72, ogkísiljárn 75. Hluturinn sem eftir er samanstendur aðallega af járni og snefilmagni af öðrum frumefnum eins og áli (Al), kalsíum (Ca) og mangani (Mn). Þrátt fyrir að þessi snefilefni séu lítið hlutfall hafa þau veruleg áhrif á eiginleika málmblöndunnar.

(II) Yfirlit yfir framleiðsluferli

Framleiðsluferlið 70%-75% kísiljárnsjárnblendi sem inniheldur kísil er flókið og viðkvæmt ferli, þar sem nú er fyrst og fremst verið að nota rafofnabræðslu. Hráefnin eru aðallega kísil, kók og stál rusl. Kísil er aðal uppspretta kísils, sem krefst mikils kísildíoxíðs (SiO₂), yfirleitt yfir 97%, til að tryggja nægjanlegt kísilframboð fyrir málmblönduna. Kók, sem afoxunarefni, gegnir mikilvægu hlutverki í bræðsluferlinu, þarf hátt fast kolefnisinnihald og lítið innihald ösku og rokgjarnra efna; venjulega þarf fasta kolefnisinnihaldið að ná yfir 85% til að draga úr kísil úr kísilinu á áhrifaríkan hátt við háan hita. Stálrusl veitir málmblöndunni járn og hjálpar einnig að stilla samsetningu þess og eiginleika.

Meðan á framleiðslu stendur verður fyrst að formeðhöndla hráefnin.- Kísilið er mulið í viðeigandi stærðir til að tryggja nægjanleg viðbrögð við bræðslu. Einnig þarf að skima og vinna kókið til að fjarlægja óhreinindi og tryggja stöðug gæði. Síðan er kísil, kók og stálrusl blandað saman í ákveðnu hlutfalli sem þarf að reikna nákvæmlega út frá samsetningu kísiljárnsblendisins og raunverulegum aðstæðum hráefnisins. Tilbúnu hráefninu er bætt í rafmagnsofn. Við hátt hitastig verða kók og kísil afoxunarviðbrögð, sem minnkar kísildíoxíð í kísilinu í frumefniskísill. Þessi frumefniskísill rennur síðan saman við járn í stálbrotinu og myndar smám saman kísiljárnblendi. Þegar málmblendin hefur náð fyrirfram ákveðnu samsetningu og hitastigi er það fjarlægt úr rafmagnsofninum, steypt og kælt til að fá æskilega 70%-75% kísilinnihald kísiljárnblendiafurð.

(I) Í-dýpt greining á afoxunarreglunni

Í stálframleiðsluferlinu er súrefni í bráðnu stáli einn af lykilþáttum sem hafa áhrif á gæði stáls. Of mikið súrefni getur leitt til galla eins og gropleika og lausleika við storknun, sem dregur úr styrkleika, seigleika og tæringarþol stálsins. Kísiljárnblendi með 70% -75% kísilinnihaldi, sem afoxunarefni, getur í raun fjarlægt súrefni úr bráðnu stáli. Afoxunarreglan þess byggist á efnahvörfum milli sílikons og súrefnis.

Þegar kísiljárnblöndunni er bætt við bráðið stál hvarfast kísill (Si) efnafræðilega við súrefnið í bráðnu stálinu. Í þessu hvarfi sameinast kísilatóm súrefnisatómum til að mynda kísildíoxíð (SiO₂). Kísildíoxíð hefur hátt bræðslumark, venjulega um 1710 gráður, og er annað hvort til í föstu eða fljótandi ástandi við hitastig bráðins stáls. Vegna þess að kísildíoxíð er minna þétt en bráðið stál, flýtur það smám saman upp á yfirborð bráðna stálsins undir áhrifum hræringar og uppstreymis, fer inn í gjallið og nær þannig afoxun á stálinu.

(II) Verulegir kostir í samanburði við önnur afoxunarefni

Í stálframleiðslu, fyrir utan kísiljárnblendi með 70% -75% kísilinnihald, eru algeng afoxunarefni ferrómangan og ál. Í samanburði við þessi afoxunarefni hafa kísiljárnblöndur marga mikilvæga kosti.

Kísiljárnblöndur hafa sterkari afoxunargetu.

Við bráðið stálhitastig upp á 1600 gráður er afoxunarfasti kísils tiltölulega lítill, sem þýðir að kísill hefur meiri sækni í súrefni og getur á skilvirkari hátt sameinast og fjarlægt súrefni úr bráðnu stálinu. Viðeigandi tilraunagögn sýna að við sömu aðstæður er afoxunarvirkni kísiljárns 20%-30% hærri en ferrómangans. Þar að auki bregst kísiljárn við súrefni hraðar, dregur úr súrefnisinnihaldi í bráðnu stáli á styttri tíma og bætir framleiðslu skilvirkni.

Kísiljárnblendi hefur kostnaðarhagræði.

Ferrómangan er með tiltölulega flókið framleiðsluferli og hærri hráefniskostnað sem leiðir af sér tiltölulega dýrt verð. Þó að ál, sem afoxunarefni, hafi sterka afoxunargetu, hækkar hátt verð þess og tilhneiging til að sóa sér við notkun framleiðslukostnaðar. Aftur á móti hefur kísiljárnblendi tiltölulega þroskað framleiðsluferli, víða fáanlegt hráefni og tiltölulega stöðugt og ódýrt verð. Samkvæmt tölfræði markaðsverðs er verð á kísiljárni venjulega 10% -20% lægra en ferrómangan og 30% -50% lægra en ál. Þetta gerir stálfyrirtækjum kleift að draga úr framleiðslukostnaði á áhrifaríkan hátt og bæta hagkvæmni þegar þeir nota kísiljárn sem afoxunarefni.

Aðrir kostir kísiljárnsblendis

Innifalið að bæta gæði bráðins stáls á meðan það er afoxað. Kísill er áhrifaríkt málmblöndurefni. Þegar kísiljárnblendi er bætt við bráðið stál, auk afoxunar, mun kísillinn sem eftir er leysast upp í stálinu, sem eykur styrk, hörku og mýkt stálsins.

Á sviði stálframleiðslu gegna kísiljárnblendi með 70%-75% kísilinnihaldi ómissandi hlutverki við framleiðslu á ýmsum tegundum stáls vegna einstakra eiginleika þeirra.

 Við framleiðslu á burðarstáli, sem er mikið notað í smíði, brýr og vélaframleiðslu, eru gerðar strangar kröfur um styrk og hörku. Að bæta við kísiljárnblendi með 70%-75% kísilinnihaldi bætir verulega styrk og seigleika burðarstáls. Þegar kísiljárnblendi er bætt við bráðið stál leysist kísilþátturinn upp í stálinu og myndar fasta lausn með járnatómum og myndar þannig fasta lausn sem styrkir og eykur styrk stálsins. Kísill hreinsar einnig stálkornin, sem gerir stálörbygginguna einsleitari og eykur þannig seigleika stálsins.

 Verkfærastál er aðallega notað til að framleiða ýmis skurðarverkfæri, mót og mælitæki, með mjög háum kröfum um hörku og slitþol. Kísiljárnblendi með 70% -75% kísilinnihald gegna lykilhlutverki í framleiðslu verkfærastáls og eykur í raun hörku og slitþol verkfærastáls. Kísill getur sameinast kolefni í stáli til að mynda harða fasa eins og kísilkarbíð (SiC). Þessir hörðu fasar dreifast jafnt í stálgrunninu, eins og óteljandi örsmáar harðar agnir sem eru felldar inn í stálið, sem bæta hörku stálsins og slitþol.

 Ryðfrítt stál er mikið notað í efnafræði, matvæli og læknisfræði vegna framúrskarandi tæringarþols. 70%-75% kísilinnihalds kísiljárnblöndur eru aðallega notaðar í ryðfríu stáli til að bæta tæringarþol þess. Kísill í ryðfríu stáli getur stuðlað að passiveringsáhrifum króms (Cr), myndað þéttari og stöðugri passiveringsfilmu á ryðfríu stáli yfirborðinu og þar með aukið tæringarþol þess.

(I) Nákvæmt eftirlit með viðbótarupphæð

Nákvæm stjórnun á magni íblöndunar er mikilvægt þegar notað er 70%-75% kísiljárnblendi með kísilinnihaldi. Þetta krefst nákvæmrar útreiknings út frá súrefnisinnihaldi bráðna stálsins og markinnihaldi. Í raunverulegri framleiðslu er hægt að mæla nákvæmt súrefnisinnihald í bráðnu stáli með því að nota súrefnisákvörðunartæki úr stáli. Síðan er magnið af kísiljárni sem á að bæta við ákvarðað út frá stoichiometric sambandi afoxunarhvarfsins og kísilinnihaldskröfum stálflokksins.

Ef of miklu kísiljárni er bætt við mun kísilinnihaldið í stálinu fara yfir staðalinn. Þetta getur valdið köldu stökkleika í stálinu, sem dregur verulega úr seigleika þess við lágt hitastig og gerir það viðkvæmt fyrir brothættu. Of mikið kísill getur einnig aukið hörku stálsins, dregið úr mýkt og seigleika þess og haft áhrif á vinnslugetu þess, svo sem að það gerir það viðkvæmt fyrir sprungum við veltingur og smíðaferli.

Ef of lítið af sílikoni er bætt við verður afoxun bráðna stálsins ófullkomin. Súrefnisleifarnar í bráðnu stálinu munu bregðast við öðrum þáttum til að mynda oxíðinnihald, sem mun draga úr styrkleika, seigleika og þreytuþol stálsins. Það getur einnig valdið göllum eins og gljúpu og lausleika meðan á storknun stendur, sem hefur áhrif á gæði og útlit stálsins.

(II) Mikilvæg áhrif hitastigs

Hitastig er einn af lykilþáttunum sem hafa áhrif á afoxunaráhrif kísiljárns með 70%-75% kísilinnihaldi. Afoxun er efnahvarf sem krefst viðeigandi hitastigs. Almennt, innan stálhitasviðsins 1580-1650 gráður, er hvarfið milli kísiljárns og súrefnis í bráðnu stáli tiltölulega lokið, sem leiðir til betri afoxunar.

Þegar hitastig bráðið stál er of lágt minnkar afoxunarhvarfið verulega. Þetta er vegna þess að lægra hitastig dregur úr sameindavirkni, dregur úr líkum á árekstrum milli kísil- og súrefnisatóma, sem gerir hvarfið erfitt að ganga snurðulaust fyrir sig.

Of hátt hitastig er einnig skaðlegt fyrir afoxunarviðbrögðin. Annars vegar getur of hátt hitastig valdið því að kísildíoxíð (SiO₂) brotnar niður og losar súrefni aftur, sem leiðir til lakari afoxunaráhrifa. Á hinn bóginn mun hátt hitastig auka virkni annarra þátta í bráðnu stáli, hugsanlega keppa við kísil um orku, eyða kísiljárnblöndunni og draga þannig úr afoxunarvirkni.

(III) Nauðsyn þess að meðhöndla slaggfasa

Þegar kísiljárnblendi er notað með 70%-75% kísilinnihaldi til afoxunar myndast kísildíoxíð (SiO₂) gjall. Það er nauðsynlegt að fjarlægja þetta myndaða kísildíoxíð gjall tímanlega.

Tilvist kísilgjalls hefur í för með sér margvíslega heilsufarsáhættu fyrir bráðið stál. Ef það er ekki fjarlægt tafarlaust getur það festst inni í stálinu og myndað ó-málm innihaldsefni. Þessar innfellingar trufla samfellu örbyggingar stálsins, draga úr styrkleika þess, seigleika og þreytuvirkni. Innfellingar geta einnig virkað sem upphafsstaðir sprungu, auðveldlega komið af stað sprunguútbreiðslu og leitt til stálbilunar þegar þeir verða fyrir utanaðkomandi kröftum.

Kísilgjall hefur einnig áhrif á vökva í bráðnu stáli. Það eykur seigju stálsins, sem gerir það að verkum að erfitt er að fylla mótið meðan á steypu stendur, sem leiðir auðveldlega til galla eins og ófullnægjandi fyllingar og kalt lokun, sem hefur áhrif á gæði steypunnar. Slæm vökva getur leitt til ófullnægjandi fyllingar á ákveðnum svæðum þegar stórir og flóknir hlutar eru steyptir, myndað tóm eða galla, sem dregur úr uppskeruhlutfalli.

Eins og er er kísiljárnblendimarkaðurinn stór og stöðugur, þar sem Kína hefur yfirburðastöðu á heimsvísu. Hins vegar, með framgangi „tvífaldrar-kolefnisstefnunnar og breytingum á eftirspurn eftir iðnaðariðnaði, stendur iðnaðurinn frammi fyrir nýjum þróunarmöguleikum og áskorunum. Í framtíðinni mun tækninýjungar verða kjarnadrifkraftur iðnaðarþróunar og grænar, lág-kolefnis- og-afkastamiklar kísiljárnsblendivörur verða almennar á markaðnum.