فرو سیلیکون در صنعت ریخته گری: مزایا و کاربردها

فرو سیلیکون یکی از معدود افزودنی هایی است که تقریباً در هر ریخته گری آهن و فولاد، صرف نظر از آلیاژی که ریخته می شود، ظاهر می شود. این یک آلیاژ سیلیکون آهن است که معمولاً حاوی 45٪ تا 75٪ سیلیکون است و دو کار کاملاً متفاوت را انجام می دهد: اکسید زدایی فلز مذاب و تلقیح چدن. درک اینکه کدام شغل از آن خواسته می شود، و در چه سطح سیلیکونی، اساس تمرین خوب ریخته گری است.

کاری که فرو سیلیکون در ریخته گری انجام می دهد

سیلیکون میل ترکیبی بالایی با اکسیژن دارد که فروسیلیس را به یک اکسید کننده موثر تبدیل می کند و به شدت بر نحوه رفتار کربن در چدن تأثیر می گذارد که آن را به تلقیح گرافیتی استاندارد تبدیل می کند. این دو اثر دلیل خرید فروسیلیس در درجه ها و کسرهای اندازه های مختلف برای نقاط مختلف در توالی ذوب، نگهداری و ریختن است.

اکسید زدایی فولاد مذاب و آهن قبل از ریخته گری، کاهش آخال اکسید و بهبود تمیزی.

تلقیح آهن خاکستری و شکل پذیر برای ترویج مورفولوژی مطلوب گرافیت و کاهش سرما.

آلیاژ سیلیکون در فولاد و آهن های مخصوص که در آن سیلیکون استحکام را در دما افزایش می دهد و خواص الکتریکی را بهبود می بخشد.

کنترل معادل کربن از طریق محتوای سیلیکون آهن.

اکسیداسیون: اولین وظیفه

هنگامی که فروسیلیس به مذاب اضافه می شود، سیلیکون با اکسیژن محلول واکنش می دهد و سیلیس را تشکیل می دهد که در سرباره حذف می شود یا به عنوان اجزایی که به بیرون شناور می شوند. بر اساس جرم، یک کیلوگرم سیلیکون با حدود 1.14 کیلوگرم اکسیژن ترکیب می شود، بنابراین نرخ افزودن مستقیماً از سطح اکسیژن گرما ناشی می شود. سه نتیجه عملی به دنبال دارد:

در فولادسازی و ریخته‌گری فولاد، فروسیلیس معمولاً در اواخر فرآیند، پس از اتمام جوش کربن اضافه می‌شود تا سیلیکون اکسید نشود و از بین نرود. در ریخته‌گری‌های آهن، اکسید زدایی و تلقیح اغلب در یک افزوده دیرهنگام با هم ترکیب می‌شوند، که انتخاب درجه و اندازه را بسیار مهم می‌کند.

تلقیح و گره سازی با گرافیت

نقش دوم و تخصصی تر در چدن است. آهن خاکستری که به درستی تلقیح شده باشد با ساختار گرافیت ریز و یکنواخت و سرد کم جامد می شود، در حالی که آهن تلقیح نشده با همان ترکیب می تواند با گرافیت سرد نشده، کاربیدها و لبه های سخت منجمد شود. تلقیح فروسیلیس با ایجاد مکان‌های هسته‌زایی متعدد و با افزایش محلی غلظت سیلیکون در لحظه انجماد کار می‌کند، که به نفع رشد گرافیت نسبت به تشکیل کاربید است.

در چدن داکتیل توالی متفاوت است. گره‌سازی با یک آلیاژ فروسیلیس حاوی منیزیم انجام می‌شود که معمولاً حاوی 5 تا 10 درصد منیزیم است، پس از آن یک تلقیح نهایی فروسیلیکون برای افزایش تعداد گره‌ها و سرکوب کاربیدهای وارد شده توسط تیمار منیزیم اعمال می‌شود. این دو افزوده باید به عنوان مراحل جداگانه در نظر گرفته شوند، زیرا اهداف و نمرات ایده آل آنها متفاوت است.

تلقیح ها معمولاً در اندازه های خوب، معمولاً 0.2 تا 1 میلی متر یا 1 تا 3 میلی متر عرضه می شوند تا به سرعت در جریان مذاب یا در ملاقه حل شوند.

تلقیح معمولی حدود 0.2 تا 0.6 درصد جرم مذاب است که برای دمای ریختن، زمان نگهداری و ضخامت بخش تنظیم می شود.

تلقیح با گذشت زمان از بین می رود، بنابراین افزودنی باید تا حد امکان دیرتر قبل از ریختن قرار داده شود.

گریدهای معمولی فرو سیلیکون و کاربردهای آنها

نمرات در GB/T 2272 برای محدودیت های محتوای سیلیکون و ناخالصی، در ISO 5445 برای شرایط تحویل، و در ASTM A100 برای فروسیلیکون استاندارد برای فولادسازی تعریف شده است. گریدهای سیلیکونی بالاتر وزن مرده کمتری را به ازای هر واحد سیلیکون حمل می‌کنند، که حجم حمل و نقل و سرباره را کاهش می‌دهد، اما به‌طور متفاوتی حل می‌شوند و هزینه بیشتری در هر تن دارند، بنابراین انتخاب صحیح بستگی به روش ذوب و مشخصاتی دارد که رعایت می‌شود.

جابجایی، اندازه و نکات کاربردی

محتوای سیلیکون بالای حدود 50 درصد آلیاژ را به تدریج شکننده‌تر می‌کند، بنابراین اندازه‌های ریز در حین جابجایی ریزدانه‌های قابل توجهی ایجاد می‌کنند. بخش‌های بدون گرد و غبار-بازیابی قابل تکرار بیشتری می‌دهند.

اندازه توده‌های استاندارد از 0 تا 3 میلی‌متر تا 100 میلی‌متر است، با گریدهای تلقیح ریخته‌گری در انتهای ریز محدوده و اکسیدزدایی عمده در انتهای درشت.

فروسیلیس باید خشک نگهداری شود. گریدهای پودر مرطوب می توانند در هنگام واکنش با رطوبت هیدروژن تولید کنند، بنابراین تهویه و بسته بندی مهر و موم شده در فضاهای بسته مهم است.

محتوای سیلیکون در آهن یا فولاد تمام شده باید پس از تصفیه بررسی شود نه اینکه فرض شود، زیرا بازیابی با روش افزودن، دما و شرایط سرباره متفاوت است.

نمرات با خلوص بالا در مواردی استفاده می شود که سهم آلومینیوم و کلسیم باید کم نگه داشته شود، به عنوان مثال در آلیاژهای خاص و در کاهش سیلیکوترمی دولومیت کلسینه شده برای تولید منیزیم.

انتخاب یک گرید فروسیلیس برای هر شغل به ندرت کم هزینه ترین راه است. تقسیم مشخصات بین یک درجه درشت و مقرون به صرفه برای اکسید زدایی فله و یک درجه خوب و کاملاً مشخص برای تلقیح دیررس معمولاً کیفیت ریخته‌گری بهتری را برای مصرف کل سیلیکون یکسان می‌دهد.

سوالات متداول

س: فرو سیلیکون در صنعت ریخته گری چه کار می کند؟
پاسخ: فلز مذاب را با ترکیب با اکسیژن محلول، اکسید زدایی می کند و چدن را با ایجاد گرافیت مطلوب و کاهش سرما و کاربیدها تلقیح می کند.

س: تفاوت بین فروسیلیکون مورد استفاده برای اکسیداسیون و تلقیح چیست؟
A: خانواده آلیاژ یکسان است اما درجه و اندازه متفاوت است. اکسید زدایی از توده های درشت با هر سطح استاندارد سیلیکونی استفاده می کند، در حالی که تلقیح از نمرات ریز و کاملا مشخص استفاده می کند که به سرعت در جریان مذاب حل می شوند.

س: کدام گرید فرو سیلیکون برای چدن داکتیل استفاده می شود؟
پاسخ: ندولیزاسیون از یک آلیاژ تصفیه فروسیلیکون حاوی منیزیم استفاده می کند که معمولاً دارای 5 تا 10 درصد منیزیم است و به دنبال آن یک تلقیح خوب FeSi75 یا FeSi72 برای افزایش تعداد گره ها انجام می شود.

س: فرو سیلیکون چقدر کربن معادل چدن را افزایش می دهد؟
پاسخ: معادل کربن به صورت کربن به اضافه یک سوم سیلیکون به اضافه یک سوم فسفر محاسبه می شود، بنابراین 1٪ سیلیکون معادل کربن را حدود 0.33٪ افزایش می دهد.

س: چرا باید قبل از ریختن تلقیح اضافه شود؟
ج: اثر آن با گذشت زمان از بین می رود، زیرا هسته هایی که تولید می کند در مذاب قدرت خود را از دست می دهند. دیر اضافه کردن آن، یا استفاده از تکنیک پخش جریانی دیرهنگام، بهترین ساختار و کمترین سرما را ایجاد می کند.

س: آیا فرو سیلیکون باعث افزایش حجم سرباره می شود؟
ج: بله. سیلیس تشکیل‌شده در طی اکسید‌زدایی به سرباره گزارش می‌دهد و حجم و ویسکوزیته را افزایش می‌دهد، بنابراین آماده‌سازی سرباره با آهک معمولاً برای کارآمد نگه داشتن فرآیند مورد نیاز است.

س: کدام استانداردها برای فرو سیلیکون اعمال می شود؟
پاسخ: GB/T 2272 محتویات سیلیکون و محدودیت های ناخالصی را تعریف می کند، ISO 5445 شرایط تحویل را پوشش می دهد و ASTM A100 فروسیلیس را برای استفاده در فولادسازی مشخص می کند.