Đúc Ferrosilicon: Các cấp độ, vai trò cấy ghép và đúc

Hai ý nghĩa đằng sau thuật ngữ đúc Ferrosilicon

Trong ngôn ngữ thương mại ngành đúc và luyện kim, "đúc ferrosilicon" được sử dụng theo hai nghĩa riêng biệt và việc nhầm lẫn giữa chúng dẫn đến quyết định mua hàng sai lầm. Đầu tiên là tự đúc ferrosilicon: FeSi nóng chảy khai thác từ lò hồ quang chìm được đổ vào các lớp cát nông, khuôn đúc gang hoặc bánh xe đúc, sau đó được làm nguội, đập vỡ, nghiền nát và sàng lọc thành dạng cục, hạt và bột mà người dùng tiếp theo mua. Ý nghĩa thứ hai, phổ biến hơn là việc sử dụng ferrosilicon làm chất phụ gia trong quá trình đúc các thành phần sắt và thép, trong đó nó hoạt động như một chất khử oxy, một tác nhân tạo hợp kim, một chất chế phẩm và một chất mang tạo nốt.

Cả hai giác quan đều quan trọng đối với người mua vì các đặc tính được yêu cầu của vật liệu là khác nhau. Một phôi FeSi đúc dùng để nghiền phải không có độ xốp bên trong quá mức và các lỗ co ngót để nó vỡ ra một cách sạch sẽ với tỷ lệ hạt mịn thấp, trong khi loại chế phẩm cung cấp cho xưởng đúc sắt dẻo phải được kiểm soát chặt chẽ về hàm lượng nhôm, canxi và đất hiếm và được sàng lọc đến một dải kích thước hẹp để nó hòa tan có thể dự đoán được trong muôi. Hướng dẫn này xử lý các cấp độ, vai trò luyện kim, quy tắc định cỡ và kiểm tra chấp nhận chi phối cả hai tình huống, sử dụng các thông số kỹ thuật được áp dụng thực tế trong hợp đồng thương mại.

 

Thực hành khử oxy và xỉ trong thép và sắt nóng chảy

Silicon có ái lực cao với oxy ở nhiệt độ luyện thép, vì vậy ferrosilicon được thêm vào để tiêu diệt lượng oxy dư thừa và nâng silicon lên đặc tính nhiệt. Thực hành khử oxy thường kết hợp chất khử oxy mạnh được thêm vào sâu trong thùng hoặc trong quá trình khai thác với chất bổ sung mịn sau đó, để các sản phẩm phản ứng có thời gian trôi vào xỉ thay vì bị giữ lại dưới dạng tạp chất phi kim loại trong vật đúc đã đông đặc. Bởi vì sản phẩm của phản ứng silicon-oxy là silica, nên việc bổ sung FeSi quá muộn hoặc quá nặng có thể để lại các tạp chất silicat; trong thực tế, chất bổ sung được đặt sao cho oxy bị khử trước khi kim loại đi vào khuôn và muôi được phép giữ một thời gian để nổi.

Silicon cũng ảnh hưởng đồng thời đến hoạt động của carbon và oxy. FeSi có hàm lượng silicon thấp như FeSi45 đôi khi được ưa thích hơn khi nhiệt đã chứa đủ silicon từ nguồn khác, trong khi FeSi75 được sử dụng khi điện tích nóng chảy thiếu silicon. Bất kể cấp độ nào, các điểm chấp nhận thực tế đều nhất quán: phân tích hóa học được chứng nhận bao gồm Si, Al, C, S và P; một dải kích thước đã nêu; bề mặt không ẩm, không rỉ sét; và nhận dạng lô hàng cho phép xưởng đúc tái tạo kết quả của lần gia nhiệt trước đó.

Cấy và tạo nốt trong đúc sắt dẻo

Sắt dẻo, hay than chì hình cầu, phụ thuộc vào việc bổ sung magie có kiểm soát vào chất nóng chảy sau đó đưa vào vật liệu giàu silic. Magiê thường được giới thiệu dưới dạng hợp kim magie-ferrosilicon, dây lõi hoặc hợp kim chính chứa magie và silicon đi kèm với chất tạo nốt được bổ sung bằng chất bổ sung chế phẩm riêng biệt. Quá trình cấy tạo ra các vị trí tạo mầm không đồng nhất để than chì phát triển dưới dạng nốt sần chứ không phải dạng mảnh hoặc dạng lưới có hình dạng thoái hóa. Sự chấp nhận cấu trúc vi mô đối với các vật đúc như vậy thường được đánh giá dựa trên các phân loại dạng than chì như ISO 945 và thực hành kiểm tra như ASTM A247, với thông số kỹ thuật đúc được ghi theo ISO 1083 hoặc ASTM A536 cho cấp cơ khí.

Hiệu suất của chế phẩm giảm dần theo thời gian, do đó việc bổ sung phải diễn ra đủ muộn để tồn tại cho đến khi khuôn được lấp đầy nhưng đủ sớm để hòa tan hoàn toàn. Cấy bằng muôi, cấy trong dòng trong quá trình đổ và cấy khuôn là ba vị trí tiêu chuẩn, thường được sử dụng kết hợp và mỗi vị trí yêu cầu kích thước hạt khác nhau. Chế phẩm dạng bột được trộn vào cát khuôn hoặc dùng làm hộp trong khuôn, dạng hạt được sử dụng để bổ sung trong dòng và các cục có kích thước từ 5 đến 20 mm được sử dụng để bổ sung bằng muôi. Liều lượng thương mại điển hình để cấy nằm trong khoảng từ 0,1 đến 0,5% trọng lượng của kim loại đã được xử lý, với các chất bổ sung nặng hơn được sử dụng cho các phần mỏng và để nấu chảy với tỷ lệ thép phế liệu cao, vốn là loại điện tích kém tạo mầm.

Kiểm soát quá trình sàng lọc và hóa rắn hạt

Việc bổ sung ferrosilicon trước quá trình đông đặc sẽ làm thay đổi cả mật độ tạo mầm và điều kiện nhiệt cục bộ của lớp da đông đặc. Cấu trúc hạt mịn hơn thường mang lại độ bền chảy tốt hơn, khả năng chống mỏi tốt hơn và sự phân tán tạp chất tốt hơn, và trong gang, việc bổ sung silicon cũng có tác dụng làm giảm sự hình thành cacbua sắt trắng, cứng ở các phần mỏng. Việc bổ sung Ferrosilicon làm tăng lượng cacbon tương đương trong bàn là, hỗ trợ sự hình thành than chì, nhưng lượng dư thừa có tác động ngược lại đến hiệu suất va chạm bằng cách thúc đẩy quá trình tuyển nổi than chì và các cấu trúc thô. Do đó, cân làm việc là để đạt được mục tiêu silicon bên trong cửa sổ thành phần của cấp đúc thay vì thêm FeSi cho đến khi tan chảy "trông ổn".

Vì silicon làm thay đổi chất lỏng và tính lưu động của kim loại nóng chảy nên nó cũng ảnh hưởng đến việc lấp đầy các bức tường mỏng và kích thước ống nâng mà kỹ sư gian lận sẽ tính toán. Các vật đúc thường được thiết kế và sự tan chảy được chỉ định cùng nhau, và việc thay đổi cấp FeSi hoặc điểm bổ sung là một thay đổi về quy trình cần được xác nhận lại trên băng thử lắc trước khi nó được ghi vào thẻ lộ trình.

Thực hành đúc khuôn cho sản phẩm Ferrosilicon

Phía nhà sản xuất đúc ferrosilicon tuân theo các quy tắc riêng của mình. FeSi được khai thác ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với phạm vi nóng chảy của hợp kim. Đối với họ FeSi75, chất lỏng rơi vào khoảng 1200 đến 1250 độ C và chất tan chảy được gia công nóng hơn, thường ở dải 1300 đến 1500 độ C, để nó luôn ở trạng thái lỏng trong khi đổ đầy khuôn hoặc giường đúc. Quá trình đông đặc diễn ra trong khoảng một giờ đối với các lớp mỏng, tạo ra cấu trúc mịn và đồng nhất hợp lý; làm nguội chậm các thỏi sâu tạo ra các hạt thô và các lỗ co ngót biến thành hạt mịn trong quá trình vỡ.

Sau khi làm mát, hợp kim được nghiền trong máy nghiền hàm và cuộn và sàng lọc. Các phân số kích thước tiêu chuẩn được bán trong ngành đúc là 10 đến 50 milimét và 50 đến 100 milimét để bổ sung vào lò và muôi, 3 đến 10 milimét cho công việc trong dòng và các loại hạt mịn hơn hoặc được nghiền cho các ứng dụng trong khuôn và bột. Phân tích màn hình và tỷ lệ phần trăm dưới kích thước cho phép được điều chỉnh bởi các yêu cầu về kích thước hạt của thông số kỹ thuật hiện hành, trong đó GB/T 13247 là tài liệu tham khảo được sử dụng để thử nghiệm sàng hợp kim sắt. Các yêu cầu đóng gói, bao gồm việc sử dụng thùng thép, túi lớn và chống ẩm, tuân theo GB/T 3650 đối với bao bì bằng hợp kim sắt.

Ở đầu tiếp nhận, nên kiểm tra ba điều trước khi vật liệu đến lò: giấy chứng nhận lô so với cấp đặt hàng, phân bổ kích thước so với dải đã thỏa thuận và hình thức bên ngoài so với hợp đồng - một vết nứt màu xám bạc sáng bóng không có xỉ nhìn thấy được, không có cát bám vào và không có vết rỉ sét màu đỏ. Màu sắc bề mặt bị hỏng không phải là thông số kỹ thuật hóa học và việc kiểm tra trực quan không bao giờ thay thế được việc xác minh phân tích.

Định cỡ, tỷ lệ bổ sung và luyện kim thực tế theo ứng dụng

Mối quan hệ giữa kích thước hạt và đặc tính hòa tan giải thích hầu hết các quy tắc thực tế khi sử dụng FeSi. Các hạt nhỏ hòa tan nhanh nhưng bị oxy hóa ở bề mặt và có thể mất đi trong xỉ; các cục lớn tồn tại khi đi qua xỉ nhưng hòa tan chậm trong các vật đúc có tiết diện mỏng. Bảng dưới đây đưa ra sự kết hợp thương mại điển hình giữa tỷ lệ kích thước và nhiệm vụ. Tỷ lệ bổ sung là các phạm vi thường được sử dụng trong thực hành đúc thương mại chứ không phải là số liệu cố định, vì giá trị chính xác phụ thuộc vào thành phần cơ bản của tan chảy, hỗn hợp điện tích và phần đúc.

phần kích thước	Ứng dụng điển hình	Mức bổ sung điển hình	Lý do lựa chọn
50-100mm	Nạp lò và khử oxy trong lò luyện thép	Khoảng 2-5 kg/tấn kim loại để khử oxy, cộng với việc thu gom theo thông số kỹ thuật	Sống sót trong lớp xỉ và hòa tan trong quá trình khai thác
10-50mm	Bổ sung muôi, hợp kim đúc nói chung	Được thiết lập bởi đặc điểm kỹ thuật silicon của nhiệt	Cân bằng tốt về tốc độ hòa tan và tổn thất xử lý thấp
3-10mm	Cấy trong dòng trong quá trình đổ	Khoảng 0,1-0,5% trọng lượng kim loại đã qua xử lý	Hòa tan nhanh chóng với sự phai màu hạn chế trước khi khuôn đầy
Hạt 0,2-3 mm	Cấy trong khuôn và trộn khuôn	Áp dụng trong khoang khuôn, liều lượng cố định theo kế hoạch đúc	Hòa tan trong dòng khuôn và tạo mầm muộn
Bột dưới 0,2 mm	Hỗn hợp chất trợ dung, vật liệu hàn, dây lõi	Được pha trộn bởi nhà sản xuất vật tư tiêu hao	Diện tích bề mặt cao cho phản ứng nhanh trong chất mang được kiểm soát

Trong sản xuất thép, FeSi đảm nhiệm hai công việc cùng một lúc: tiêu diệt nhiệt và đưa silicon đến mục tiêu, vì vậy việc sử dụng nó phụ thuộc vào loại thép được đúc. Trong các xưởng đúc sắt xám và sắt dẻo, việc lựa chọn cấp độ bị chi phối bởi hiệu ứng cấy ghép. Trong sản xuất điện cực hàn và chất trợ dung, ferrosilicon được sử dụng làm chất khử oxy và chất ổn định hồ quang để bảo vệ mangan và carbon khỏi quá trình oxy hóa trong vũng hàn và làm giảm độ xốp. Trong sản xuất magie bằng quy trình Pidgeon, silicon trong ferrosilicon đóng vai trò là chất khử cho dolomite nung; điện tích được đóng bánh và phản ứng trong chân không, và silicon tiêu thụ trong phản ứng đó rời khỏi mạch dưới dạng dicanxi silicat thay vì quay trở lại dưới dạng kim loại.

Ferrosilicon cũng xuất hiện trong quá trình sản xuất các hợp kim chính khác, nơi nó được nấu chảy với các chất mang crom, mangan hoặc niken để tạo thành các hợp kim sắt phức tạp. Ở đây FeSi là nguồn silicon chứ không phải là tác nhân xử lý và đặc tính kiểm soát là không có các nguyên tố lang thang có thể mang vào hợp kim thành phẩm.

Các điểm lưu trữ, xử lý và an toàn ảnh hưởng đến chất lượng

Ferrosilicon được bán ở dạng khô và phải luôn khô ráo. Việc tiếp xúc với nước thường không tấn công hợp kim, nhưng nước trong hộp kín hoặc tiếp xúc với các lớp phản ứng mới bị vỡ có thể tạo ra hydro và vật liệu ướt hoặc rỉ sét sẽ làm thay đổi tính toán thu hồi của lò và tạo ra rủi ro xử lý ở cửa sạc. Hàng tồn kho phải được che chắn trên sàn thoát nước, trong thùng phuy hoặc túi lớn ban đầu và được phân loại theo cấp và lô để giấy chứng nhận vẫn có thể truy nguyên được.

Bụi từ quá trình nghiền và sàng lọc là chất hô hấp và, đối với các phần mịn, là chất gây nổ; áp dụng hệ thống thông gió cục bộ và chế độ kiểm soát bụi thông thường cho nhà kho hợp kim sắt. Ferrosilicon nặng và không đều, vì vậy việc xử lý túi, treo và tránh bẫy chân là những vấn đề xử lý thủ công thông thường. Về phía lò, phải tránh bổ sung kim loại ướt hoặc nhiều xỉ, vì một cục nặng, dày đặc rơi xuống lớp xỉ sâu có thể chìm xuống và phản ứng dữ dội. Thực hành tiêu chuẩn là thêm thông qua máng hoặc bằng nguồn cấp được kiểm soát tại điểm mà hợp kim bị kim loại lỏng nhấn chìm thay vì nổi trên xỉ.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Hàm lượng silicon điển hình của ferrosilicon FeSi75 là gì?
FeSi75 được chỉ định trong vùng chứa 74,0 đến 80,0% silicon, với carbon ở mức tối đa khoảng 0,20%, lưu huỳnh ở mức tối đa khoảng 0,02% và phốt pho ở mức tối đa khoảng 0,04% trong họ cấp GB/T 2272, với nhôm thay đổi từ khoảng 0,5% ở cấp chế phẩm đến khoảng 2,0% ở cấp thông thường.

Câu hỏi: Kích thước ferrosilicon nào được sử dụng để ủ sắt dẻo bằng muôi?
Việc bổ sung bằng muôi thường sử dụng các cục có kích thước khoảng 10 đến 50 mm, quá trình cấy trong dòng sử dụng các hạt có kích thước khoảng 3 đến 10 mm, và quá trình cấy trong khuôn hoặc hỗn hợp khuôn sử dụng các hạt và bột mịn hơn; kích thước phải phù hợp với thời gian hòa tan trước khi khuôn đầy, vì tác dụng của chế phẩm mất dần theo thời gian lưu giữ.

Hỏi: Tại sao hàm lượng nhôm được kiểm soát chặt chẽ trong ferrosilicon cấp chế phẩm?
Nhôm là một nguyên tố tạo thành than chì và một lượng nhỏ sẽ có lợi, nhưng lượng dư thừa trong sắt dẻo sẽ thúc đẩy độ xốp của lỗ kim, sự tích tụ cặn và xỉ, vì vậy các loại chế phẩm giữ nhôm ở mức khoảng 0,5 đến 1,0% trong khi một số loại FeSi khác cố tình mang nhiều hơn.

Câu hỏi: Ferrosilicon có hoạt động như một chất tạo nốt sần không?
Không. Than chì hình cầu cần có magie hoặc một thành phần tạo hạt tương đương, thường được cung cấp dưới dạng hợp kim magie-ferrosilicon hoặc dây có lõi; ferrosilicon trong mạch đó đóng vai trò là chất mang và là nguồn silicon, và quá trình cấy ghép riêng biệt diễn ra sau quá trình xử lý tạo nốt.

Câu hỏi: Lượng silicon thu được từ việc bổ sung ferrosilicon được tính toán như thế nào?
Khả năng thu hồi phụ thuộc vào loại, phương pháp bổ sung, tình trạng xỉ và tổn thất oxy hóa, vì vậy các xưởng đúc hoạt động dựa trên hệ số thu hồi theo lộ trình cụ thể được xác minh bằng cách phân tích nhiệt độ đầu tiên của chiến dịch; phần bổ sung sau đó được điều chỉnh để chạm vào cửa sổ silicon của cấp độ đúc, với phân tích hóa học của kim loại đã được gia công để kiểm tra xác nhận.

Hỏi: Đơn đặt hàng mua sản phẩm ferrosilicon đúc nên nêu rõ điều gì?
Đơn đặt hàng phải nêu rõ loại và phạm vi silicon được đảm bảo của nó, mức tối đa đối với nhôm, carbon, lưu huỳnh và phốt pho, tỷ lệ kích thước với tỷ lệ phần trăm dưới kích thước cho phép, dạng đóng gói, khả năng chống ẩm dự kiến ​​cũng như tham chiếu lấy mẫu và phân tích được sử dụng để xác minh lô, chẳng hạn như phương pháp lấy mẫu ISO 3713 hoặc GB/T 4010 với phân tích đối với chuỗi GB/T 4333.