Ferrosiliciumstøbning: kvaliteter, podning og støberiroller

To betydninger bag udtrykket ferrosiliciumstøbning

I støberi og metallurgisk handelssprog bruges "ferrosiliciumstøbning" i to forskellige betydninger, og forveksling af dem fører til forkerte købsbeslutninger. Den første er selve støbningen af ​​ferrosilicium: Smeltet FeSi tappet fra en neddykket-lysbueovn hældes i lavvandede sandlejer, støbe-støbeforme eller støbehjul, hvorefter de afkøles, knuses, knuses og sigtes til den klump, granulat og pulverstørrelser, som downstream-brugere køber. Den anden, mere sunde fornuft er brugen af ​​ferrosilicium som tilsætningsstof under støbning af jern- og stålkomponenter, hvor det fungerer som et deoxideringsmiddel, et legeringsmiddel, et podemiddel og en nodularisatorbærer.

Begge sanser betyder noget for en køber, fordi materialets egenskaber er forskellige. En støbt FeSi-barre bestemt til knusning skal være fri for for stor indre porøsitet og krympehulrum, så den knækker rent med en lav finstofprocent, mens en podestofkvalitet, der leveres til et duktilt jernstøberi, skal være tæt kontrolleret på aluminium, calcium og sjældent-jordartindhold, så det på forhånd indsnævrer båndet i støbejernet, så det på forhånd indsnævrer båndet. Denne vejledning behandler karaktererne, de metallurgiske roller, dimensioneringsreglerne og acceptkontrollen, der styrer begge situationer, ved hjælp af de specifikationer, der faktisk anvendes i kommercielle kontrakter.

Kvaliteter og typisk kemisk sammensætning af støberi-ferrosilicium

Ferrosiliciumkvaliteter er opkaldt efter deres nominelle siliciumindhold. Den internationale familie strækker sig fra høj-silicium FeSi75 ned til FeSi65 og lavere-silicium FeSi45, der hovedsageligt bruges i stålfremstillingskredsløbet, plus specialiserede podestof- og nodularisatorfamilier, der bærer kontrolleret aluminium, calcium, barium, strontium eller magnesium. Basiskvalitetsfamilien og dens siliciumserier følger GB/T 2272 ferrosiliciumspecifikationen (FeSi75, FeSi72, FeSi65), og de tilsvarende kemiske bestemmelsesmetoder er offentliggjort i GB/T 4333-serien. Prøveudtagning af et parti udføres i henhold til ISO 3713 eller GB/T 4010, således at et analysecertifikat kan knyttes til en defineret prøveudtagningsplan i stedet for til en enkelt prøve.

Tabellen nedenfor opsummerer typiske kommercielle maksima for de vigtigste kvaliteter, der anvendes i støbearbejde. Værdier er angivet som kommercielle intervaller for den tilsvarende klassefamilie; en specifik kontrakt bør altid angive de garanterede grænser, der vil blive verificeret ved kemisk analyse af det leverede parti.

Grad	Typisk Si-område	Al max	C max	S max	P max	Hovedrolle i casting
FeSi75 (almindelig)	74.0-80.0%	1.5-2.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Ståldeoxidation, legering, generel podning
FeSi75 (lavt-Al-podemiddel)	74.0-80.0%	0.5-1.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Øse- og in{0}}strøm-podning af duktilt jern
FeSi72	70.0-75.0%	2.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Deoxidation af kulstof og lav-legeret stål
FeSi65	63.0-68.0%	2.5%	0.20%	0.02%	0.04%	Legering af støbejern, generelle støbetilsætninger
FeSi45	43.0-47.0%	3.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Ståldeoxidation, hvor stærk Si-opsamling-ikke ønskes

To indholdsparametre fortjener særlig opmærksomhed på købsstadiet. Aluminium holdes bevidst lavt i podestofkvaliteter, fordi for meget Al i en duktilt jernsmelte fremmer pinhole porøsitet og slagg, men det holdes bevidst højere i nogle FeSi-kvaliteter, fordi aluminium fungerer som et grafitiserende element. Calcium opdeles ligeledes mellem familier: konventionelt FeSi bærer omkring en procent eller mindre, mens calcium-holdige podemidler såsom Ca-Ba eller Ca-Sr FeSi er konstrueret til længere lysmodstand. Når et støberi specificerer et podemiddel, er "FeSi75" alene en ufuldstændig beskrivelse; pakningen af ​​aluminium, calcium og spor-elementer og partikelstørrelsesbåndet er de egenskaber, der bestemmer ydeevnen.

Deoxidation og slagg praksis i smeltet stål og jern

Silicium har en høj affinitet for ilt ved stålfremstillingstemperaturer, så ferrosilicium tilsættes for at dræbe resterende ilt og for at hæve silicium til specifikationen af ​​varmen. Deoxidationspraksis kombinerer normalt et stærkt deoxidationsmiddel tilsat dybt i øsen eller under tapning med en senere fin tilsætning, således at reaktionsprodukterne når at flyde ind i slaggen i stedet for at blive fanget som ikke-metalliske indeslutninger i den størknede støbning. Fordi produktet af silicium-iltreaktionen er silica, kan en alt for sen eller alt for tung FeSi-tilsætning efterlade silikatinslutninger; i praksis placeres tilsætningen således, at oxygen reduceres, før metallet kommer ind i formen, og øsen får en holdetid til flotation.

Silicium påvirker også kulstof- og oxygenaktiviteten samtidigt. Lavt-silicium FeSi såsom FeSi45 foretrækkes nogle gange, når varmen allerede indeholder nok silicium fra en anden kilde, mens FeSi75 bruges, hvor smelteladningen er kort på silicium. Uanset karakter er de praktiske acceptpoint konsistente: certificeret kemisk analyse, der dækker Si, Al, C, S og P; et angivet størrelsesbånd; en fugt-fri, rust-fri overflade; og en partiidentifikation, der gør det muligt for støberiet at gengive resultatet af en tidligere varme.

Podning og nodularisering i duktilt jernstøbning

Duktilt eller sfæroidt grafitjern afhænger af en kontrolleret tilsætning af magnesium til smelten efterfulgt af podning med silicium-rigt materiale. Magnesium introduceres normalt som en magnesium-ferrosiliciumlegering, en kernetråd eller en magnesium-bærende masterlegering, og siliciumet, der kommer med nodularisatoren, suppleres med en separat podemiddeltilsætning. Podning giver heterogene nukleationssteder, så grafit vokser som knuder i stedet for som flager eller som et net af degenererede former. Mikrostrukturaccept af sådanne støbegods bedømmes normalt ud fra grafitformklassifikationer såsom ISO 945 og inspektionspraksis såsom ASTM A247, med selve støbespecifikationen skrevet til ISO 1083 eller ASTM A536 for den mekaniske kvalitet.

Podemidlets ydeevne falmer med tiden, så tilsætningen skal finde sted sent nok til at overleve, indtil formen er fyldt, men tidligt nok til at være helt opløst. Podning med øse, i-strøm-podning under hældning og skimmelpodning er de tre standardpositioner, der ofte bruges i kombination, og hver kræver en forskellig partikelstørrelse. Podemiddel i pulverstørrelse- blandes i formsand eller bruges til i-formkasser, granulat bruges til-strømtilsætninger, og klumper på fem til tyve millimeter bruges til tilsætning af øseske. Typiske kommercielle doser til podning ligger i området 0,1 til 0,5 procent af vægten af ​​behandlet metal, med tungere tilsætninger, der anvendes til tynde sektioner og til smelter med en høj andel af stålskrot, som er en nukleations-fattig ladning.

Kornforfining og størkningskontrol

Tilsætning af ferrosilicium forud for størkning ændrer både nukleationstætheden og de lokale termiske forhold for den størknende hud. En finere kornstruktur giver generelt bedre flydespænding, bedre udmattelsesbestandighed og en finere spredning af indeslutninger, og i støbejern tjener siliciumtilsætningen også til at reducere dannelsen af ​​hårde, hvide jerncarbider i tynde sektioner. Ferrosiliciumtilsætninger øger kulstofækvivalenten i jern, hvilket understøtter grafitdannelsen, men et overskud har den modsatte effekt på slagydelsen ved at fremme grafitflodation og grove strukturer. Arbejdsbalancen er derfor at ramme et siliciummål inde i støbekvalitetens sammensætningsvindue i stedet for at tilsætte FeSi, indtil smelten "ser rigtig ud".

Fordi silicium ændrer likviditeten og flydendeheden af ​​det smeltede metal, påvirker det også fyldningen af ​​tynde vægge og stigerørstørrelsen, som en rigningsingeniør vil beregne. Støbegods er generelt designet, og smelten er specificeret sammen, og en ændring af FeSi-kvalitet eller tilsætningspunkt er en ændring af proces, der skal gen-valideres på rystebænken-, før den skrives ind på rutekortet.

Form- og støbepraksis for ferrosiliciumprodukter

Producentsiden af ​​ferrosiliciumstøbning følger sine egne regler. FeSi tappes ved en temperatur langt over legeringens smelteområde. For FeSi75-familien falder likvidus i området 1200 til 1250 grader Celsius, og smelten tappes varmere, typisk i 1300 til 1500 grader Celsius-båndet, så det forbliver flydende, mens der fyldes forme eller støbelejer. Størkning sker på en brøkdel af en time for tynde lag, hvilket giver en fin og nogenlunde ensartet struktur; langsom afkøling af dybe barrer producerer grove korn og krympehuler, der bliver til fine partikler under brud.

Efter afkøling knuses legeringen i kæbe- og rulleknusere og sigtes. Standardstørrelsesfraktionerne, der sælges til støbeindustrien, er ti til halvtreds millimeter og halvtreds til hundrede millimeter til ovn- og øse-tilsætninger, tre til ti millimeter til in-strømsarbejde og finere granulerede eller formalede kvaliteter til i-form- og pulverapplikationer. Skærmanalyse og den tilladte procentdel af undermål er styret af kravene til partikel-størrelse i den gældende specifikation, hvoraf GB/T 13247 er referencedokumentet, der bruges til ferrolegeringssigtetestning. Pakningskrav, herunder brug af ståltromler, big bags og fugtbeskyttelse, følger GB/T 3650 for ferrolegeringsemballage.

I den modtagende ende er det god praksis at kontrollere tre ting, før materialet når ovnen: particertifikatet i forhold til den bestilte kvalitet, størrelsesfordelingen i forhold til det aftalte bånd, og udseendet i forhold til kontrakten - et skinnende sølv-grå brud uden synlig slagge, uden fastgjort sand og ingen rødlig rustopblomstring. Brudt overfladefarve er ikke en kemisk specifikation, og en visuel kontrol erstatter aldrig analytisk verifikation.

Dimensionering, tilsætningsrater og praktisk metallurgi efter anvendelse

Forholdet mellem partikelstørrelse og opløsningsadfærd forklarer de fleste af de praktiske regler for FeSi-brug. Små partikler opløses hurtigt, men oxiderer ved overfladen og kan gå tabt i slaggen; store klumper overlever turen gennem slaggen, men opløses langsomt i tynde-sektionsstøbninger. Tabellen nedenfor giver den typiske kommercielle parring af størrelsesfraktion til pligt. Tilsætningshastighederne er intervaller, der almindeligvis anvendes i kommerciel støbepraksis, snarere end faste tal, da den korrekte værdi afhænger af basissammensætningen af ​​smelten, ladningsblandingen og støbeafsnittet.

Størrelsesbrøk	Typisk anvendelse	Typisk tillægsniveau	Begrundelse for valget
50-100 mm	Ovnladning og øse-deoxidation ved stålfremstilling	Omtrent 2-5 kg pr. ton metal til deoxidation, plus afhentning efter specifikation	Overlever slaggelaget og opløses under tapning
10-50 mm	Tilsætning af øse, generel støbelegering	Indstillet efter siliciumspecifikationen for varmen	God balance mellem opløsningshastighed og lavt håndteringstab
3-10 mm	In-stream-podning under hældning	Omkring 0,1-0,5 procent af behandlet metalvægt	Hurtig opløsning med begrænset fade før formen fyldes
0,2-3 mm granulat	I-skimmel og skimmel-blandes podning	Påføres i støbeformens hulrum, dosis fastsat af støbeplanen	Opløses i skimmelstrømmen og kernedannelse sent
Pulver under 0,2 mm	Fluxblandinger, svejsetilbehør, kernetrådsfyldning	Blandet af producenten af ​​forbrugsstoffer	Højt overfladeareal til hurtig reaktion i en kontrolleret bærer

Inden for stålfremstilling dækker FeSi to opgaver på én gang: det dræber varmen, og det bringer silicium til målet, så dets anvendelse er forbundet med den kvalitet, der støbes. I grå- og duktiljernsstøberier er kvalitetsvalget domineret af podeeffekten. Ved fremstilling af svejseelektroder og flusmiddel anvendes ferrosilicium som et deoxideringsmiddel og lysbuestabilisator, der beskytter mangan og kulstof mod oxidation i svejsebassinet og reducerer porøsiteten. Ved magnesiumproduktion ved Pidgeon-processen fungerer silicium i ferrosilicium som reduktionsmiddel for calcineret dolomit; ladningen briketteres og reageres under vakuum, og det silicium, der forbruges i den reaktion, forlader kredsløbet som dicalciumsilikat i stedet for at vende tilbage som metal.

Ferrosilicium optræder også i produktionen af ​​andre masterlegeringer, hvor det smeltes med krom, mangan eller nikkelbærere for at bygge komplekse ferrolegeringer. Her er FeSi en siliciumkilde snarere end et behandlingsmiddel, og den kontrollerende egenskab er fraværet af trampelementer, der kan føres ind i den færdige legering.

Opbevaring, håndtering og sikkerhedspunkter, der påvirker kvaliteten

Ferrosilicium sælges tørt og skal holde sig tørt. Kontakt med vand angriber normalt ikke legeringen, men vand i en forseglet beholder eller i kontakt med nybrudte reaktive kvaliteter kan generere brint, og vådt eller rustet materiale ændrer genvindingsberegningen af ​​ovnen og skaber håndteringsrisiko ved ladedøren. Lageret skal opbevares under tag på et drænet gulv, i de originale tromler eller big bags, og adskilt efter kvalitet og parti, så certifikater forbliver sporbare.

Støv fra knusning og afskærmning er en respiratorisk og, for fine fraktioner, en eksplosionshensyn; lokal udsugningsventilation og det normale-støvkontrolregime for et ferrolegeringslager gælder. Ferrosilicium er tungt og uregelmæssigt, så taskehåndtering, slyngning og undgåelse af fodfælder er rutinemæssige manuelle-håndteringsproblemer. På ovnsiden skal tilsætninger til vådt eller stærkt slagget metal undgås, fordi en tung, tæt klump, der falder ned i et dybt slaggelag, kan synke og reagere voldsomt. Standardpraksis er at tilføje gennem en sliske eller med en kontrolleret tilførsel på et punkt, hvor legeringen er opslugt af flydende metal i stedet for at flyde på slagger.

FAQ

Q: Hvad er det typiske siliciumindhold i FeSi75 ferrosilicium?
FeSi75 er specificeret i området 74,0 til 80,0 procent silicium, med kulstof på omkring 0,20 procent maksimum, svovl på omkring 0,02 procent maksimum og fosfor på omkring 0,04 procent maksimalt under GB/T 2272 klasse-familien, med aluminium varierende fra omkring 0,5 procent i almindelige kvaliteter i omkring 0,5 procent.

Spørgsmål: Hvilken ferrosiliciumstørrelse bruges til slevpodning af duktilt jern?
Tilsætning af øseske bruger normalt klumper på ca. 10 til 50 millimeter, in-stream-podning bruger granulat på ca. 3 til 10 millimeter, og i-form eller form-blend-podning bruger finere granulat og pulvere; størrelsen skal tilpasses den tid, der er til rådighed for opløsning, før formen fyldes, fordi podemiddeleffekten forsvinder med holdetiden.

Spørgsmål: Hvorfor kontrolleres aluminiumindholdet så stramt i ferrosilicium af podemiddelkvalitet?
Aluminium er et grafitiserende element, og en lille mængde er gavnlig, men et overskud i en duktilt jernsmelte fremmer porøsitet, slagg og slaggeopbygning-, så inokuleringskvaliteter holder aluminium på omkring 0,5 til 1,0 procent, mens nogle andre FeSi-kvaliteter med vilje bærer mere.

Q: Fungerer ferrosilicium som en nodularisator alene?
Nej. Sfæroidal grafit kræver magnesium eller et tilsvarende nodulariserende element, normalt leveret som en magnesium-ferrosiliciumlegering eller kernetråd; ferrosilicium i det kredsløb fungerer som bæreren og som siliciumkilden, og separat podning følger den nodulariserende behandling.

Q: Hvordan beregnes siliciumopsamlingen-fra en ferrosiliciumtilsætning?
Genvinding afhænger af kvaliteten, tilsætningsmetoden, slaggens tilstand og oxidationstabet, så støberier arbejder ud fra en rute-specifik genvindingsfaktor, der verificeres ved at analysere det første heat i en kampagne; tilsætningen justeres derefter til at ramme siliciumvinduet af støbekvaliteten, med kemisk analyse af det tappet metal som bekræftelseskontrol.

Spørgsmål: Hvad skal en indkøbsordre angive for ferrosilicium i støberi?
Bestillingen skal angive kvaliteten og dets garanterede siliciuminterval, maksima for aluminium, kulstof, svovl og fosfor, størrelsesfraktionen med den tilladte undermålsprocent, pakningsformatet, den forventede fugtbeskyttelse og den prøveudtagnings- og analysereference, der er brugt til at verificere partiet, såsom ISO 3713 eller GB/T 4010 med analyse til prøvetagningsmetoden GBT 4333/serien.