سیلیکون فلزی (SI) نقش مهمی در تولید فولاد دارد ، در درجه اول به عنوان یکاکسید کننده, عنصر آلیاژوتتقویت کنندهبشر در زیر برنامه ها و مکانیسم های اصلی آن در ساخت فولاد وجود دارد:
1. deoxidation (متالورژی ملافه)
نقش:سیلیکون با اکسیژن محلول در فولاد مذاب واکنش نشان می دهد تا شکل بگیرددی اکسید سیلیکون (SIO₂)، کاهش تخلخل و بهبود کیفیت فولاد.
واکنش:
2SI+O2 → 2SIO22SI+O2 → 2SIO2
مزایای:
از حباب های گاز (به عنوان مثال ، CO) در هنگام جامد شدن جلوگیری می کند و باعث کاهش نقص در محصولات نهایی می شود.
اغلب در کنار آلومینیوم (AL) برای اکسیداسیون هم افزایی استفاده می شود.
2. عنصر آلیاژ در فولادهای ویژه
فولاد سیلیکون (فولاد الکتریکی):
ترکیب:2-4.5 ٪ Si.
عملکرد:کاهش می یابداز دست دادن هیسترزیسو نفوذپذیری مغناطیسی را بهبود می بخشد.
برنامه ها:هسته های ترانسفورماتور ، موتورهای برقی و ژنراتور.
فولاد ضد زنگ:
ترکیب:0. 2–2 ٪ Si.
عملکرد:مقاومت اکسیداسیون و قدرت درجه حرارت بالا را افزایش می دهد.
3. بهبود خصوصیات مکانیکی
قدرت و سختی:سیلیکون فریت (-FE) را با سخت شدن محلول جامد تقویت می کند.
انعطاف پذیری:محتوای سیلیکون کنترل شده (~ {{0}}}. 2-0.3 ٪) استحکام و تشکیل در فولادهای ساختاری را متعادل می کند.
4. افزایش خوردگی و مقاومت در برابر گرما
مقاومت اکسیداسیون:یک لایه محافظ SiO₂ را روی سطوح فولادی در دماهای بالا تشکیل می دهد.
برنامه ها:
فولادهای مقاوم در برابر گرما برای دیگهای بخار ، توربین ها و سیستم های اگزوز.
اجزای اگزوز خودرو (به عنوان مثال ، محفظه مبدل کاتالیزوری).
5. سیلیکون در چدن
چدن خاکستری:
ترکیب:1-3 ٪ Si.
نقش:شکل گیری گرافیت ، بهبود ماشینکاری و میرایی لرزش را ترویج می کند.
چدن انعطاف پذیر:
ترکیب:2-3 ٪ Si.
نقش:شکل گیری گرافیت گره (با درمان منیزیم) را تسهیل می کند ، و چقرمگی را تقویت می کند.
6. سیلیکون به عنوان یک عامل کاهش دهنده
Ferrosilicon (FESI):
یک آلیاژ سیلیکون آهن (45-75 ٪ SI) برای کاهش اکسیدهای فلزی (به عنوان مثال ، Cr₂o₃ در تولید فولاد ضد زنگ) استفاده می شود.
مثال واکنش:
3fesi +2 cr2o3 → 4cr {5}} sio 2+3 fe3fesi {8}} cr2 o3 → 4cr {12}}} sio2 {14 {14}}}}}}}}}}}} fe
7. کنترل ترکیب سرباره
سیلیکون ویسکوزیته سرباره و اساسی را در حین ساخت فولاد تنظیم می کند ، بهبود سولفوریزاسیون و حذف ناخالصی را بهبود می بخشد.
نمرات کلیدی فولاد با استفاده از سیلیکون
| نوع فولادی | محتوای SI | خصوصیات کلیدی | برنامه |
|---|---|---|---|
| فولاد الکتریکی | 2–4.5% | نفوذپذیری مغناطیسی بالا ، از دست دادن هسته کم | ترانسفورماتورها ، موتورها ، ژنراتورها |
| فولاد ضد زنگ (304) | 0.3–1% | مقاومت در برابر اکسیداسیون ، قدرت درجه حرارت بالا | وسایل آشپزخانه ، مخازن شیمیایی |
| فولاد بهار (SAE 9254) | 1.2–2% | مقاومت در برابر خستگی ، خاصیت خاصیت ارتجاعی | تعلیق وسایل نقلیه ، چشمه های صنعتی |
| فولاد مقاوم در برابر حرارت | 0.5–2.5% | ثبات در دماهای بالا | نیروگاه ها ، اجزای هوافضا |
ادغام فرآیند تولید
ساخت اولیه فولاد:
سیلیکون (اغلب به عنوانفروسیلیکون) در طول اضافه شده استمرحله پالایش ملافهبرای اکسیداسیون
پالایش ثانویه:
محتوای سیلیکون را برای رعایت مشخصات آلیاژ (به عنوان مثال ، فولادهای برقی) تنظیم می کند.
ریخته گری/نورد:
فولاد غنی شده با سیلیکون به داخل صفحات ریخته می شود یا برای پردازش پایین دست به داخل ورق می چرخد.
چالش ها و ملاحظات
از دست دادن اکسیداسیون سیلیکون:اکسیژن بیش از حد در فولاد مذاب سیلیکون مصرف می کند و نیاز به کنترل دقیق فرآیند دارد.
گرافیک در چدن: Overly high silicon (>3 ٪) ممکن است سیمانیت را بی ثبات کند و سختی را کاهش دهد.
هزینه:مواد افزودنی سیلیکون با خلوص بالا ، هزینه های تولید را به ویژه برای نمرات حق بیمه افزایش می دهد.
تأثیر زیست محیطی و اقتصادی
بازیافت:ضایعات فولادی غنی از سیلیکون برای بازیابی سیلیکون ، کاهش تقاضای مواد اولیه ، دوباره پردازش می شود.
نوآوری ها:توسعه فولادهای کم سیلیکون برای کاهش هزینه بدون به خطر انداختن عملکرد.
