Colada de ferrosilici: graus, inoculació i funcions de fosa

Dos significats darrere del terme fosa de ferrosilici

En el llenguatge de la foneria i el comerç metal·lúrgic, la "fosa de ferrosilici" s'utilitza en dos sentits diferents, i confondre'ls porta a decisions de compra equivocades. La primera és la fosa de ferrosilici en si: el FeSi fos extret d'un forn d'arc submergit s'aboca en llits de sorra poc profunds, motlles de ferro colat o rodes de colada, després es refreda, es trenca, es tritura i es crida en les mides de grumolls, grànuls i pols que compren els usuaris aigües avall. El segon, més sentit comú, és l'ús del ferrosilici com a additiu durant la colada de components de ferro i acer, on actua com a desoxidant, agent d'aliatge, inoculant i portador de nodularització.

Ambdós sentits importen al comprador perquè les propietats exigides al material són diferents. Un lingot de FeSi colat destinat a la trituració ha d'estar lliure de porositat interna excessiva i cavitats de contracció perquè es trenqui netament amb un baix percentatge de fins, mentre que un grau d'inoculant subministrat a una foneria de ferro dúctil s'ha de controlar estretament sobre contingut d'alumini, calci i terres rares i apantallat a una banda estreta que es dissolgui previsiblement. Aquesta guia tracta els graus, els rols metal·lúrgics, les normes de dimensionament i els controls d'acceptació que regeixen ambdues situacions, utilitzant les especificacions que realment s'apliquen en els contractes comercials.

 

Pràctica de desoxidació i escòries en acer fos i ferro

El silici té una gran afinitat per l'oxigen a les temperatures de fabricació d'acer, de manera que s'afegeix ferrosilici per matar l'oxigen residual i augmentar el silici a l'especificació de la calor. La pràctica de desoxidació normalment combina un fort desoxidant afegit profundament a la cullera o durant l'aixetament amb una addició fina posterior, de manera que els productes de reacció tenen temps de surar a l'escòria en lloc de quedar atrapats com a inclusions no metàl·liques a la fosa solidificada. Com que el producte de la reacció silici-oxigen és sílice, una addició de FeSi massa tardana o massa pesada pot deixar inclusions de silicats; a la pràctica l'addició es col·loca de manera que l'oxigen es redueixi abans que el metall entri al motlle i es permeti a la cullera un temps de retenció per a la flotació.

El silici també influeix en l'activitat del carboni i de l'oxigen simultàniament. De vegades es prefereix FeSi baix en silici, com ara FeSi45, quan la calor ja conté prou silici d'una altra font, mentre que FeSi75 s'utilitza quan la càrrega de fusió és curta de silici. Independentment de la nota, els punts d'acceptació pràctica són consistents: anàlisi química certificada que cobreix Si, Al, C, S i P; una banda de mida indicada; una superfície lliure d'humitat i sense rovell; i una identificació del lot que permet a la foneria reproduir el resultat d'una calor prèvia.

Inoculació i nodularització en fosa de ferro dúctil

El ferro dúctil, o grafit esferoidal, depèn d'una addició controlada de magnesi a la massa fosa seguida de la inoculació amb material ric en silici. El magnesi s'acostuma a introduir com un aliatge de magnesi-ferrosilici, un fil nucli o un aliatge mestre que porta magnesi, i el silici que arriba amb el nodular es complementa amb una addició d'inoculant independent. La inoculació proporciona llocs de nucleació heterogenis perquè el grafit creixi com a nòduls en lloc de com a escates o com una malla de formes degenerades. L'acceptació de la microestructura per a aquestes peces de fosa normalment es jutja en funció de classificacions de forma de grafit com ISO 945 i pràctiques d'inspecció com ASTM A247, amb l'especificació de la fosa escrita segons ISO 1083 o ASTM A536 per al grau mecànic.

El rendiment de l'inoculant s'esvaeix amb el temps, de manera que l'addició s'ha de fer prou tard per sobreviure fins que el motlle s'omple, però prou aviat com per dissoldre's completament. La inoculació de cullera, la inoculació en corrent durant l'abocament i la inoculació de motlle són les tres posicions estàndard, sovint s'utilitzen en combinació, i cadascuna requereix una mida de partícula diferent. L'inoculant de mida en pols es barreja amb sorra de motlle o s'utilitza per a caixes de motlle, els grànuls s'utilitzen per a les addicions al corrent i s'utilitzen grumolls de cinc a vint mil·límetres per afegir cullerots. Les dosis comercials típiques per a la inoculació se situen al voltant del 0,1 al 0,5 per cent del pes del metall tractat, amb addicions més pesades que s'utilitzen per a seccions primes i per a foses amb una alta proporció de ferralla d'acer, que és una càrrega pobre en nucleació.

Control de refinament i solidificació del gra

L'addició de ferrosilici abans de la solidificació canvia tant la densitat de nucleació com les condicions tèrmiques locals de la pell solidificada. Una estructura de gra més fi generalment aporta una millor resistència a la fluència, una millor resistència a la fatiga i una dispersió més fina d'inclusions, i en ferro colat l'addició de silici també serveix per reduir la formació de carburs de ferro blancs i durs en seccions primes. Les addicions de ferrosilici augmenten l'equivalent de carboni en els ferros, que admet la formació de grafit, però un excés té l'efecte contrari sobre el rendiment de l'impacte afavorint la flotació del grafit i les estructures gruixudes. Per tant, l'equilibri de treball és colpejar un objectiu de silici dins de la finestra de composició del grau de fosa en lloc d'afegir FeSi fins que la fusió "sembli bé".

Com que el silici canvia el liquidus i la fluïdesa del metall fos, també afecta l'ompliment de parets primes i la mida de l'elevador que calcularà un enginyer d'aparell. Les peces de fosa generalment es dissenyen i la fusió s'especifica conjuntament, i un canvi de grau de FeSi o punt d'addició és un canvi de procés que s'ha de tornar a validar al banc de sacsejada abans d'escriure a la targeta de ruta.

Pràctica de motlle i fosa per a productes de ferrosilici

El costat del productor de fosa de ferrosilici segueix les seves pròpies regles. FeSi s'aprofita a una temperatura molt per sobre del rang de fusió de l'aliatge. Per a la família FeSi75, el liquidus cau a la regió de 1200 a 1250 graus centígrads i la massa fosa s'aprofita més calenta, normalment a la banda de 1300 a 1500 graus centígrads, de manera que es manté fluid mentre omplen motlles o llits de colada. La solidificació té lloc en una fracció d'hora per a capes fines, donant una estructura fina i raonablement uniforme; El refredament lent dels lingots profunds produeix grans gruixuts i cavitats de contracció que es converteixen en fines durant el trencament.

Després de refredar-se, l'aliatge es tritura en trituradores de mandíbules i rotlles i es criba. Les fraccions de mida estàndard venudes a la indústria de la fosa són de deu a cinquanta mil·límetres i de cinquanta a cent mil·límetres per a addicions de forn i cullera, de tres a deu mil·límetres per a treballs en corrent i graus més fins granulats o fresats per a aplicacions en motlle i pols. L'anàlisi de la pantalla i el percentatge permès de mida inferior es regeixen pels requisits de mida de partícules de l'especificació aplicable, de la qual GB/T 13247 és el document de referència utilitzat per a les proves de garbell de ferroaliatge. Els requisits d'embalatge, inclòs l'ús de bidons d'acer, bosses grans i protecció contra la humitat, segueixen GB/T 3650 per als envasos de ferroaliatges.

A l'extrem receptor, és una bona pràctica comprovar tres coses abans que el material arribi al forn: el certificat del lot amb el grau demanat, la distribució de la mida amb la banda acordada i l'aspecte contra el contracte: una fractura gris platejada brillant sense escòries visibles, sense sorra adherida i sense flor d'òxid vermellosa. El color de la superfície trencada no és una especificació química, i una comprovació visual mai substitueix la verificació analítica.

Dimensionament, índexs d'addició i metal·lúrgia pràctica per aplicació

La relació entre la mida de les partícules i el comportament de la dissolució explica la majoria de les regles pràctiques d'ús de FeSi. Les partícules petites es dissolen ràpidament però s'oxiden a la superfície i es poden perdre a l'escòria; grans grumolls sobreviuen al viatge a través de l'escòria, però es dissolen lentament en peces de fosa de secció prima. La taula següent ofereix la combinació comercial típica de la fracció de mida a l'impost. Les taxes d'addició són rangs que s'utilitzen habitualment en la pràctica comercial de foneria en lloc de xifres fixes, ja que el valor correcte depèn de la composició base de la fosa, la barreja de càrrega i la secció de fosa.

Fracció de mida	Aplicació típica	Nivell d'addició típic	Motiu de l'elecció
50-100 mm	Càrrega del forn i desoxidació de cullera en la fabricació d'acer	Aproximadament 2-5 kg ​​per tona de metall per a la desoxidació, més recollida segons les especificacions	Sobreviu a la capa d'escòria i es dissol durant el cop
10-50 mm	Addicions de cullera, aliatge general de fosa	Estableix per l'especificació de silici de la calor	Bon equilibri entre velocitat de dissolució i baixa pèrdua de manipulació
3-10 mm	Inoculació al corrent durant l'abocament	Al voltant del 0,1-0,5 per cent del pes del metall tractat	Ràpida dissolució amb esvaïment limitat abans que el motlle s'ompli
Grànuls de 0,2-3 mm	Inoculació en motlle i barreja de motlles	Aplicat a la cavitat del motlle, dosi fixada pel pla d'emmotllament	Es dissol en el corrent de motlle i es nuclea tard
Pols per sota de 0,2 mm	Barreges de flux, consumibles de soldadura, farciment de filferro tubular	Barrejat pel fabricant de consumibles	Gran superfície per a una reacció ràpida en un portador controlat

En la fabricació d'acer, FeSi cobreix dos treballs alhora: mata la calor i porta silici a l'objectiu, de manera que el seu ús està lligat a la qualitat que es col·loca. A les fundicions de ferro gris i dúctil, l'elecció del grau està dominada per l'efecte d'inoculació. En la fabricació d'elèctrodes i flux de soldadura, el ferrosilici s'utilitza com a desoxidant i estabilitzador d'arc que protegeix el manganès i el carboni de l'oxidació a la piscina de soldadura i redueix la porositat. En la producció de magnesi pel procés Pidgeon, el silici en ferrosilici actua com a reductor de la dolomita calcinada; la càrrega es briqueta i fa reaccionar al buit, i el silici consumit en aquesta reacció surt del circuit com a silicat dicàlcic en lloc de tornar com a metall.

El ferrosilici també apareix en la producció d'altres aliatges mestres, on es fon amb suports de crom, manganès o níquel per construir ferroaliatges complexos. Aquí, el FeSi és una font de silici més que un agent de tractament, i la propietat de control és l'absència d'elements de tramp que portarien a l'aliatge acabat.

Emmagatzematge, manipulació i punts de seguretat que afecten la qualitat

El ferrosilici es ven sec i s'ha de mantenir sec. El contacte amb l'aigua normalment no ataca l'aliatge, però l'aigua en un recipient tancat o en contacte amb graus reactius acabats de trencar pot generar hidrogen, i el material humit o oxidat canvia el càlcul de recuperació del forn i crea un risc de manipulació a la porta de càrrega. L'estoc s'ha de mantenir sota coberta en un sòl drenat, als bidons o big bags originals, i separats per grau i lot perquè els certificats siguin traçables.

La pols de la trituració i el cribratge és una consideració respiratòria i, per a les fraccions fines, una consideració d'explosivitat; S'apliquen la ventilació d'escapament local i el règim normal de control de pols per a un magatzem de ferroaliatges. El ferrosilici és pesat i irregular, de manera que la manipulació de la bossa, l'eslinga i l'evitació de les trampes dels peus són els problemes habituals de manipulació manual. Pel costat del forn, s'han d'evitar les addicions al metall humit o molt escòria, perquè un grumoll pesat i dens caigut en una capa d'escòria profunda pot enfonsar-se i reaccionar violentament. La pràctica estàndard és afegir a través d'un canal o amb una alimentació controlada en un punt on l'aliatge està engolit per metall líquid en lloc de flotar sobre l'escòria.

PMF

P: Quin és el contingut típic de silici del ferrosilici FeSi75?
FeSi75 s'especifica a la regió del 74,0 al 80,0 per cent de silici, amb carboni al voltant del 0,20 per cent màxim, sofre al voltant del 0,02 per cent màxim i fòsfor al voltant del 0,04 per cent màxim sota la família de graus GB/T 2272, amb alumini que oscil·la entre aproximadament el 0,5 per cent i aproximadament en graus d'inoculant aproximadament 2.0 per cent.

P: Quina mida de ferrosilici s'utilitza per a la inoculació de cullera de ferro dúctil?
Les addicions de cullera normalment utilitzen grumolls d'aproximadament 10 a 50 mil·límetres, la inoculació en corrent utilitza grànuls d'uns 3 a 10 mil·límetres, i la inoculació en motlle o barreja de motlles utilitza grànuls i pols més fins; la mida s'ha de fer coincidir amb el temps disponible per a la dissolució abans que el motlle s'ompli, perquè l'efecte inoculant s'esvaeix amb el temps de retenció.

P: Per què es controla tant el contingut d'alumini en ferrosilici de grau inoculant?
L'alumini és un element de grafitització i una petita quantitat és beneficiosa, però un excés en una fosa de ferro dúctil afavoreix la porositat del forat, l'escòria i l'acumulació d'escòries, de manera que els graus d'inoculant mantenen l'alumini entre 0,5 i 1,0 per cent aproximadament, mentre que alguns altres graus de FeSi en porten intencionadament més.

P: El ferrosilici funciona com a nodularitzador per si sol?
No. El grafit esferoïdal requereix magnesi o un element nodularitzant comparable, normalment subministrat com un aliatge de magnesi i ferrosilici o filferro amb nucli; el ferrosilici en aquest circuit actua com a portador i com a font de silici, i la inoculació separada segueix el tractament de nodularització.

P: Com es calcula la captació de silici d'una addició de ferrosilici?
La recuperació depèn del grau, del mètode d'addició, de l'estat de l'escòria i de la pèrdua per oxidació, de manera que les foneries treballen a partir d'un factor de recuperació específic de la ruta que es verifica mitjançant l'anàlisi de la primera calor d'una campanya; A continuació, l'addició s'ajusta per colpejar la finestra de silici del grau de fosa, amb l'anàlisi química del metall tocat com a verificació de confirmació.

P: Què hauria d'indicar una comanda de compra per al ferrosilici de fosa?
La comanda ha d'indicar el grau i el seu rang de silici garantit, els màxims per a alumini, carboni, sofre i fòsfor, la fracció de mida amb el percentatge de mida inferior permès, el format d'embalatge, la protecció contra la humitat esperada i la referència de mostreig i anàlisi utilitzada per verificar el lot, com ara l'enfocament de mostreig ISO 3713 o GB/T 4010 amb anàlisi de la sèrie GB/T 4333.