Ferrosiliciumgieten: kwaliteiten, inenting en gieterijrollen

Twee betekenissen achter de term ferrosiliciumgieten

In de taal van de gieterij en de metallurgische sector wordt 'ferrosiliciumgieten' in twee verschillende betekenissen gebruikt, en het verwarren ervan leidt tot verkeerde aankoopbeslissingen. De eerste is het gieten van ferrosilicium zelf: gesmolten FeSi, afgetapt uit een ondergedompelde- boogoven, wordt in ondiepe zandbedden,-gegoten-ijzeren mallen of gietwielen gegoten, en vervolgens gekoeld, gebroken, geplet en gezeefd tot de klompen, korrels en poedergroottes die downstream-gebruikers kopen. Het tweede, meer gezonde verstand is het gebruik van ferrosilicium als additief tijdens het gieten van ijzeren en stalen onderdelen, waar het werkt als desoxidatiemiddel, legeringsmiddel, inoculant en nodulariserende drager.

Voor een koper zijn beide zintuigen belangrijk omdat de eigenschappen die van het materiaal worden gevraagd, verschillen. Een gegoten FeSi-staaf die bestemd is om te worden vermalen, moet vrij zijn van overmatige interne porositeit en krimpholten, zodat deze netjes breekt met een laag percentage fijne deeltjes, terwijl een inoculantkwaliteit die aan een gieterij van nodulair gietijzer wordt geleverd, streng moet worden gecontroleerd op het gehalte aan aluminium, calcium en zeldzame aardmetalen en moet worden gescreend tot een smalle maatband, zodat deze voorspelbaar oplost in de pollepel. Deze gids behandelt de kwaliteiten, de metallurgische rollen, de maatregels en de acceptatiecontroles die van toepassing zijn op beide situaties, waarbij gebruik wordt gemaakt van de specificaties die feitelijk worden toegepast in commerciële contracten.

Kwaliteiten en typische chemische samenstelling van gieterij-ferrosilicium

Ferrosiliciumkwaliteiten zijn genoemd naar hun nominale siliciumgehalte. De internationale familie loopt van hoog-silicium FeSi75 tot FeSi65 en lager-silicium FeSi45 dat voornamelijk wordt gebruikt in het staalproductiecircuit, plus gespecialiseerde families van inoculanten en nodularisatoren die gecontroleerd aluminium, calcium, barium, strontium of magnesium bevatten. De basiskwaliteitfamilie en de siliciumreeksen volgen de GB/T 2272 ferrosiliciumspecificatie (FeSi75, FeSi72, FeSi65) en de overeenkomstige chemische bepalingsmethoden zijn gepubliceerd in de GB/T 4333-serie. Bemonstering van een partij wordt uitgevoerd onder ISO 3713 of GB/T 4010, zodat een analysecertificaat kan worden gekoppeld aan een gedefinieerd bemonsteringsplan in plaats van aan een enkel monster.

De onderstaande tabel geeft een overzicht van typische commerciële maxima voor de belangrijkste kwaliteiten die bij gietwerk worden gebruikt. Waarden worden vermeld als commerciële bereiken voor de overeenkomstige klassefamilie; een specifiek contract moet altijd de gegarandeerde limieten vermelden die zullen worden geverifieerd door chemische analyse van het geleverde lot.

Cijfer	Typisch Si-bereik	Al max	Cmax	S maximaal	Pmax	Belangrijkste castingrol
FeSi75 (normaal)	74.0-80.0%	1.5-2.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Deoxidatie van staal, legering, algemene inenting
FeSi75 (laag-Al-inoculant)	74.0-80.0%	0.5-1.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Schep en in-stroom inenting van nodulair gietijzer
FeSi72	70.0-75.0%	2.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Deoxidatie van koolstof en laag-gelegeerd staal
FeSi65	63.0-68.0%	2.5%	0.20%	0.02%	0.04%	Legering van gietijzer, algemene gieterijtoevoegingen
FeSi45	43.0-47.0%	3.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Deoxidatie van staal waarbij een sterke opname van Si- niet gewenst is

Twee inhoudsparameters verdienen speciale aandacht in de koopfase. Aluminium wordt opzettelijk laag gehouden in de entkwaliteiten omdat overmatig Al in een smelt van nodulair ijzer de porositeit en schuimvorming van gaatjes bevordert, maar het wordt in sommige FeSi-kwaliteiten opzettelijk hoger gehouden omdat aluminium als een grafitiserend element fungeert. Calcium wordt eveneens verdeeld tussen families: conventioneel FeSi bevat ongeveer één procent of minder, terwijl calcium-dragende inoculanten zoals Ca-Ba of Ca-Sr FeSi zijn ontworpen voor een langere weerstand tegen vervaging. Wanneer een gieterij een inoculant specificeert, is alleen "FeSi75" een onvolledige beschrijving; het pakket aluminium, calcium en sporen-elementen en de deeltjesgrootteband zijn de eigenschappen die de prestaties bepalen.

Deoxidatie- en slakkenpraktijk in gesmolten staal en ijzer

Silicium heeft een hoge affiniteit voor zuurstof bij staalproductietemperaturen, dus ferrosilicium wordt toegevoegd om resterende zuurstof te doden en silicium te verhogen tot de specificatie van de hitte. Deoxidatiepraktijk combineert normaal gesproken een sterke deoxidatiemiddel die diep in de gietpan of tijdens het tappen wordt toegevoegd met een latere fijne toevoeging, zodat de reactieproducten de tijd hebben om in de slak te drijven in plaats van te worden opgevangen als niet-metalen insluitsels in het gestolde gietstuk. Omdat het product van de silicium-zuurstofreactie silica is, kan een te late of te zware FeSi-toevoeging silicaatinsluitsels achterlaten; in de praktijk wordt de toevoeging zo geplaatst dat de zuurstof wordt verminderd voordat het metaal de mal binnengaat en de gietpan enige tijd krijgt om te floteren.

Silicium beïnvloedt ook tegelijkertijd de koolstof- en zuurstofactiviteit. FeSi met een laag-siliciumgehalte, zoals FeSi45, heeft soms de voorkeur als de warmte al voldoende silicium uit een andere bron bevat, terwijl FeSi75 wordt gebruikt als de smeltlading te weinig silicium bevat. Ongeacht de kwaliteit zijn de praktische acceptatiepunten consistent: gecertificeerde chemische analyse die Si, Al, C, S en P omvat; een aangegeven maatband; een vocht-vrij, roest-vrij oppervlak; en een lotidentificatie waarmee de gieterij het resultaat van een eerdere hitte kan reproduceren.

Inenting en nodularisatie bij het gieten van nodulair gietijzer

Nodulair of bolvormig grafietijzer is afhankelijk van een gecontroleerde toevoeging van magnesium aan de smelt, gevolgd door inenting met silicium-rijk materiaal. Magnesium wordt gewoonlijk geïntroduceerd als een magnesium-ferrosiliciumlegering, een gevulde draad of een magnesium-dragende hoofdlegering, en het silicium dat met de nodularisator wordt geleverd, wordt aangevuld met een afzonderlijke toevoeging van entmiddel. Inenting levert heterogene kiemplaatsen op, zodat grafiet groeit als knobbeltjes in plaats van als vlokken of als een netwerk van gedegenereerde vormen. De acceptatie van microstructuren voor dergelijke gietstukken wordt normaal gesproken beoordeeld aan de hand van grafietvormclassificaties zoals ISO 945 en inspectiepraktijken zoals ASTM A247, waarbij de gietspecificatie zelf wordt geschreven naar ISO 1083 of ASTM A536 voor de mechanische kwaliteit.

De werking van het inoculatiemiddel neemt af met de tijd, dus de toevoeging moet laat genoeg plaatsvinden om te overleven totdat de schimmel gevuld is, maar vroeg genoeg om volledig te zijn opgelost. Inenting met pollepel, in-stroominenting tijdens het gieten en inenting in de vorm zijn de drie standaardposities, die vaak in combinatie worden gebruikt, en elk vereist een andere deeltjesgrootte. Inoculant op poeder-grootte wordt gemengd met vormzand of gebruikt voor-vormdozen, korrels worden gebruikt voor toevoegingen in-stroom en klontjes van vijf tot twintig millimeter worden gebruikt voor toevoegingen in de pollepel. Typische commerciële doseringen voor inenting liggen in de buurt van 0,1 tot 0,5 procent van het gewicht van het behandelde metaal, waarbij zwaardere toevoegingen worden gebruikt voor dunne secties en voor smeltingen met een hoog aandeel staalschroot, wat een -slechte kiemvorming is.

Graanverfijning en stollingscontrole

Het toevoegen van ferrosilicium voorafgaand aan het stollen verandert zowel de kiemdichtheid als de lokale thermische omstandigheden van de stollende huid. Een fijnere korrelstructuur zorgt in het algemeen voor een betere vloeigrens, betere weerstand tegen vermoeiing en een fijnere dispersie van insluitsels, en bij gietijzer dient de toevoeging van silicium ook om de vorming van harde, witte ijzercarbiden in dunne secties te verminderen. Toevoegingen van ferrosilicium verhogen het koolstofequivalent in ijzers, wat de vorming van grafiet ondersteunt, maar een overmaat heeft het tegenovergestelde effect op de impactprestaties door de flotatie van grafiet en grove structuren te bevorderen. De werkbalans is daarom het raken van een siliciumdoel binnen het compositievenster van de gietkwaliteit in plaats van het toevoegen van FeSi totdat de smelt "er goed uitziet".

Omdat silicium de liquidus en de vloeibaarheid van het gesmolten metaal verandert, beïnvloedt het ook de vulling van dunne wanden en de afmetingen van de stijgbuizen die een rigging-ingenieur zal berekenen. Gietstukken worden over het algemeen ontworpen en de smelt wordt samen gespecificeerd, en een wijziging van FeSi-kwaliteit of toevoegingspunt is een wijziging van het proces die opnieuw-op de schudbank- moet worden gevalideerd voordat deze in de routekaart wordt geschreven.

Vorm- en gietpraktijk voor ferrosiliciumproducten

De producentenkant van ferrosiliciumgieten volgt zijn eigen regels. FeSi wordt getapt bij een temperatuur ruim boven het smelttraject van de legering. Voor de FeSi75-familie ligt de liquidus in het gebied van 1200 tot 1250 graden Celsius en wordt de smelt heter getapt, meestal in de band van 1300 tot 1500 graden Celsius, zodat deze vloeibaar blijft tijdens het vullen van mallen of gietbedden. Bij dunne lagen vindt stolling plaats in een fractie van een uur, waardoor een fijne en redelijk uniforme structuur ontstaat; Langzame afkoeling van diepe blokken produceert grove korrels en krimpholtes die tijdens het breken in fijne deeltjes veranderen.

Na afkoeling wordt de legering in kaak- en walsbrekers vermalen en gezeefd. De standaardgroottefracties die in de gietindustrie worden verkocht, zijn tien tot vijftig millimeter en vijftig tot honderd millimeter voor oven- en gietlepeltoevoegingen, drie tot tien millimeter voor in-stroomwerk, en fijnere gegranuleerde of gemalen kwaliteiten voor in-vorm- en poedertoepassingen. Schermanalyse en het toegestane percentage ondermaat worden bepaald door de deeltjesgrootte-eisen van de toepasselijke specificatie, waarvan GB/T 13247 het referentiedocument is dat wordt gebruikt voor zeeftesten van ferrolegeringen. Verpakkingsvereisten, inclusief het gebruik van stalen vaten, big bags en bescherming tegen vocht, volgen GB/T 3650 voor verpakkingen van ferrolegeringen.

Aan de ontvangende kant is het een goede gewoonte om drie dingen te controleren voordat het materiaal de oven bereikt: het lotcertificaat ten opzichte van de bestelde kwaliteit, de maatverdeling ten opzichte van de overeengekomen band, en het uiterlijk ten opzichte van het contract - een glanzende zilver-grijze breuk zonder zichtbare slak, zonder aangehecht zand en zonder roodachtige roestbloei. Gebroken oppervlaktekleur is geen chemische specificatie, en een visuele controle vervangt nooit analytische verificatie.

Maatvoering, toevoegingspercentages en praktische metallurgie per toepassing

De relatie tussen deeltjesgrootte en oplosgedrag verklaart de meeste praktische regels voor het gebruik van FeSi. Kleine deeltjes lossen snel op, maar oxideren aan het oppervlak en kunnen verloren gaan in de slak; grote klonten overleven de reis door de slak, maar lossen langzaam op in gietstukken met dunne- secties. De onderstaande tabel geeft de typische commerciële combinatie van groottefractie en accijns. De toevoegsnelheden zijn eerder in de commerciële gieterijpraktijk gebruikelijke waarden dan vaste cijfers, omdat de juiste waarde afhangt van de basissamenstelling van de smelt, het ladingsmengsel en de gietsectie.

Grootte fractie	Typische toepassing	Typisch toevoegingsniveau	Reden van de keuze
50-100 mm	Ovenlading en pollepeldeoxidatie bij de staalproductie	Ongeveer 2-5 kg per ton metaal voor deoxidatie, plus ophaling volgens specificatie	Overleeft de slaklaag en lost op tijdens het tappen
10-50 mm	Gietlepeltoevoegingen, algemene gieterijlegeringen	Ingesteld door de siliciumspecificatie van de warmte	Goede balans tussen oplossnelheid en laag verwerkingsverlies
3-10 mm	In-stroominenting tijdens het gieten	Ongeveer 0,1-0,5 procent van het behandelde metaalgewicht	Snelle oplossing met beperkte vervaging voordat de mal zich vult
Korrels van 0,2-3 mm	In-schimmel en schimmel-meng inenting	Aangebracht in de vormholte, dosis vastgelegd in het vormplan	Lost op in de schimmelstroom en kiemt laat
Poeder onder 0,2 mm	Fluxmengsels, lastoevoegmaterialen, gevulde draadvulling	Gemengd door de fabrikant van verbruiksartikelen	Groot oppervlak voor snelle reactie in een gecontroleerde drager

Bij de staalproductie dekt FeSi twee taken tegelijk: het doodt de hitte en brengt silicium naar het doel, dus het gebruik ervan is verbonden met de soort die wordt gegoten. In gieterijen van grijs en nodulair gietijzer wordt de kwaliteitkeuze gedomineerd door het enteffect. Bij de productie van laselektroden en vloeimiddelen wordt ferrosilicium gebruikt als deoxidatiemiddel en boogstabilisator die mangaan en koolstof beschermt tegen oxidatie in het smeltbad en de porositeit vermindert. Bij de magnesiumproductie volgens het Pidgeon-proces fungeert silicium in ferrosilicium als reductiemiddel voor gecalcineerd dolomiet; de lading wordt gebriketteerd en onder vacuüm gereageerd, en het bij die reactie verbruikte silicium verlaat het circuit als dicalciumsilicaat in plaats van terug te keren als metaal.

Ferrosilicium komt ook voor bij de productie van andere masterlegeringen, waar het wordt gesmolten met chroom-, mangaan- of nikkeldragers om complexe ferrolegeringen te vormen. Hier is FeSi een siliciumbron in plaats van een behandelingsmiddel, en de controlerende eigenschap is de afwezigheid van tramp-elementen die in de voltooide legering zouden terechtkomen.

Opslag, hantering en veiligheidspunten die van invloed zijn op de kwaliteit

Ferrosilicium wordt droog verkocht en moet droog blijven. Normaal gesproken tast contact met water de legering niet aan, maar water in een afgesloten container of in contact met vers gebroken reactieve soorten kan waterstof genereren, en nat of verroest materiaal verandert de herstelberekening van de oven en creëert hanteringsrisico's bij de laaddeur. De voorraad dient afgedekt te worden bewaard op een gedraineerde vloer, in de originele vaten of bigbags, en gescheiden per soort en partij, zodat certificaten traceerbaar blijven.

Stof afkomstig van vermalen en zeven is een ademhalings- en, voor fijne fracties, een ontplofbaarheidsoverweging; Lokale afzuigventilatie en het normale stofbeheersingsregime- voor een magazijn met ijzerlegeringen zijn van toepassing. Ferrosilicium is zwaar en onregelmatig, dus het hanteren van tassen, het slingeren en het vermijden van voetstappen zijn de routinematige handmatige--problemen bij het hanteren. Aan de ovenzijde moeten toevoegingen aan nat of zwaar slakkenmetaal worden vermeden, omdat een zware, dichte klomp die in een diepe slaklaag valt, kan zinken en heftig kan reageren. De standaardpraktijk is om toe te voegen via een goot of met een gecontroleerde toevoer op een punt waar de legering wordt verzwolgen door vloeibaar metaal in plaats van te drijven op slak.

Veelgestelde vragen

Vraag: Wat is het typische siliciumgehalte van FeSi75-ferrosilicium?
FeSi75 wordt gespecificeerd in het gebied van 74,0 tot 80,0 procent silicium, met koolstof op maximaal ongeveer 0,20 procent, zwavel op maximaal ongeveer 0,02 procent en fosfor op maximaal ongeveer 0,04 procent onder de GB/T 2272-kwaliteitsfamilie, waarbij aluminium varieert van ongeveer 0,5 procent in inoculantkwaliteiten tot ongeveer 2,0 procent in reguliere kwaliteiten.

Vraag: Welk ferrosiliciumformaat wordt gebruikt voor het enten van nodulair gietijzer met een pollepel?
Bij het toevoegen van pollepels worden normaal gesproken klonten van ongeveer 10 tot 50 millimeter gebruikt, bij -stroominenting worden korrels van ongeveer 3 tot 10 millimeter gebruikt, en bij -vorm of vorm-blendinenting worden fijnere korrels en poeders gebruikt; de grootte moet worden afgestemd op de tijd die beschikbaar is voor oplossing voordat de schimmel zich vult, omdat het inoculerende effect vervaagt naarmate de tijd langer vasthoudt.

Vraag: Waarom wordt het aluminiumgehalte in ferrosilicium van entstof zo streng gecontroleerd?
Aluminium is een grafitiserend element en een kleine hoeveelheid is nuttig, maar een overmaat in een smelt van nodulair gietijzer bevordert de porositeit van gaatjes en de vorming van schuim en slak-, dus inoculerende kwaliteiten houden het aluminiumgehalte op ongeveer 0,5 tot 1,0 procent, terwijl sommige andere FeSi-kwaliteiten opzettelijk meer bevatten.

Vraag: Werkt ferrosilicium op zichzelf als nodularisator?
Nee. Sferoïdaal grafiet vereist magnesium of een vergelijkbaar nodulariserend element, meestal geleverd als een magnesium-ferrosiliciumlegering of gevulde draad; ferrosilicium in dat circuit fungeert als drager en als siliciumbron, en afzonderlijke inenting volgt op de nodulaire behandeling.

Vraag: Hoe wordt de siliciumopname- door toevoeging van ferrosilicium berekend?
Het herstel hangt af van de kwaliteit, de toevoegingsmethode, de toestand van de slak en het oxidatieverlies. Daarom werken gieterijen met een route-specifieke herstelfactor die wordt geverifieerd door de eerste heat van een campagne te analyseren; de toevoeging wordt vervolgens aangepast om het siliciumvenster van de gietkwaliteit te raken, met chemische analyse van het getapte metaal als bevestigende controle.

Vraag: Wat moet er op een inkooporder staan ​​voor ferrosilicium voor gieterijen?
De bestelling moet de kwaliteit en het gegarandeerde siliciumbereik vermelden, de maxima voor aluminium, koolstof, zwavel en fosfor, de groottefractie met het toegestane ondermaatspercentage, het verpakkingsformaat, de verwachte vochtbescherming en de bemonsterings- en analysereferentie die is gebruikt om de partij te verifiëren, zoals de ISO 3713- of GB/T 4010-bemonsteringsmethode met analyse voor de GB/T 4333-serie.