Ferrokiselgjutning: Betyg, inokulering och gjuteriroller

Två betydelser bakom termen Ferrokiselgjutning

I gjuteri- och metallurgiska handelsspråk används "ferrokiselgjutning" i två distinkta betydelser, och att förväxla dem leder till felaktiga köpbeslut. Den första är själva gjutningen av ferrokisel: smält FeSi som tappas från en nedsänkt-bågsugn hälls i grunda sandbäddar, gjutjärnsformar eller gjuthjul, kyls sedan, bryts, krossas och silas till den klump, granulat och pulverstorlekar som nedströmsanvändare köper. Det andra, mer sunt förnuft, är användningen av ferrokisel som tillsats vid gjutning av järn- och stålkomponenter, där det fungerar som ett deoxideringsmedel, ett legeringsmedel, ett ympmedel och en nodulariseringsbärare.

Båda sinnena är viktiga för en köpare eftersom egenskaperna som efterfrågas av materialet skiljer sig åt. Ett gjutet FeSi-göt avsett för krossning måste vara fritt från överdriven inre porositet och krympningshåligheter så att det går sönder rent med en låg andel finpartiklar, medan en inokulationskvalitet som levereras till ett segjärnsgjuteri måste kontrolleras noggrant på aluminium, kalcium och sällsynt-jordart innehållet så att det löser upp storleken på slängen så att den löses upp så att den siktas upp så att den siktas upp så att den siktas upp så. Den här guiden behandlar betygen, de metallurgiska rollerna, storleksreglerna och acceptanskontrollerna som styr båda situationerna, med hjälp av de specifikationer som faktiskt tillämpas i kommersiella kontrakt.

Kvaliteter och typisk kemisk sammansättning av gjuteriferrokisel

Ferrokiselkvaliteter är uppkallade efter deras nominella kiselinnehåll. Den internationella familjen sträcker sig från hög-kisel FeSi75 ner till FeSi65 och lägre-kisel FeSi45 som används främst i ståltillverkningskretsen, plus specialiserade ympmedels- och nodularisatorfamiljer som bär kontrollerat aluminium, kalcium, barium, strontium eller magnesium. Baskvalitetsfamiljen och dess kiselserier följer GB/T 2272 ferrokiselspecifikation (FeSi75, FeSi72, FeSi65), och motsvarande kemiska bestämningsmetoder publiceras i GB/T 4333-serien. Provtagning av ett parti utförs enligt ISO 3713 eller GB/T 4010, så att ett analyscertifikat kan knytas till en definierad provtagningsplan snarare än till ett enstaka prov.

Tabellen nedan sammanfattar typiska kommersiella maxima för de huvudsakliga kvaliteter som används i gjutningsarbeten. Värdena anges som kommersiella intervall för motsvarande kvalitetsfamilj; ett specifikt kontrakt bör alltid ange de garanterade gränserna som kommer att verifieras genom kemisk analys av det levererade partiet.

Kvalitet	Typiskt Si-sortiment	Al max	C max	S max	P max	Huvudroll i casting
FeSi75 (vanlig)	74.0-80.0%	1.5-2.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Ståldeoxidation, legering, allmän ympning
FeSi75 (lågt-Al-ympmedel)	74.0-80.0%	0.5-1.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Skänk och in{0}}ström-ympning av segjärn
FeSi72	70.0-75.0%	2.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Deoxidation av kol och låg-legerat stål
FeSi65	63.0-68.0%	2.5%	0.20%	0.02%	0.04%	Legering av gjutjärn, allmänna gjuteritillsatser
FeSi45	43.0-47.0%	3.0%	0.20%	0.02%	0.04%	Ståldeoxidation där stark Si-upptagning-inte önskas

Två innehållsparametrar förtjänar särskild uppmärksamhet vid köpstadiet. Aluminium hålls medvetet lågt i inokuleringskvaliteter eftersom överskott av Al i en segjärnssmälta främjar porositet och slagg för porer, men det hålls avsiktligt högre i vissa FeSi-kvaliteter eftersom aluminium fungerar som ett grafitiserande element. Kalcium delas likaledes mellan familjer: konventionellt FeSi bär cirka en procent eller mindre, medan kalcium-innehållande ympmedel som Ca-Ba eller Ca-Sr FeSi är konstruerade för längre blekningsbeständighet. När ett gjuteri specificerar ett ympmedel är "FeSi75" enbart en ofullständig beskrivning; förpackningen av aluminium, kalcium och spår- och partikelstorleksbandet är egenskaperna som bestämmer prestandan.

Deoxidation och slagg i smält stål och järn

Kisel har en hög affinitet för syre vid ståltillverkningstemperaturer, så ferrokisel tillsätts för att döda kvarvarande syre och för att höja kisel till specifikationen för värmen. Deoxidationspraxis kombinerar normalt ett starkt deoxidationsmedel som tillsätts djupt i skänken eller under tappning med en senare fintillsats, så att reaktionsprodukterna hinner flyta in i slaggen istället för att fångas som icke-metalliska inneslutningar i det stelnade gjutgodset. Eftersom produkten av kisel-syrereaktionen är kiseldioxid, kan en alltför sen eller alltför tung FeSi-tillsats lämna silikatinslutningar; i praktiken placeras tillsatsen så att syre reduceras innan metallen kommer in i formen och skänken får en hålltid för flotation.

Kisel påverkar också kol- och syreaktiviteten samtidigt. Låg-kisel-FeSi som FeSi45 föredras ibland när värmen redan innehåller tillräckligt med kisel från en annan källa, medan FeSi75 används där smältladdningen är kort på kisel. Oavsett betyg är de praktiska acceptanspoängen konsekventa: certifierad kemisk analys som täcker Si, Al, C, S och P; ett band med angiven storlek; en fukt-fri, rost-fri yta; och en partiidentifikation som gör att gjuteriet kan återskapa resultatet av en tidigare värme.

Ympning och nodularisering vid segjärnsgjutning

Duktilt, eller sfäroidal grafit, järn är beroende av en kontrollerad tillsats av magnesium till smältan följt av ympning med kisel-rikt material. Magnesium introduceras vanligen som en magnesium-ferrokisellegering, en kärntråd eller en magnesium-bärande masterlegering, och kiseln som kommer med nodularisatorn kompletteras med en separat tillsats av ympmedel. Inokulering ger heterogena kärnbildningsställen så att grafit växer som knölar snarare än som flingor eller som ett nät av degenererade former. Mikrostrukturacceptans för sådana gjutgods bedöms normalt mot grafitformklassificeringar som ISO 945 och inspektionspraxis som ASTM A247, med själva gjutningsspecifikationen skriven till ISO 1083 eller ASTM A536 för den mekaniska kvaliteten.

Ympmedlets prestanda bleknar med tiden, så tillsatsen måste ske tillräckligt sent för att överleva tills formen är fylld men tillräckligt tidigt för att vara helt upplöst. Skänkympning, in-ström-ympning under hällning och mögelympning är de tre standardpositionerna som ofta används i kombination, och var och en kräver olika partikelstorlek. Ympmedel i pulverformat- blandas i formsand eller används för i-formlådor, granulat används för in-tillsatser och klumpar på fem till tjugo millimeter används för skänktillsatser. Typiska kommersiella doser för ympning ligger i området 0,1 till 0,5 procent av vikten av behandlad metall, med tyngre tillsatser som används för tunna sektioner och för smältor med en hög andel stålskrot, vilket är en-kärnbildningsdålig laddning.

Kornförfining och stelningskontroll

Tillsats av ferrokisel före stelning förändrar både kärnbildningstätheten och de lokala termiska förhållandena för den stelnande huden. En finare kornstruktur ger i allmänhet bättre sträckgräns, bättre utmattningsbeständighet och en finare spridning av inneslutningar, och i gjutjärn tjänar kiseltillsatsen också till att minska bildningen av hårda, vita järnkarbider i tunna sektioner. Ferrokiseltillsatser höjer kolekvivalenten i järn, vilket stöder grafitbildning, men ett överskott har motsatt effekt på slagprestanda genom att främja grafitflotation och grova strukturer. Arbetsbalansen är därför att träffa ett kiselmål innanför gjutkvalitetens sammansättningsfönster snarare än att tillsätta FeSi tills smältan "ser rätt ut".

Eftersom kisel förändrar likviditeten och flytbarheten hos den smälta metallen, påverkar det också fyllningen av tunna väggar och storleken på stigarröret som en riggingenjör kommer att beräkna. Gjutgods är i allmänhet utformade och smältan specificeras tillsammans, och en förändring av FeSi-grad eller tillsatspunkt är en förändring av processen som bör -valideras på nytt på utskakningsbänken- innan den skrivs in i ruttkortet.

Mögel och gjutning för ferrokiselprodukter

Producentsidan av ferrokiselgjutning följer sina egna regler. FeSi tappas vid en temperatur långt över smältintervallet för legeringen. För FeSi75-familjen faller likvidus i området 1200 till 1250 grader Celsius och smältan tappas varmare, typiskt i 1300 till 1500 grader Celsius-bandet, så att den förblir flytande under fyllning av formar eller gjutbäddar. Stelningen sker på en bråkdel av en timme för tunna skikt, vilket ger en fin och någorlunda enhetlig struktur; långsam nedkylning av djupa göt ger grova korn och krymphål som förvandlas till fina partiklar vid brytning.

Efter kylning krossas legeringen i käft- och rullkrossar och siktas. Fraktionerna i standardstorlek som säljs till gjutningsindustrin är tio till femtio millimeter och femtio till etthundra millimeter för ugn- och skänktillsatser, tre till tio millimeter för in-flödesarbete och finare granulerade eller malda kvaliteter för i-form- och pulverapplikationer. Skärmanalys och den tillåtna procentandelen av undermått styrs av partikelstorlekskraven i den tillämpliga specifikationen, varav GB/T 13247 är referensdokumentet som används för ferrolegeringssikttestning. Förpackningskrav, inklusive användning av stålfat, storsäckar och fuktskydd, följer GB/T 3650 för ferrolegeringsförpackningar.

Vid mottagandet är det bra att kontrollera tre saker innan materialet når ugnen: particertifikatet mot den beställda kvaliteten, storleksfördelningen mot det överenskomna bandet och utseendet mot kontraktet - en blank silvergrå-grå fraktur utan synlig slagg, ingen fastsatt sand och ingen rödaktig rostblomning. Trasig ytfärg är inte en kemisk specifikation, och en visuell kontroll ersätter aldrig analytisk verifiering.

Dimensionering, tilläggssatser och praktisk metallurgi efter applikation

Förhållandet mellan partikelstorlek och upplösningsbeteende förklarar de flesta av de praktiska reglerna för FeSi-användning. Små partiklar löses snabbt men oxiderar vid ytan och kan gå förlorade i slaggen; stora klumpar överlever resan genom slaggen men löses långsamt i tunna-sektionsgjutgods. Tabellen nedan visar den typiska kommersiella sammankopplingen av storleksfraktion till tull. Tillsatshastigheterna är intervall som vanligtvis används i kommersiell gjuteripraktik snarare än fasta siffror, eftersom det korrekta värdet beror på smältans bassammansättning, satsblandningen och gjutsektionen.

Storleksfraktion	Typisk tillämpning	Typisk tilläggsnivå	Anledning till valet
50-100 mm	Ugnsladdning och slevdeoxidation vid ståltillverkning	Ungefär 2-5 kg per ton metall för deoxidation, plus upphämtning enligt specifikation	Överlever slagglagret och löses upp vid tappning
10-50 mm	Skänktillsatser, allmän gjuterilegering	Ställs in av kiselspecifikationen för värmen	Bra balans mellan upplösningshastighet och låg hanteringsförlust
3-10 mm	In-ström-ympning under hällning	Cirka 0,1-0,5 procent av behandlad metallvikt	Snabb upplösning med begränsad blekning innan formen fylls
0,2-3 mm granulat	I-mögel och mögel-blandar ympning	Appliceras i formhålan, dos fixerad enligt formplanen	Löser sig i mögelströmmen och bildar kärnor sent
Pulver under 0,2 mm	Flussblandningar, svetstillsatser, fyllning med kärntråd	Blandas av tillverkaren av förbrukningsvaror	Hög yta för snabb reaktion i en kontrollerad bärare

Inom ståltillverkning täcker FeSi två jobb samtidigt: det dödar värmen och det tar kisel till målet, så dess användning är kopplad till den kvalitet som gjuts. I grå- och segjärnsgjuterier domineras kvalitetsvalet av inokuleringseffekten. Vid tillverkning av svetselektroder och flussmedel används ferrokisel som deoxidator och ljusbågsstabilisator som skyddar mangan och kol från oxidation i svetsbadet och minskar porositeten. Vid magnesiumproduktion genom Pidgeon-processen fungerar kisel i ferrokisel som reduktionsmedel för bränd dolomit; laddningen briketteras och reageras under vakuum, och kiseln som förbrukas i den reaktionen lämnar kretsen som dikalciumsilikat snarare än att återgå som metall.

Ferrokisel förekommer också i produktionen av andra masterlegeringar, där det smälts med krom, mangan eller nickelbärare för att bygga komplexa ferrolegeringar. Här är FeSi en kiselkälla snarare än ett behandlingsmedel, och den kontrollerande egenskapen är frånvaron av trampelement som skulle bära in i den färdiga legeringen.

Förvaring, hantering och säkerhetspunkter som påverkar kvaliteten

Ferrokisel säljs torrt och måste hålla sig torrt. Kontakt med vatten angriper normalt inte legeringen, men vatten i en förseglad behållare eller i kontakt med nybrutna reaktiva kvaliteter kan generera väte, och vått eller rostigt material ändrar återvinningsberäkningen av ugnen och skapar hanteringsrisk vid laddningsdörren. Lager bör förvaras under tak på ett dränerat golv, i originalfat eller storsäckar, och separeras efter klass och parti så att certifikaten förblir spårbara.

Damm från krossning och sållning är en respiratorisk och, för fina fraktioner, en explosivitetsövervägande; lokal utsugsventilation och det normala-dammkontrollsystemet för ett lager av ferrolegeringar gäller. Ferrokisel är tungt och oregelbundet, så påshantering, slängning och undvikande av fotfällor är rutinmässiga manuella-hanteringsproblem. På ugnssidan måste tillsatser till våt eller kraftigt slaggad metall undvikas, eftersom en tung, tät klump som tappas ner i ett djupt slagglager kan sjunka och reagera våldsamt. Standardpraxis är att lägga till genom en ränna eller med en kontrollerad matning vid en punkt där legeringen uppslukas av flytande metall istället för att flyta på slagg.

FAQ

F: Vad är det typiska kiselinnehållet i FeSi75 ferrokisel?
FeSi75 specificeras i området 74,0 till 80,0 procent kisel, med kol vid cirka 0,20 procent maximalt, svavel vid cirka 0,02 procent maximalt och fosfor vid cirka 0,04 procent maximalt under GB/T 2272-klassfamiljen, med aluminium som varierar från cirka 0,2 procent i vanlig kvalitet i cirka 0,5 procent.

F: Vilken ferrokiselstorlek används för skänkympning av segjärn?
Skänktillsatser använder normalt klumpar på ungefär 10 till 50 millimeter, i-strömymmpning används granuler på ungefär 3 till 10 millimeter, och i-form eller form-blandning används finare granulat och pulver; storleken måste anpassas till den tid som är tillgänglig för upplösning innan formen fylls, eftersom ympningseffekten bleknar med hålltiden.

F: Varför kontrolleras aluminiumhalten så hårt i ferrokisel av ympmedelskvalitet?
Aluminium är ett grafitiserande element och en liten mängd är fördelaktigt, men ett överskott i en segjärnssmälta främjar porositet, slagg och slagguppbyggnad-, så inokuleringskvaliteter håller aluminium på ungefär 0,5 till 1,0 procent medan vissa andra FeSi-kvaliteter avsiktligt bär mer.

F: Fungerar ferrokisel som en nodulariser på egen hand?
Nej. Sfäroidal grafit kräver magnesium eller ett jämförbart nodulariserande element, vanligtvis levererat som en magnesium-ferrokisellegering eller kärntråd; ferrokisel i den kretsen fungerar som bärare och som kiselkälla, och separat ympning följer den nodulariserande behandlingen.

F: Hur beräknas kiselupptagningen-från en ferrokiseltillsats?
Återvinningen beror på halten, tillsatsmetoden, slaggtillståndet och oxidationsförlusten, så gjuterier arbetar utifrån en rutt-specifik återvinningsfaktor som verifieras genom att analysera det första heatet i en kampanj. tillsatsen justeras sedan för att träffa kiselfönstret för gjutkvaliteten, med kemisk analys av den tappade metallen som bekräftande kontroll.

F: Vad ska en inköpsorder innehålla för gjutferrokisel?
Beställningen bör ange kvalitet och dess garanterade kiselintervall, maxima för aluminium, kol, svavel och fosfor, storleksfraktionen med den tillåtna procentandelen för undermått, förpackningsformatet, det förväntade fuktskyddet och provtagnings- och analysreferensen som används för att verifiera partiet, såsom ISO 3713 eller GB/T 4010 med analysmetoden GB/T 4010 provtagningsmetoden 433333.