Ferrosilicium als Desoxidationsmittel bei der Stahlherstellung: Wie es funktioniert

Ferrosilicium wird in der Stahlherstellung häufig verwendet, um Silicium für die Desoxidation und Legierungsanpassung bereitzustellen. In diesem Artikel wird erklärt, wie FeSi mit gelöstem Sauerstoff in geschmolzenem Stahl reagiert, was sich auf seine tatsächliche Leistung auswirkt, wie sich FeSi75 und FeSi72 in der Verwendung unterscheiden und was bei der Auswahl von Ferrosilicium für einen Stahlherstellungsprozess überprüft werden sollte.

Ferrosilizium wird in der Stahlherstellung sowohl als desoxidierende Legierung als auch als Siliziumquelle verwendet.Nachdem FeSi zu geschmolzenem Stahl hinzugefügt wurde, gelangt Silizium in das Bad und reagiert mit gelöstem Sauerstoff, wodurch der Sauerstoffgehalt gesenkt wird und gleichzeitig siliziumhaltige Oxidprodukte entstehen.

Das Ergebnis hängt nicht allein vom FeSi-Gehalt ab. Der Siliziumgehalt, die Grenzwerte für Verunreinigungen, der Zeitpunkt der Zugabe, die Temperatur des geschmolzenen Stahls, die Badmischung, die Schlackebedingungen und die Partikelgröße können sich alle darauf auswirken, wie sich die Legierung in der tatsächlichen Produktion verhält.

Aus diesem Grund sollte FeSi75 nicht automatisch als besseres Desoxidationsmittel als FeSi72 angesehen werden, nur weil es mehr Silizium enthält. Die richtige Sorte hängt von der erforderlichen Siliziumzufuhr, der endgültigen Stahlchemie und der vollständigen FeSi-Spezifikation ab.

Sauerstoff ist bei der gesamten Stahlherstellung beteiligt, insbesondere während der Oxidations- und Raffinationsstufen. Vor dem Gießen und der endgültigen Einstellung der Legierung muss der Gehalt an gelöstem Sauerstoff entsprechend der Stahlsorte und dem Raffinierungsweg kontrolliert werden.

Desoxidierende Elemente werden zugesetzt, da sie mit gelöstem Sauerstoff in der Stahlschmelze reagieren und Oxidprodukte bilden können.

Die Desoxidation umfasst daher zwei zusammenhängende Aufgaben:

• Reduzierung des gelösten Sauerstoffs in der Stahlschmelze,
• und Kontrolle der Bildung, des Wachstums und der Entfernung der resultierenden nicht{0}}metallischen Einschlüsse.

Die chemische Bindung von Sauerstoff ist nicht das Ende des Prozesses. Auch die bei der Desoxidation entstehenden Oxidprodukte müssen entfernt, von der Schlacke absorbiert oder auf andere Weise kontrolliert werden, damit sie nicht in unerwünschter Form oder Menge im fertigen Stahl verbleiben.

Ferrosilicium entfernt Sauerstoff nicht einfach dadurch, dass es als fester Klumpen in den Ofen gelangt. Die Legierung muss zunächst in die Stahlschmelze eindringen und sich dort assimilieren, damit Silizium an Desoxidationsreaktionen teilnehmen kann.

FeSi dringt in die Stahlschmelze ein

Ferrosilicium kann je nach Anlage und Raffinationspraxis durch Massenzugabe von Legierungen oder eine andere kontrollierte Beladungsmethode eingebracht werden.

In diesem Stadium beeinflussen die Zugabeposition, die Partikelgröße, die Badbewegung und die Menge der hinzugefügten Legierung, wie das Material in den geschmolzenen Stahl eintritt und mit diesem in Kontakt kommt.

Das FeSi muss erhitzt und verteilt werden, bevor sein Silizium wirksam zur Badchemie beitragen kann.

Silizium kommt ins Bad

Bei der Assimilation von Ferrosilizium wird Silizium aus der Legierung in der Stahlschmelze gelöst.

Dieses Silizium kann dann zwei Funktionen erfüllen:

• an der Desoxidation teilnehmen,
• und tragen zum endgültigen Siliziumgehalt des Stahls bei.

Diese Doppelrolle ist wichtig, da die FeSi-Zugabe nicht allein aus dem Sauerstoffzustand bestimmt werden kann. Auch der erforderliche Endsiliziumgehalt muss berücksichtigt werden.

Silizium reagiert mit gelöstem Sauerstoff

Die grundlegende Silicium-Desoxidationsreaktion kann in vereinfachter Stahlherstellungsnotation wie folgt dargestellt werden:

[Si] + 2[O] → (SiO₂)

Hier,[Si]Und[O]stellen gelöstes Silizium und Sauerstoff in der Metallphase dar, während(SiO₂)stellt eine Oxidphase dar.

Diese Gleichung ist nützlich, um den grundlegenden Mechanismus zu erklären, aber die tatsächliche Stahlherstellung ist komplexer als eine einzelne Reaktion. Das Desoxidationsverhalten hängt von der Temperatur, der Stahlzusammensetzung, den Silizium- und Sauerstoffaktivitäten sowie dem Vorhandensein anderer desoxidierender Elemente ab.

Die resultierenden Einschlüsse können auch MnO, Al₂O₃, CaO oder andere Oxide enthalten und nicht nur als reines Siliciumdioxid vorliegen.

Was passiert mit den Desoxidationsprodukten?

Nachdem Sauerstoff chemisch in Oxidprodukte gebunden wurde, müssen diese Produkte während der Raffination noch kontrolliert werden.

Je nach Zusammensetzung, Größe und Betriebsbedingungen können Oxideinschlüsse:

• durch Kollision oder Agglomeration wachsen,
• zur Schlackenschicht schwimmen,
• in die Schlacke aufgenommen werden,
• oder im Stahl verbleiben und einer weiteren Modifikation unterzogen werden.

Die endgültige Reinheit des Stahls hängt daher nicht nur davon ab, wie viel Desoxidationsmittel zugesetzt wird, sondern auch davon, welche Einschlüsse sich bilden und wie effektiv diese während des Raffinierungsprozesses entfernt oder verändert werden.

Ein wichtiges Merkmal von Ferrosilicium besteht darin, dass bei derselben Zugabe eine Desoxidation und eine Anpassung der Siliciumlegierung erfolgen können.

Ein Teil des Siliziums ist an sauerstoff-bezogenen Reaktionen beteiligt, während im Metall zurückgehaltenes Silizium zur endgültigen Stahlzusammensetzung beiträgt.

Das bedeutet, dass die praktische Frage nicht nur darin besteht, wie viel Ferrosilicium zur Entfernung von Sauerstoff benötigt wird. Der erforderliche FeSi-Zusatz muss auch mit der endgültigen Siliziumspezifikation des Stahls kompatibel sein.

Der FeSi-Gehalt ist wichtig, aber nur eine Variable. Die tatsächliche Leistung hängt von der Wechselwirkung zwischen Legierungschemie und Stahlherstellungsbedingungen ab.

FeSi-Qualität und Siliziumgehalt

FeSi75 enthält einen höheren nominalen Siliziumgehalt als FeSi72, obwohl die genauen chemischen Grenzwerte von der vereinbarten Kaufspezifikation abhängen.

Für den gleichen theoretischen Siliziumeinsatz erfordert ein FeSi-Gehalt mit niedrigerem --Silizium im Allgemeinen eine größere Legierungsmasse als ein Silizium mit höherem --Gehalt.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass FeSi75 automatisch eine höhere Siliziumrückgewinnung, weniger Sauerstoff oder saubereren Stahl bietet. Diese Ergebnisse hängen auch von den Prozessbedingungen und der gesamten Legierungschemie ab.

Verunreinigungen in Ferrosilicium

Der Sortenname allein beschreibt nicht die vollständige Legierung.

Abhängig von der Stahlsorte und den Veredelungsanforderungen müssen möglicherweise auch Elemente wie die folgenden kontrolliert werden:

• Al,
• Ca,
• Ti,
• C,
• P,
• und S.

Diese Elemente sind wichtig, da kommerzielles Ferrosilizium chemisch nicht mit reinem Silizium gleichwertig ist. Mit FeSi eingeführte Nebenelemente können die endgültige Stahlchemie und die Zusammensetzung der Oxideinschlüsse beeinflussen.

Wenn die Einschlusskontrolle oder strenge chemische Grenzwerte wichtig sind, reicht es daher nicht aus, FeSi nur anhand des Silizium-Hauptprozentsatzes zu vergleichen.

Temperatur des geschmolzenen Stahls

Die Temperatur beeinflusst sowohl die Reaktionsbedingungen als auch die physikalische Assimilation der Legierung.

Ferrosilicium muss erhitzt und in das Bad eingearbeitet werden, bevor sich sein Silicium in der Stahlschmelze verteilt. Gleichzeitig ändert sich auch das Desoxidationsgleichgewicht mit der Temperatur und der Stahlzusammensetzung.

Aus diesem Grund gibt es keine allgemeingültige „beste FeSi-Desoxidationstemperatur“, die für jede Stahlsorte und jeden Raffinierungsweg gilt.

Additionszeitpunkt

Der geeignete Zeitpunkt für die Zugabe von Ferrosilicium hängt von der Raffinationssequenz ab.

Die Anlage muss möglicherweise Folgendes berücksichtigen:

• der Sauerstoffzustand bei Zugabe von FeSi,
• ob andere Desoxidationsmittel vor oder nach FeSi zugesetzt werden,
• der erforderliche Endsiliziumgehalt,
• die Zeit, die zum Mischen und Entfernen von Einschlüssen zur Verfügung steht,
• und die Möglichkeit einer Reoxidation.

Der Zeitpunkt der Zugabe sollte sich daher an der tatsächlichen Stahlsorte und der Raffinierungspraxis orientieren und nicht an einer einzigen festen Regel.

Badmischen und Rühren

Sobald FeSi in den Stahl gelangt, hilft die Badbewegung dabei, die Legierungselemente im flüssigen Metall zu verteilen.

Die Mischbedingungen können die Siliziumverteilung, die Badhomogenisierung, den Kontakt zwischen Reaktionszonen und der Massenschmelze sowie die Bewegung von Oxideinschlüssen beeinflussen.

Die tatsächliche Leistung von FeSi hängt daher sowohl von chemischen Reaktionen als auch von der Stoffübertragung innerhalb des Stahlbads ab.

Schlackenbedingungen und Reoxidation

Die Desoxidation findet innerhalb eines kompletten Stahl--Schlacken--Raffinierungssystems statt.

Eine oxidierende Schlacke kann das Sauerstoffgleichgewicht an der Metall-{0}}Schlacke-Grenzfläche beeinflussen, während Schlackenmitnahme oder andere Reoxidationswege nach dem ersten Desoxidationsschritt zusätzliche Oxideinschlüsse verursachen können.

Aus diesem Grund sollten bei der Wahl des Desoxidationsmittels auch der Zustand der Schlacke und die Kontrolle der Reoxidation berücksichtigt werden.

Ferrosilicium-Partikelgröße

Die Partikelgröße beeinflusst hauptsächlich die physikalische Seite der FeSi-Zugabe, einschließlich Handhabung, Beladung, Erhitzen, Kontakt mit geschmolzenem Stahl und Assimilationszeit.

Kleinere Stücke bieten eine größere äußere Oberfläche, während ein übermäßig feiner Anteil zu Staub und Verarbeitungsverlusten führen kann. Große Stücke erfordern möglicherweise mehr Zeit und geeignete Bedingungen zum Erhitzen und Assimilieren.

Die Partikelgröße ist daher wichtig, sie sollte jedoch nicht allein zur Vorhersage einer bestimmten Desoxidationseffizienz oder Siliziumrückgewinnung herangezogen werden.

Sowohl FeSi75 als auch FeSi72 können bei der Stahlherstellung Silizium liefern, die höhere Zahl bedeutet jedoch nicht, dass eine Sorte überall überlegen ist.

Berücksichtigen Sie beim Vergleich der beiden Qualitäten die gesamten Kosten und die Prozessbasis und nicht nur den Si-Prozentsatz oder den Kaufpreis pro Tonne.

Die Entscheidung kann von der erforderlichen Siliziumzufuhr, dem akzeptablen Al-Gehalt, den C/P/S-Grenzwerten, der Partikelgröße, den Lieferkosten und der tatsächlichen Anlagenzugabepraxis abhängen.

Eine ausführlichere Diskussion zur Notenauswahl finden Sie in unserem Leitfaden zuAuswahl von FeSi75 für die Stahlherstellung.

Ferrosilicium ist nicht das einzige Material, das zur Desoxidation von Stahl verwendet wird.

Verschiedene Desoxidationsmittel führen unterschiedliche Legierungselemente ein und bilden unterschiedliche Oxidsysteme. Daher sollte die Auswahl auf der endgültigen Stahlchemie und dem Raffinierungsziel basieren.

Ferrosilicium vs. Aluminium

Aluminium wird üblicherweise dort verwendet, wo eine starke Desoxidation und Al-beruhigter Stahl erforderlich sind. Es bildet Einschlüsse auf Aluminiumoxidbasis-, die dann während der Raffinierung kontrolliert werden müssen.

Ferrosilizium ist besonders nützlich, wenn die Siliziumzugabe mit der endgültigen Stahlchemie kompatibel ist oder von dieser verlangt wird.

Der Vergleich sollte daher nicht darauf reduziert werden, welches Element mehr Sauerstoff entfernt. Ebenso wichtig sind die erforderliche Stahlchemie und die Art der Einschlusskontrolle.

Ferrosilicium vs. Silicomangan

Silikomangan führt sowohl Mangan als auch Silizium ein und trägt gleichzeitig zur Desoxidation bei.

Daher kann es in Betracht gezogen werden, wenn sowohl Mn als auch Si angepasst werden müssen, während FeSi direkter für Situationen geeignet ist, in denen der Siliziumeintrag die primäre Legierungsanforderung ist.

Ferrosilicium vs. Calcium-Lagerlegierungen

Calcium-haltige Legierungen dienen einem anderen metallurgischen Zweck.

Eine Kalziumbehandlung geht häufig mit einer Veränderung der Einschlüsse nach der Desoxidation einher, insbesondere wenn der Zustand der Oxideinschlüsse angepasst werden muss.

CaSi sollte daher nicht einfach als stärkere oder schwächere Version von FeSi behandelt werden.

Es gibt kein allgemeingültig bestes Desoxidationsmittel für die Stahlherstellung.Das geeignete Material oder die geeignete Kombination hängt von der Stahlsorte, der Zielchemie, der Veredelungssequenz und den Anforderungen an die Einschlusskontrolle ab.

Ja, aber hauptsächlich, weil die Partikelgröße die Art und Weise beeinflusst, wie Ferrosilicium gehandhabt, geladen, erhitzt und in die Stahlschmelze aufgenommen wird.

Bei gleicher Materialmasse sorgen kleinere Partikel für eine größere äußere Gesamtoberfläche. Dies kann eine schnellere Erwärmung und einen schnelleren Kontakt mit geschmolzenem Stahl unterstützen.

Die Reduzierung der Partikelgröße führt jedoch auch zu praktischen Kompromissen-.

Sehr feines FeSi kann Folgendes erhöhen:

• Staubentwicklung,
• Übertragungsverlust,
• und Trennung während der Handhabung.

Sehr grobes Material kann geeignete Beschickungsöffnungen, ausreichenden Badkontakt und genügend Zeit zum Erhitzen und Assimilieren erfordern.

Daher ist die Schlussfolgerung, dass kleineres FeSi immer für eine bessere Desoxidation sorgt, nicht richtig. Die Auswahl der Partikelgröße-sollte zum Ladesystem und den tatsächlichen Betriebsbedingungen passen.

Eine Ferrosilicium-Spezifikation sollte mehr als nur den Sortennamen enthalten.

Wenn die Reinheit des Stahls oder eine spezifische Einschlusskontrollpraxis wichtig ist, sollte die gesamte FeSi-Chemie überprüft werden, anstatt sich nur auf den Haupt-Siliziumanteil zu konzentrieren.

Sie können unsere vergleichenverfügbare Ferrosilicium-Typenbeim Überprüfen der Optionen für Chemie, Produktform und Partikelgröße für eine Einkaufsspezifikation.

Schritt 1: Bestätigen Sie die endgültige Stahlchemie

Beginnen Sie mit der erforderlichen Zusammensetzung des fertigen Stahls.

Überprüfen Sie den angestrebten Siliziumbereich und stellen Sie fest, ob das während der Desoxidation eingebrachte Silizium mit der endgültigen Chemie kompatibel ist.

Schritt 2: Bestimmen Sie den erforderlichen Silizium-Input

Ermitteln Sie, wie viel Silizium während der jeweiligen Raffinierungsstufe hinzugefügt werden muss.

Dies ist nicht unbedingt dasselbe wie das endgültige Siliziumtarget, da das Bad bereits Silizium enthält und ein Teil des hinzugefügten Materials an Desoxidationsreaktionen teilnehmen kann.

Schritt 3: Wählen Sie die FeSi-Sorte aus

Vergleichen Sie FeSi75, FeSi72 oder eine andere geeignete Qualität entsprechend der erforderlichen Silizium-Eingabe und Einkaufsspezifikation.

Wählen Sie eine Sorte nicht nur aus, weil sie den höchsten Siliziumanteil aufweist.

Schritt 4: Überprüfen Sie die Verunreinigungsgrenzen

Überprüfen Sie Al, C, P, S und alle anderen eingeschränkten Elemente, die für die Stahlsorte oder die Raffinationspraxis relevant sind.

Schritt 5: Bestätigen Sie die Partikelgröße und die Ladeanforderungen

Wählen Sie einen Partikelgrößenbereich-, der zum Lagersystem, der Förderausrüstung, der Beschickungsöffnung, der Zugabemethode und der verfügbaren Assimilationszeit passt.

Wo es auf die physikalische Konsistenz ankommt, sollten auch akzeptable Bußgelder und Grenzwerte für Übergrößen festgelegt werden.

Schritt 6: Überprüfen Sie die Leistung in der tatsächlichen Produktion

Theoretische Chemie ist für die anfängliche Spezifikation und Berechnung hilfreich, die endgültige Leistung sollte jedoch anhand tatsächlicher Anlagendaten bewertet werden.

Relevante Produktionsaufzeichnungen können die Legierungszugabe, das endgültige Siliziumergebnis, die tatsächliche Ausbeute, gegebenenfalls Indikatoren für die Reinheit des Stahls und die Chargenkonsistenz von Charge zu Charge umfassen.

Eine allgemeine Lieferantenreklamation kann Prozessdaten aus dem Stahlwerk nicht ersetzen.

• Ferrosilicium liefert Silizium sowohl für die Desoxidation als auch für die Legierungsanpassung bei der Stahlherstellung.
• Bei der Desoxidation von Silizium handelt es sich um gelöstes Silizium und gelösten Sauerstoff in geschmolzenem Stahl. die Reaktion[Si] + 2[O] → (SiO₂)ist eine vereinfachte Darstellung des Grundmechanismus.
• FeSi75 ist nicht automatisch ein besseres Desoxidationsmittel als FeSi72. Die Auswahl der Sorte hängt von der erforderlichen Siliziumzufuhr, den Verunreinigungsgrenzen und den tatsächlichen Prozessbedingungen ab.
• Temperatur, Zugabezeitpunkt, Badmischung, Schlackebedingungen und Partikelgröße können das Verhalten von FeSi in der tatsächlichen Produktion beeinflussen.
• Ferrosilicium-, Aluminium-, Silicomangan- und kalziumhaltige Zusätze dienen unterschiedlichen metallurgischen Zwecken und sollten nicht nach einer universellen Regel „Bestes Desoxidationsmittel“ eingestuft werden.

Wenn Sie bereits über eine FeSi-Spezifikation für die Stahlherstellung verfügen, senden Sie uns zum Vergleich die erforderliche Sorte, den Siliziumgehalt, die Verunreinigungsgrenzen, die Partikelgröße und die Menge.

Wenn Sie sich zwischen FeSi75 und FeSi72 entscheiden, ist es sinnvoller, die vollständigen chemischen und physikalischen Spezifikationen zu vergleichen, als nur den Sortennamen zu vergleichen. Ihre aktuelle Einkaufsspezifikation kann als Grundlage für die Prüfung der verfügbaren Qualität und des Partikelgrößenbereichs verwendet werden.

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