Ferrosilizium wird in der Stahlindustrie als Desoxidationsmittel verwendet

Ferrosilizium wird in der Stahlindustrie als Desoxidationsmittel verwendet. Während des Stahlherstellungsprozesses wird Sauerstoff durch Methoden wie Sauerstoffblasen oder die Zugabe von Oxidationsmitteln eingeführt, um schädliche Verunreinigungen wie Kohlenstoff und Schwefel aus geschmolzenem Eisen zu entfernen. Im Allgemeinen besteht der Zweck des Sauerstoffblasens darin, Elemente wie Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phosphor und Schwefel in geschmolzenem Eisen zu oxidieren und Gase oder Oxide mit höherem Schmelzpunkt zu bilden. Dies reduziert die negativen Auswirkungen dieser fünf Elemente auf die Stahlzusammensetzung und nutzt die während der Oxidation freigesetzte Wärme, um die Temperatur des geschmolzenen Eisens zu erhöhen. Dieser Prozess erhöht jedoch allmählich den Sauerstoffgehalt im Stahl, überwiegend in Form von FeO. Wenn Sauerstoff nicht aus dem Stahl entfernt wird, wirken sich die mechanischen Eigenschaften von gegossenen Stahlbarren nachteilig aus.

Darüber hinaus bringt Sauerstoff selbst mehrere Nachteile bei der Stahlherstellung mit sich:

1. Sauerstoff ist eine der Hauptursachen für Gasporosität in Gussstahlteilen. Während der Erstarrung von Stahl nimmt die Sauerstofflöslichkeit mit sinkender Temperatur deutlich ab, wodurch freigesetzter Sauerstoff mit Kohlenstoff im Stahl reagiert und CO-Blasen entstehen, die Poren bilden können, wenn sie im Stahl eingeschlossen sind.

1. Ein zu hoher Sauerstoffgehalt in geschmolzenem Stahl verstärkt die Neigung zu Heißrissen in Gussstahl. Dies liegt daran, dass FeO beim Zusammentreffen mit FeS ein Eutektikum (FeO·FeS) bildet, das einen niedrigen Schmelzpunkt (940 °C) hat und dazu neigt, sich als dünner Film entlang der Korngrenzen auszubreiten, wodurch Heißrisse entstehen.
2. Sauerstoff ist auch ein wichtiges Element, das zur Bildung nichtmetallischer Einschlüsse beiträgt. Er kann mit verschiedenen Elementen reagieren und Oxideinschlüsse bilden, die, wenn sie im Stahl verbleiben, dessen Leistung verringern.

Um diese Probleme zu mildern, ist nach der Entfernung von Verunreinigungen aus geschmolzenem Eisen eine Desoxidation unerlässlich. Desoxidationsmittel enthalten typischerweise Eisenlegierungen, die Elemente wie Silizium, Mangan, Aluminium und Kalzium enthalten, die aufgrund ihrer starken Affinität zu Sauerstoff ausgewählt werden. Während des Stahlherstellungsprozesses wird Ferrosilizium in der Stahlindustrie aufgrund seiner starken Affinität zu Sauerstoff als wichtiges Desoxidationsmittel verwendet. Wenn während der Stahlherstellung Siliziumeisen hinzugefügt wird, tritt die folgende Desoxidationsreaktion auf:
2FeO + Si=2Fe + SiO₂
Die nach der Desoxidation entstehende Kieselsäure ist leichter als geschmolzener Stahl und schwimmt auf der Oberfläche, dringt in die Schlacke ein und entfernt effektiv Sauerstoff aus dem Stahl. Dieser Prozess erhöht die Festigkeit, Härte und Elastizität des Stahls erheblich, verbessert seine magnetischen Eigenschaften und verringert die Hystereseverluste im Transformatorstahl.

In der Praxis gibt es zwei Hauptmethoden zur Desoxidation von geschmolzenem Stahl:

1. Bei der Diffusionsdesoxidation wird das Diffusionsverhalten von Sauerstoff in geschmolzenem Stahl ausgenutzt, wobei pulverförmige Desoxidationsmittel wie Kohlenstoffpulver,Ferrosiliziumpulver, Kalziumsiliziumpulver,Aluminiumpulver und Calciumcarbidpulver werden während der Reduktionsphase auf die Schlackenoberfläche gestreut. Diese Methode reduziert den Sauerstoffgehalt in der Schlacke und stört das Gleichgewicht der Sauerstofflöslichkeit zwischen Schlacke und geschmolzenem Stahl, wodurch die Sauerstoffdiffusion vom geschmolzenen Stahl in die Schlacke erleichtert wird.
2. Bei der Niederschlagsdesoxidation werden stückige Desoxidationsmittel wieFerrosiliziumblöckein geschmolzenen Stahl, wo sie mit FeO reagieren und ausfallen. Der Zeitpunkt der Bildung von Desoxidationsprodukten unterteilt sie in primäre (entsteht unmittelbar nach Zugabe von Desoxidationsmitteln in den Ofen oder die Pfanne), sekundäre (entsteht in bereits desoxidiertem Stahl, bevor dieser auf die Liquiduslinie abkühlt) und tertiäre (entsteht während der Erstarrung zwischen Liquidus- und Soliduslinie).

Zusammen verbessern diese Desoxidationsprodukte die Qualität und Leistung des Stahls.