Què és el ferro silici?
El ferrosilici és un aliatge de ferro-silici produït per la reducció carbotèrmica de quars (SiO₂) amb reductors de carboni en forns d'arc elèctric submergits. Els graus comercials tenen un contingut nominal de silici entre aproximadament el 15% i el 90%, amb FeSi 45, FeSi 65, FeSi 70, FeSi 72 i FeSi 75 els graus metal·lúrgics més comuns. El seu valor en la metal·lúrgia prové de la forta afinitat del silici per l'oxigen i de la seva capacitat per modificar l'estructura del ferro i l'acer: el silici elimina l'oxigen dissolt del metall fos, augmenta la resistència i la duresa de l'acer i canvia la forma en què el carboni precipita a la fosa.
Elaboració d'acer: desoxidació i aliatge
En la producció d'acer, el ferro silici s'afegeix a la cullera com a desoxidant. L'oxigen dissolt a l'acer fos reacciona amb el silici per formar diòxid de silici (SiO₂), que sura a l'escòria, evitant els forats, forats i inclusions d'òxids que d'altra manera debilitarien el producte acabat. FeSi 75 és el grau més utilitzat per a aquesta funció perquè el seu alt contingut de silici ofereix una forta desoxidació per quilogram d'aliatge afegit. Més enllà de la desoxidació, el silici és un element d'aliatge per dret propi: augmenta el límit elàstic, la duresa i la resistència al desgast de l'acer al carboni, l'acer aliat i l'acer inoxidable, i millora les propietats magnètiques en els graus elèctrics. En els acers morts i semi-, el silici també controla l'activitat del carboni durant la solidificació, donant una estructura de gra més neta.
Foneries de ferro colat: grafitització i fluïdesa
En la producció de ferro gris i ferro dúctil, el ferrosilici actua com a inoculant i agent de grafitització. Afegit just abans d'abocar, proporciona nuclis que afavoreixen que el carboni precipiti com a grafit en lloc de com a cementita dura i trencadissa (ferro blanc). El resultat és un grafit més fi, un fred reduït en seccions primes i unes propietats mecàniques més consistents a tota la fosa. El silici també augmenta la fluïdesa del ferro fos, ajudant a les foneries a omplir motlles complexos i a produir peces de fosa-de paret fina i sense defectes-. Els inoculants de fosa es fan habitualment a partir de FeSi 75 amb nivells controlats de calci i alumini, sovint subministrats en fraccions de mida ajustada com ara 0,2-0,7 mm, 1-3 mm o 3-8 mm per a una cinètica de dissolució consistent.
Producció de magnesi: el procés Pidgeon
El ferro silici és un agent reductor clau en el procés Pidgeon, la ruta dominant per produir magnesi metall a partir de dolomita calcinada. En aquest procés de retorta al buit d'alta-temperatura, el silici de FeSi 75 reacciona amb l'òxid de magnesi a aproximadament 1.150-1.200 graus, alliberant vapor de magnesi que es condensa i es col·loca en lingots. Cada tona de metall de magnesi consumeix normalment una quantitat substancial de ferro silici, fent de FeSi un dels articles de cost variable més grans per als productors de magnesi. El mateix poder reductor del silici s'aprofita en altres aplicacions de la metal·lúrgia extractiva, inclosa la producció de certs ferroaliatges i metalls especials.
Elèctrodes de soldadura i acers elèctrics
El ferro silici s'utilitza per fer recobriments i fluxos d'elèctrodes de soldadura, on el seu comportament d'aliatge i desoxidació estabilitza l'arc i controla la composició del metall de soldadura. També és una matèria primera per als acers elèctrics al silici utilitzats en transformadors, motors i generadors: el silici augmenta la resistivitat elèctrica i redueix les pèrdues de corrents de Foucault, millorant l'eficiència energètica. En aquestes aplicacions, el control de puresa i la mida constant de les partícules són més importants que en els graus ordinaris de fabricació d'acer.
Escollint el grau de FeSi adequat
La selecció del grau comença amb el lliurament de silici requerit per tona de fosa. FeSi 45 (al voltant d'un 41-47% de Si) és una opció de menor cost per a la desoxidació a granel on no es requereix una gran recollida de silici. FeSi 65 i FeSi 70 s'adapten a les tasques d'aliatge amb objectius moderats de silici. FeSi 72 i FeSi 75 ofereixen el silici més elevat per unitat de pes, minimitzant les addicions d'aliatge, el transport d'escòries i l'entrada d'impureses, per això FeSi 75 domina la inoculació i la reducció de magnesi. La mida dels grumolls importa igual: els grumolls de 10-50 mm i 50-100 mm s'adapten a l'addició de cullerots i a la càrrega del forn, mentre que els fins i les pols s'utilitzen per a aplicacions de briquetatge, injecció o sinterització.
PMF
P1: El ferro silici és el mateix que el silici metall?
No. El ferro silici és un aliatge de ferro-silici (normalment 45-80% Si amb ferro com a balança), mentre que el silici metall és un producte molt més pur (98-99,9% Si) utilitzat en aliatges d'alumini, productes químics i electrònica. Els dos no són intercanviables en la majoria d'aplicacions.
P2: Per què és FeSi 75 el grau més comú?
FeSi 75 equilibra un alt contingut de silici amb un comportament pràctic de fusió i un cost. El seu contingut aproximadament del 72-80% de silici maximitza la quantitat de silici actiu lliurat per tona, la qual cosa redueix el consum total d'aliatge en desoxidació, inoculació i reducció de magnesi.
P3: Es pot utilitzar ferro silici com a agent reductor fora de la producció de magnesi?
Sí. El silici redueix els òxids metàl·lics en diversos processos extractius. A la pràctica, el ferrosilici s'utilitza en la producció d'altres ferroaliatges i en algunes vies especialitzades de reducció de metalls, tot i que el procés Pidgeon segueix sent el major consumidor únic de FeSi com a reductor.
P4: En quines mides es subministra ferro silici?
Les formes habituals inclouen grumolls de 0-1 mm, 1-3 mm, 3-8 mm, 10-50 mm i 50-100 mm, més fines per a briquetatge. La mida adequada depèn del mètode d'addició: les addicions de cullerot afavoreixen 10-50 mm, mentre que la inoculació i la injecció afavoreixen les fraccions més fines.
P5: Com s'ha d'emmagatzemar el ferrosilici?
Mantingueu-lo sec i allunyat de fonts d'humitat. El FeSi humit pot generar hidrogen en contacte amb el metall fos, augmentant el risc de porositat en l'acer i les peces de fosa. Emmagatzemar en magatzems coberts i ventilats sobre palets i mantenir els envasos tancats fins al seu ús.