В высокотемпературных металлургических процессах, таких как производство стали и литьё, ферросилиций уже много лет используется в качестве традиционного раскислителя и легирующей добавки. Однако в условиях растущих требований к защите окружающей среды и развития технологий материалов карбид кремния (SiC) постепенно становится идеальной заменой ферросилицию благодаря высокой эффективности и низкому уровню выбросов.

Сравнение свойств карбида кремния и ферросилиция: почему он считается успешной заменой?

Карбид кремния (химическая формула SiC) представляет собой ковалентный кристалл, состоящий из кремния и углерода. По сравнению с ферросилицием (сплав FeSi, содержащий 75%-90% кремния) его физико-химические свойства в большей степени соответствуют современным требованиям металлургии:

Эффективность раскисления:

Карбид кремния с содержанием кремния более 90% взаимодействует с углеродом, обеспечивая синергетический эффект раскисления. Его эффективность раскисления расплавленной стали на 15%-20% выше, чем у ферросилиция, что позволяет снизить содержание кислорода в стали до уровня менее 0.002%.

Защита окружающей среды

При производстве ферросилиция на каждую тонну продукции выбрасывается приблизительно 8 тонн углекислого газа, тогда как благодаря оптимизации технологического процесса выбросы при производстве карбида кремния можно снизить до менее 5 тонн на тонну продукции, что в большей степени соответствует политике «двойного углеродного баланса».

Преимущество по стоимости:

Хотя карбид кремния дороже ферросилиция, он позволяет на 30% снизить расход раскислительных материалов на единицу продукции, обеспечивая комплексное снижение затрат на 5-8 юаней на тонну стали.

Контроль примесей:

Содержание серы и фосфора в карбиде кремния составляет ≤0.03%, что значительно ниже, чем в ферросилиции (обычно ≤0.05%), благодаря чему снижается содержание вредных элементов в стали.

Основные области применения карбида кремния вместо ферросилиция

1. Выплавка углеродистой и низколегированной стали: эффективное раскисление и десульфурация

В сталеплавильных процессах с использованием конвертеров и электродуговых печей карбид кремния может заменять ферросилициевый сплав как для предварительного, так и для окончательного раскисления.

Коэффициент замены:

Обычно он рассчитывается в соотношении 1:1.2-1.5 (то есть 1 тонна сплава карбида кремния может заменить 1.2-1.5 тонны ферросилиция с содержанием кремния 75%).

Результаты применения:

Одна сталелитейная группа продемонстрировала, что применение сплава SiC позволяет снизить конечное содержание кислорода в расплавленной стали с 0.0045% до 0.0028%, а также уменьшить на 40% частоту возникновения подповерхностных пор в непрерывнолитых заготовках.

Совместимые марки стали:

Обычные углеродистые стали, такие как Q235 и сталь 45#, а также низколегированные стали, такие как 20Cr и 40Cr.

2. Литейная промышленность: улучшение микроструктуры и текучести чугуна

При производстве серого и высокопрочного чугуна карбид кремния может заменять ферросилиций в качестве модификатора и легирующей добавки, обеспечивая ряд преимуществ:

Измельчение зерна:

Углерод в составе карбида кремния способствует зарождению графита, что приводит к увеличению содержания перлита в чугуне на 10% до 15% и повышению твёрдости на HB15 до 20.

Повышение текучести:

При литье автомобильных блоков цилиндров применение карбида кремния позволяет повысить текучесть расплавленного чугуна на 8%-12% и увеличить выход годных отливок с 88% до 95%.

Снижение усадки:

Снижение усадки чугуна до уровня менее 0.8% позволяет минимизировать образование усадочных раковин и пористости.

3. Производство ферросплавов: снижение энергопотребления и содержания примесей

При производстве силикомарганца и силико-кальциевого сплава карбид кремния может частично заменять ферросилиций в качестве дополнительного источника кремния.

Экономия энергии:

Замена ферросилиция на 300kg карбида кремния на каждую тонну производимого силикомарганца позволяет снизить потребление электроэнергии примерно на 150kWh. Оптимизация состава предусматривает снижение содержания железа в сплаве (с 2%-3% до 1%-1.5%) для повышения чистоты продукта.

4. Выплавка специальных сталей: точный контроль состава

При производстве высококачественных марок стали, таких как нержавеющая и жаропрочная сталь, низкое содержание примесей в карбиде кремния имеет решающее значение:

Нержавеющая сталь (например, 304 и 316):

Замена ферросилиция позволяет избежать избыточного внесения железа и снизить последующие затраты на удаление железа.

Жаропрочная сталь (например, Cr25Ni20):

Карбид кремния обладает стабильной раскислительной способностью, снижает содержание оксидных включений в стали и повышает стойкость к высокотемпературному окислению.

Замена ферросилиция карбидом кремния является не только технологическим достижением в области материалов, но и неизбежным выбором для металлургической промышленности, переходящей к низкоуглеродному и эффективному производству. Области его применения постоянно расширяются — от обычной углеродистой стали до специальных отливок, обеспечивая предприятиям такие преимущества, как снижение затрат, повышение качества и сокращение выбросов. По мере развития технологий и при поддержке соответствующей политики карбид кремния, как ожидается, станет основным выбором среди металлургических вспомогательных материалов в течение следующих 5-10 лет, способствуя экологической трансформации отрасли. Если вам необходимо узнать об альтернативных решениях или получить рекомендации по закупкам для конкретной отрасли, свяжитесь с нами для получения индивидуального аналитического отчёта.