Gairebé cada tona d'acer passa per un cullerot o un convertidor al qual s'ha afegit almenys un ferroaliatge. Un ferroaliatge és un aliatge mestre en el qual el ferro transporta un o més elements que tenen una gran afinitat per l'oxigen, el sofre o el carboni, o que són necessaris com a elements d'aliatge en l'acer acabat. El ferrosilici, el ferromanganès i el ferrocrom són els graus de volum més elevats-; ferromolibdè, ferrovanadi, ferrotungstè, ferrotitani i ferroniobi s'afegeixen en quantitats més petites, però sovint decideixen les propietats del producte final.
Per què s'utilitzen ferroaliatges en comptes de metalls purs
El manganès, el crom o el vanadi purs es fonen a una temperatura molt alta o són difícils de dissoldre en acer líquid. L'aliatge amb ferro produeix un aliatge mestre amb un punt de fusió més baix, una densitat útil que coincideix amb l'acer i un comportament de dissolució previsible. Els ferroaliatges també redueixen el cost per unitat d'element d'aliatge i fan que el control de l'addició a la cullera sigui pràctic a escala industrial. La majoria de graus es subministren en rangs de mida definits, normalment de 10-50 mm o 10-100 mm de grumolls, amb fins i pols controlats fins al màxim permès.
Primera funció: additius d'aliatge
L'aliatge és la funció més coneguda. Els elements s'introdueixen d'acord amb l'especificació de la composició d'acer per desenvolupar la combinació necessària de resistència, duresa, duresa, resistència a la corrosió o rendiment de temperatura elevada. Els exemples típics inclouen el crom del ferrocrom d'alt-carboni o de baix-carboni per a graus inoxidables i resistents a la calor-, manganès del ferromanganès per a acers estructurals, molibdè del ferromolibdè per a la resistència a la fluència i el tremp, vanadi del ferrovanadi per al refinament del gra i l'enfortiment de la precipitació{5}{5}{5}{6}{{{{{}}}{{{{{}}}}{{{{}}}{{{{}}}{{{}}}{{{}}{{{}}{{{}}{{{{}}}{{{}}} enfortits en alta tenacitat i resistència a la precipitació. i tungstè de ferrotungstè per a acers-d'eines i d'alta velocitat.
El temps d'addició depèn de l'element. Els elements amb una alta afinitat per l'oxigen s'afegeixen tard, al cullerot o durant l'aprofitament, mentre que es poden afegir elements més tolerants al forn. L'objectiu és sempre arribar a la finestra de composició amb el menor consum possible de l'aliatge mestre.
Segon paper: desoxidant i desulfurant
Durant la fabricació d'acer, l'oxigen dissolt s'ha d'eliminar abans de la colada per evitar forats, inclusions d'òxids i mala qualitat de la superfície. Els aliatges mestres de ferrosilici, ferromanganès i calci-reaccionen amb l'oxigen dissolt i l'eliminen com a escòria-formant òxid. El ferromanganès va més enllà: el manganès produït per la dissolució es combina amb el sofre per formar sulfur de manganès, que elimina el sofre de la solució i redueix la falta de calor. Els aliatges mestres de calci-silici s'utilitzen per al control de la forma d'inclusió, convertint inclusions d'òxids dures i angulars en d'altres de globulars més suaus que milloren la duresa i la mecanització.
Desoxidació: aliatges mestres de ferrosilici, ferromanganès i calci-silici, afegits abans o durant el cop.
Desulfuració: graus de-manganès, recolzats per la pràctica bàsica d'escòries al cullerot.
Modificació d'inclusió: aliatges principals de-calci, afegits després de la desoxidació primària.
Tercera funció: inoculants i control de l'estructura
La inoculació és la funció menys visible però sovint la més valuosa. En el ferro colat, s'afegeix un inoculant a base de ferrosilici-al ferro fos immediatament abans de la colada, de manera que el grafit es nuclea com a escates o nòduls fins i uniformement distribuïts en lloc d'estructures gruixudes o refrigerades. El resultat és una millor mecanització, una duresa més uniforme i menys punts durs a la fosa. En la fabricació d'acer, les addicions relacionades perfeccionen l'estructura del gra com a-fosa i redueixen la segregació durant la solidificació.
Els inoculants depenen de la classificació i el moment de la mida correcta. Afegit massa aviat, les partícules nucleants es dissolen i es perd l'efecte; afegits al metall fred, no es dispersen uniformement.
Quarta funció: agents reductors i usos no-de l'acer
Els ferroaliatges també es consumeixen fora de la fosa d'acer. El ferrosilici és el reductor clàssic en la producció metal·lotèrmica: s'utilitza per reduir la dolomita calcinada en la producció silicotèrmica de magnesi, i actua com a agent reductor en la fabricació d'altres ferroaliatges i alguns metalls no-ferrosos. Els aliatges principals de coixinets-d'alumini i de silici- tenen propòsits similars quan es requereix un entorn molt reductor. Els volums més petits es destinen a la indústria química, a la fabricació de consumibles de soldadura i a la producció d'aliatges no-ferrosos.
Graus comuns i les seves funcions
| Ferroaliatge | Element principal típic | Funció primària |
|---|---|---|
| Ferrosilici | 72-80 % Si | Desoxidant, reductor, inoculant |
| Ferromanganès d'alt-carboni | 76-82 % Mn, 6-8 % C | Desoxidant, desulfurant, aliatge |
| Ferrocrom d'alt-carboni | 60-70 % Cr, 6-8 % C | Aliatge per a acers inoxidables i-resistents a la calor |
| Ferromolibdè | 55-65 % Mo | Aliatge per a la resistència a la fluència i al tremp |
| Ferrovanadi | 50-80 % V | Refinament i enfortiment de gra en acers HSLA |
| Ferrotani | 30 % o 70 % Ti | Desoxidació, refinament de gra, addicions estabilitzants |
| Ferrotungstè | 70-80 % W | Aliatge per a acers per a eines i{0}}alta velocitat |
Els rangs especificats difereixen entre els graus i entre les especificacions dels proveïdors, de manera que cada calor s'ha d'afegir sobre la base del certificat d'anàlisi i la taxa de recuperació requerida en lloc de només a la taula.
Pràctica addicional i recuperació
Afegir l'aliatge adequat de manera incorrecta fa malbaratar tant el material com el temps del forn. S'apliquen tres normes pràctiques. En primer lloc, dimensioneu l'addició al pes de calor i l'anàlisi requerida, permetent la taxa de recuperació de l'element a la pràctica específica. En segon lloc, afegiu els elements més sensibles a l'oxigen-el més tard possible, un cop finalitzada la desoxidació, perquè els elements reactius es perden a l'escòria i, en cas contrari, a l'atmosfera. En tercer lloc, remeneu el cullerot suficientment per a la dissolució completa sense exposar la fosa a una reoxidació innecessària i confirmeu l'anàlisi final amb una mostra presa després d'agitar.
Preguntes freqüents
P: Quin és l'objectiu principal d'afegir ferroaliatges a l'acer?
Introdueixen elements d'aliatge, eliminen l'oxigen i el sofre dissolts, controlen la forma de les inclusions, perfeccionen l'estructura de colada i serveixen com a agents reductors en altres processos metal·lúrgics.
P: Quin ferroaliatge és el desoxidant estàndard?
El ferrosilici i el ferromanganès són els -desoxidants de volum més alt, normalment suportats per addicions de calci-silici o alumini on el control de la inclusió és fonamental.
P: Com millora el ferromanganès la qualitat de l'acer?
El manganès desoxida la fosa i es combina amb el sofre per formar sulfur de manganès, que redueix el risc d'esquerdes en calent durant el laminat i la forja.
P: Què és la inoculació i per què importa en ferro colat?
És l'addició d'un aliatge principal basat en ferrosilici-just abans de la colada, de manera que el grafit es nuclea de manera fina i uniforme, donant una duresa uniforme i una millor mecanització.
P: Per què no afegir crom o vanadi pur en lloc d'un ferroaliatge?
Els ferroaliatges es fonen més fàcilment, es dissolen de manera previsible en acer líquid, coincideixen millor amb la densitat del bany i costen menys per unitat d'element d'aliatge.
P: Quan s'han de fer addicions-sensibles a l'oxigen?
Després de la desoxidació primària, a la cullera o durant la presa, de manera que l'element reactiu no sigui consumit per l'escòria i l'oxigen atmosfèric abans d'arribar a l'acer.
