Το σιδηροπυρίτιο χρησιμοποιείται στη βιομηχανία χάλυβα ως αποοξειδωτικός παράγοντας

Το σιδηροπυρίτιο χρησιμοποιείται στη βιομηχανία χάλυβα ως αποοξειδωτικός παράγοντας. Κατά τη διαδικασία παραγωγής χάλυβα, για την απομάκρυνση επιβλαβών ακαθαρσιών όπως ο άνθρακας και το θείο από τηγμένο σίδηρο, εισάγεται οξυγόνο μέσω μεθόδων όπως η εμφύσηση οξυγόνου ή η προσθήκη οξειδωτικών. Σε γενικές γραμμές, ο σκοπός της εμφύσησης οξυγόνου είναι να οξειδωθούν στοιχεία όπως ο άνθρακας, το πυρίτιο, το μαγγάνιο, ο φώσφορος και το θείο σε λιωμένο σίδηρο, σχηματίζοντας αέρια ή οξείδια υψηλότερου σημείου τήξης. Αυτό μειώνει τις αρνητικές επιπτώσεις αυτών των πέντε στοιχείων στη σύνθεση του χάλυβα και χρησιμοποιεί τη θερμότητα που απελευθερώνεται κατά την οξείδωση για να αυξήσει τη θερμοκρασία του τηγμένου σιδήρου. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία αυξάνει σταδιακά την περιεκτικότητα του χάλυβα σε οξυγόνο, κυρίως με τη μορφή FeO. Η αποτυχία απομάκρυνσης του οξυγόνου από τον χάλυβα επηρεάζει δυσμενώς τις μηχανικές ιδιότητες των τεμαχίων από χυτό χάλυβα.

Επιπλέον, το ίδιο το οξυγόνο παρουσιάζει αρκετά μειονεκτήματα στη χαλυβουργία:

1. Το οξυγόνο είναι μια από τις κύριες αιτίες του πορώδους αερίου στα μέρη από χυτό χάλυβα. Κατά τη στερεοποίηση του χάλυβα, η διαλυτότητα του οξυγόνου μειώνεται σημαντικά με τη μείωση της θερμοκρασίας, προκαλώντας το απελευθερωμένο οξυγόνο να αντιδρά με τον άνθρακα στον χάλυβα, παράγοντας φυσαλίδες CO που μπορούν να σχηματίσουν πόρους εάν παγιδευτούν μέσα στον χάλυβα.

1. Η υπερβολική περιεκτικότητα σε οξυγόνο στον τετηγμένο χάλυβα επιδεινώνει την τάση για θερμή πυρόλυση στο χυτό χάλυβα. Αυτό συμβαίνει επειδή το FeO σχηματίζει ευτηκτική (FeO·FeS) με το FeS όταν συναντώνται, το οποίο έχει χαμηλό σημείο τήξης (940 μοίρες ) και τείνει να διανέμεται ως λεπτή μεμβράνη κατά μήκος των ορίων των κόκκων, προάγοντας έτσι τη θερμή ρωγμή.
2. Το οξυγόνο είναι επίσης ένα σημαντικό στοιχείο που συμβάλλει στο σχηματισμό μη μεταλλικών εγκλεισμάτων. Μπορεί να αντιδράσει με διάφορα στοιχεία για να σχηματίσει εγκλείσματα οξειδίων που, εάν διατηρηθούν στον χάλυβα, μειώνουν την απόδοσή του.

Για να μετριαστούν αυτά τα προβλήματα, η αποξείδωση είναι απαραίτητη μετά την αφαίρεση ακαθαρσιών από τηγμένο σίδηρο. Οι αποοξειδωτές συνήθως περιλαμβάνουν κράματα σιδήρου που περιέχουν στοιχεία όπως πυρίτιο, μαγγάνιο, αλουμίνιο και ασβέστιο, που επιλέγονται για την ισχυρή τους συγγένεια με το οξυγόνο. Κατά τη διαδικασία κατασκευής χάλυβα, το σιδηροπυρίτιο χρησιμοποιείται στη βιομηχανία χάλυβα ως σημαντικός αποοξειδωτικός παράγοντας λόγω της ισχυρής του συγγένειας με το οξυγόνο. Όταν προστίθεται σίδηρος πυριτίου κατά την παραγωγή χάλυβα, εμφανίζεται η ακόλουθη αντίδραση αποξείδωσης:
2FeO + Si=2Fe + SiO2
Το πυρίτιο που παράγεται μετά την αποξείδωση είναι ελαφρύτερο από τον λιωμένο χάλυβα και επιπλέει στην επιφάνεια, εισχωρώντας στη σκωρία και αφαιρώντας αποτελεσματικά το οξυγόνο από τον χάλυβα. Αυτή η διαδικασία ενισχύει σημαντικά την αντοχή, τη σκληρότητα και την ελαστικότητα του χάλυβα, βελτιώνει τις μαγνητικές του ιδιότητες και μειώνει τις απώλειες υστέρησης στον χάλυβα μετασχηματιστή.

Στην πράξη, υπάρχουν δύο κύριες μέθοδοι αποξείδωσης του τηγμένου χάλυβα:

1. Η αποξείδωση διάχυσης χρησιμοποιεί τη συμπεριφορά διάχυσης του οξυγόνου σε τετηγμένο χάλυβα, όπου κονιοποιούνται αποοξειδωτές όπως σκόνη άνθρακα,σκόνη σιδηροπυριτίου, σκόνη πυριτίου ασβεστίου,σκόνη αλουμινίου και σκόνη καρβιδίου του ασβεστίου απλώνονται στην επιφάνεια της σκωρίας κατά τη διάρκεια της περιόδου μείωσης του εξευγενισμού. Αυτή η μέθοδος μειώνει την περιεκτικότητα σε οξυγόνο στη σκωρία και διαταράσσει την ισορροπία της διαλυτότητας του οξυγόνου μεταξύ της σκωρίας και του τηγμένου χάλυβα, διευκολύνοντας τη διάχυση οξυγόνου από τηγμένο χάλυβα σε σκωρία.
2. Η αποξείδωση με κατακρήμνιση περιλαμβάνει την άμεση προσθήκη χονδροειδών αποοξειδωτών όπως π.χμπλοκ σιδηροπυριτίουσε τηγμένο χάλυβα, όπου αντιδρούν με το FeO για να καθιζάνει. Ο χρόνος σχηματισμού του προϊόντος αποξείδωσης τα κατηγοριοποιεί σε πρωτεύοντα (που σχηματίζονται αμέσως μετά την προσθήκη αποοξειδωτών στον κλίβανο ή κουτάλα), σε δευτερεύοντα (που σχηματίζονται σε ήδη αποοξειδωμένο χάλυβα πριν κρυώσει στη γραμμή υγρού) και σε τριτογενή (που σχηματίζονται κατά τη στερεοποίηση μεταξύ υγρού και στερεού γραμμές).

Αυτά τα προϊόντα αποξείδωσης βελτιώνουν συλλογικά την ποιότητα και την απόδοση του χάλυβα.