In den Hochtemperaturmetallurgiebereichen wie der Stahl- und Gießereiindustrie wird Ferrosilizium seit vielen Jahren als herkömmliches Desoxidationsmittel und Legierungsmittel eingesetzt. Mit dem zunehmenden Druck im Bereich des Umweltschutzes und den Innovationen in der Werkstofftechnologie entwickelt sich Siliziumkarbid (SiC) jedoch aufgrund seiner hohen Effizienz und seiner emissionsarmen Eigenschaften allmählich zu einem idealen Ersatz für Ferrosilizium.

Vergleich der Eigenschaften von Siliziumkarbid und Ferrosilizium: Warum gilt es als erfolgreicher Ersatz?

Siliziumkarbid (chemische Formel SiC) ist ein kovalenter Kristall aus Silizium und Kohlenstoff. Im Vergleich zu Ferrosilizium (FeSi-Legierung mit einem Siliziumgehalt von 75%-90%) entsprechen seine physikalisch-chemischen Eigenschaften besser den modernen Anforderungen der Metallurgie:

Desoxidationseffizienz:

Siliziumkarbid mit einem Siliziumgehalt von über 90% wirkt gemeinsam mit Kohlenstoff und erzielt einen synergistischen Desoxidationseffekt. Seine Desoxidationseffizienz in flüssigem Stahl ist 15%-20% höher als die von Ferrosilizium, wodurch der Sauerstoffgehalt im Stahl auf unter 0.002% gesenkt wird.

Umweltschutz

Bei der Herstellung von Ferrosilizium werden pro Tonne etwa 8 Tonnen Kohlendioxid emittiert. Durch Prozessoptimierung können die Emissionen bei der Herstellung von Siliziumkarbid hingegen auf unter 5 Tonnen pro Tonne gesenkt werden, wodurch es besser mit der "Dual-Carbon"-Politik vereinbar ist.

Kostenvorteil:

Obwohl Siliziumkarbid teurer als Ferrosilizium ist, kann es den Verbrauch an Desoxidationsmaterialien pro Einheit um 30% reduzieren, was zu einer umfassenden Kostensenkung von 5-8 Yuan pro Tonne Stahl führt.

Kontrolle von Verunreinigungen:

Der Schwefel- und Phosphorgehalt von Siliziumkarbid beträgt ≤0.03% und liegt damit deutlich unter dem von Ferrosilizium (im Allgemeinen ≤0.05%), wodurch der Anteil schädlicher Elemente im Stahl reduziert wird.

Zentrale Anwendungsszenarien für den Ersatz von Ferrosilizium durch Siliziumkarbid

1. Schmelzen von unlegiertem Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Stahl: effiziente Desoxidation und Entschwefelung

In Stahlherstellungsverfahren mit Konvertern und Lichtbogenöfen kann Siliziumkarbid die Ferrosiliziumlegierung sowohl für die Vor- als auch für die Enddesoxidation ersetzen.

Ersetzungsquote:

Sie wird üblicherweise im Verhältnis 1:1.2-1.5 berechnet (d. h., 1 Tonne Siliziumkarbidlegierung kann 1.2-1.5 Tonnen 75%iges Ferrosilizium ersetzen).

Anwendungsergebnisse:

Eine Stahlgruppe hat nachgewiesen, dass der Einsatz einer SiC-Legierung den endgültigen Sauerstoffgehalt von flüssigem Stahl von 0.0045% auf 0.0028% senken und die Fehlerrate von Porositätsdefekten unterhalb der Oberfläche bei Stranggussknüppeln um 40% reduzieren kann.

Geeignete Stahlwerkstoffe:

Übliche Kohlenstoffstähle wie Q235 und 45#-Stahl sowie niedriglegierte Stähle wie 20Cr und 40Cr.

2. Gießereiindustrie: Verbesserung des Gefüges und der Fließfähigkeit von Gusseisen

Bei der Herstellung von Grauguss und Sphäroguss kann Siliziumkarbid Ferrosilizium als Impfmittel und Legierungsmittel ersetzen und bietet mehrere Vorteile:

Kornfeinung:

Der Kohlenstoff im Siliziumkarbid kann die Graphitkeimbildung fördern, wodurch der Perlitgehalt des Gusseisens um 10% bis 15% steigt und die Härte um HB15 bis 20 zunimmt.

Verbesserung der Fließfähigkeit:

Beim Gießen von Automobilzylinderblöcken kann der Einsatz von Siliziumkarbid die Fließfähigkeit des flüssigen Eisens um 8%-12% verbessern und die Ausbeute der fertigen Gussteile von 88% auf 95% steigern.

Schwindungsreduzierung:

Die Schwindungsrate des Gusseisens wird auf unter 0.8% reduziert, um Lunker und Porosität zu minimieren.

3. Herstellung von Ferrolegierungen: Senkung des Energieverbrauchs und der Verunreinigungen

Bei der Herstellung von Siliziummangan- und Siliziumkalziumlegierungen kann Siliziumkarbid Ferrosilizium teilweise als zusätzliche Siliziumquelle ersetzen.

Energieeinsparung:

Der Ersatz von Ferrosilizium durch 300kg Siliziumkarbid pro Tonne Siliziummanganlegierung kann den Stromverbrauch um etwa 150kWh senken. Durch die Optimierung der Zusammensetzung wird außerdem der Eisengehalt in der Legierung von 2%-3% auf 1%-1.5% reduziert, um die Produktreinheit zu erhöhen.

4. Schmelzen von Spezialstählen: präzise Kontrolle der Zusammensetzung

Bei der Herstellung hochwertiger Stahlsorten wie Edelstahl und hitzebeständigem Stahl sind die geringen Verunreinigungsgehalte von Siliziumkarbid von entscheidender Bedeutung:

Edelstahl (z. B. 304 und 316):

Der Ersatz von Ferrosilizium kann eine übermäßige Eisenbeimischung vermeiden und die nachfolgenden Kosten für die Eisenentfernung senken.

Hitzebeständiger Stahl (z. B. Cr25Ni20):

Siliziumkarbid verfügt über eine stabile Desoxidationsfähigkeit, reduziert Oxideinschlüsse im Stahl und verbessert die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.

Der Ersatz von Ferrosilizium durch Siliziumkarbid ist nicht nur ein Fortschritt in der Werkstofftechnologie, sondern auch eine unvermeidliche Entscheidung für die metallurgische Industrie auf dem Weg zu einer kohlenstoffarmen und effizienten Produktion. Seine Anwendungsszenarien erweitern sich kontinuierlich – vom gewöhnlichen Kohlenstoffstahl bis hin zu speziellen Gussteilen – und bieten Unternehmen vielfältige Vorteile wie Kostensenkung, Qualitätsverbesserung und Emissionsreduzierung. Mit der Weiterentwicklung der Technologie und der Unterstützung durch politische Maßnahmen wird erwartet, dass Siliziumkarbid in den nächsten 5-10 Jahren zur bevorzugten Wahl für metallurgische Hilfsstoffe wird und die grüne Transformation der Branche vorantreibt. Wenn Sie alternative Lösungen oder Beschaffungsempfehlungen für bestimmte Branchen benötigen, können Sie uns für einen maßgeschneiderten Analysebericht kontaktieren.