Ferro silikon (FeSi) adalah deoksidator utama dalam pembuatan baja, kedua setelah aluminium dalam kemampuannya menghilangkan oksigen terlarut dari baja cair. Namun, banyak pembuat baja menganggap FeSi sebagai komoditas, mengabaikan perbedaan signifikan antar grade — terutama FeSi75 (75% Si) versus FeSi72 (72% Si) — dan peran kritis pengotor seperti aluminium dan kalsium. Perbedaan ini secara langsung berdampak pada recovery silikon, morfologi inklusi, dan kebersihan baja akhir.
Artikel ini memberikan panduan praktis untuk memilih grade ferro silikon yang tepat, mengoptimalkan praktik penambahan untuk recovery maksimum, dan memahami bagaimana elemen pengotor mempengaruhi kinerja deoksidasi. Untuk aplikasi khusus, grade tambahan seperti FeSi70 dan FeSi65 juga tersedia untuk kebutuhan paduan spesifik.
Mengapa Ferro Silikon? Peran Silikon dalam Deoksidasi
Silikon adalah deoksidator kuat dengan afinitas tinggi terhadap oksigen. Reaksi deoksidasinya adalah:
[Si] + 2[O] → SiO₂ (padat atau cair)
Tidak seperti deoksidasi aluminium yang menghasilkan inklusi alumina padat (Al₂O₃), deoksidasi silikon menghasilkan silikon dioksida (SiO₂). Jika dikombinasikan dengan mangan (seperti dalam deoksidasi SiMn), inklusi mangan silikat yang dihasilkan berbentuk cair pada suhu pembuatan baja, menawarkan flotasi dan pemindahan yang lebih baik. Silikon juga memberikan penguatan larutan padat pada produk baja akhir.
Ferro silikon lebih disukai daripada silikon logam murni karena lebih ekonomis, memiliki titik leleh lebih rendah (~1300°C vs ~1414°C untuk Si murni), dan lebih mudah larut dalam baja cair.
FeSi75 vs FeSi72 vs Grade Lainnya: Memahami Perbedaannya
Grade ferro silikon yang paling umum untuk deoksidasi baja dibedakan berdasarkan kandungan silikonnya. Bright Alloys menawarkan rangkaian lengkap:
| Grade | Kandungan Silikon | Aplikasi Tipikal | Karakteristik Utama |
|---|---|---|---|
| FeSi65 | Minimal 65% Si | Grade baja silikon rendah, inokulasi pengecoran (opsi biaya lebih rendah) | Ekonomis untuk aplikasi dengan target Si yang tidak terlalu ketat |
| FeSi70 | Minimal 70% Si | Deoksidasi baja umum, aplikasi sensitif biaya | Opsi seimbang antara ekonomi dan kandungan silikon |
| FeSi72 | 72–75% Si | Grade standar untuk sebagian besar baja karbon dan struktural | Tersedia luas, nilai baik untuk produksi volume |
| FeSi75 | 75–80% Si | Deoksidasi premium, grade baja bersih, HSLA, baja pegas | Si lebih tinggi per kg, seringkali pengotor lebih rendah, disukai untuk aplikasi sensitif kualitas |
| FeSi85 | Minimal 85% Si | Baja khusus silikon tinggi, baja listrik (volume lebih rendah) | Konsentrasi silikon maksimum, aplikasi khusus |
Grade Khusus untuk Aplikasi Spesifik
Di luar grade bongkahan standar, bentuk khusus memenuhi kebutuhan proses yang unik:
- Serbuk FeSi68 — Serbuk halus untuk pengepresan briket, injeksi, atau pelarutan cepat; ideal untuk sistem injeksi ladle dan aplikasi yang membutuhkan pelepasan silikon cepat.
- FeSi76-79 Kemurnian Tinggi untuk Baja Listrik — Aluminium, titanium, dan kalsium ultra-rendah; penting untuk baja listrik berorientasi butir dan non-orientasi di mana sifat magnetik membutuhkan kemurnian luar biasa.
Kapan Memilih FeSi75
- Efisiensi silikon lebih tinggi: Lebih banyak Si per kilogram paduan mengurangi biaya pengiriman dan penanganan
- Kandungan aluminium lebih rendah: Disukai untuk baja di mana inklusi alumina menjadi perhatian (misalnya, baja bantalan, kabel ban)
- Konsistensi lebih baik: Premium FeSi75 dari sumber terpercaya memiliki spesifikasi kimia yang lebih ketat
- Efektif biaya untuk deoksidasi massal: Tingkat penambahan yang lebih rendah mencapai target silikon yang sama
Kapan Memilih FeSi72
- Aplikasi sensitif biaya: Seringkali dihargai lebih rendah per ton (tetapi bandingkan biaya per Si efektif)
- Toleransi aluminium lebih tinggi: Dapat diterima untuk baja struktural umum di mana inklusi alumina kurang kritis
- yang lebih konsisten Beberapa wilayah memiliki FeSi72 ketersediaan
- Mungkin lebih disukai untuk paduan khusus tertentu Pasokan tersedia:
Tingkat kalsium lebih rendah:
- Untuk baja karbon dengan spesifikasi silikon yang kurang ketat Kapan Memilih FeSi65 atau FeSi70
- menawarkan sumber silikon yang hemat biaya untuk inokulasi besi cor kelabu FeSi65 Deoksidasi hemat anggaran:
- menjembatani kesenjangan antara ekonomi dan kinerja FeSi70 Inokulasi pengecoran (grade Si lebih rendah):
Gambar 1: FeSi75 (kiri) dan FeSi72 (kanan) — perbedaan visual minimal, tetapi kimia dan kinerja berbeda secara signifikan.
Recovery Silikon: Menghitung dan Memaksimalkan Hasil
- Recovery 88–95% Recovery silikon adalah persentase silikon yang ditambahkan yang tetap berada di dalam baja setelah deoksidasi. Kerugian terjadi melalui oksidasi ke terak, penguapan, dan reaksi dengan refraktori ladle. Target recovery tipikal:
- Recovery 82–88% Praktik baik:
- Recovery 70–80% Praktik rata-rata:
(75% Si) pada recovery 90%: Praktik buruk: FeSi75 Untuk mencapai penambahan silikon 0,20% dalam 100 ton lelehan baja menggunakan
- Contoh perhitungan recovery:
- Target Si ditambahkan = 100.000 kg × 0,20% = 200 kg Si
- FeSi75 yang dibutuhkan = 200 kg ÷ (75% × 90% recovery) = 200 ÷ 0,675 = 296 kg
Jika recovery turun menjadi 80%, FeSi75 yang dibutuhkan meningkat menjadi 200 ÷ (0,75 × 0,80) = 333 kg (+12,5% konsumsi)
| Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Recovery Silikon | Faktor | Pengaruh pada Recovery |
|---|---|---|
| Strategi Optimasi | Tingkat FeO terak | FeO tinggi (>5%) mengkonsumsi silikon, mengurangi recovery sebesar 10-20% |
| Minimalkan carryover terak oksidasi; kurangi FeO menjadi <3% sebelum penambahan FeSi | Suhu penambahan | Superheat berlebihan (>100°C di atas liquidus) meningkatkan oksidasi |
| Tambahkan FeSi pada 1600–1630°C untuk sebagian besar grade baja | Metode penambahan | Penambahan ladle menghasilkan recovery 85-92%; penambahan aliran menghasilkan recovery 90-95% |
| Gunakan penambahan aliran (akhir) bila memungkinkan; pastikan penetrasi dalam di bawah lapisan terak | Pengadukan ladle | Pengadukan yang tidak memadai menyebabkan konsentrasi Si lokal yang tinggi dan kehilangan terak |
| Aduk selama 3-5 menit setelah penambahan untuk memastikan homogenitas | Ukuran partikel dan bentuk | Fines berlebihan (<5 mm) teroksidasi sebelum larut, mengurangi recovery 5-10%; bentuk serbuk memerlukan penanganan khusus dalam briket atau sistem injeksi yang dirancang untuk partikel halus Tentukan FeSi dengan <5% fines; untuk aplikasi serbuk, gunakan |
“Setiap penurunan 1% dalam recovery silikon menambah sekitar 10-15 kg FeSi per 100 ton baja. Untuk pabrik lebur 500.000 ton/tahun, itu berarti 50-75 ton paduan tambahan setiap tahun — kebocoran biaya yang signifikan.”
Peran Pengotor Aluminium dan Kalsium dengan Al dan Ti ultra-rendah tersedia. Ferro silikon selalu mengandung sejumlah kecil aluminium dan kalsium — biasanya masing-masing 0,5–2,0% tergantung pada proses produksi (reduksi karbon-termal menggunakan kuarsa dan kokas). Pengotor ini bukan sekadar kontaminan; mereka secara aktif berpartisipasi dalam deoksidasi dan pembentukan inklusi. Untuk aplikasi yang membutuhkan kemurnian tertinggi, seperti baja listrik,
FeSi76-79 kemurnian tinggi
- Al adalah deoksidator yang lebih kuat daripada Si. Al dalam FeSi memberikan daya deoksidasi tambahan, seringkali mengurangi kebutuhan penambahan aluminium terpisah. Aluminium dalam FeSi
- Al menghasilkan inklusi alumina padat (Al₂O₃) yang sulit dihilangkan dan dapat menyebabkan penyumbatan nosel selama pengecoran kontinyu. Efek positif:
- seringkali memiliki Al lebih rendah daripada FeSi72 standar. Efek negatif: FeSi75 Tentukan FeSi rendah-Al (<0,5% Al) untuk baja bantalan, kabel ban, dan baja pegas.
- dengan Al < 0,1% sangat penting. Untuk baja bersih: Untuk baja listrik: Aluminium sangat merugikan sifat magnetik;
- Tingkat Al standar (0,5–1,5%) dapat diterima dan seringkali bermanfaat. grade kemurnian tinggi
Untuk baja umum:
- Al adalah deoksidator yang lebih kuat daripada Si. Al dalam FeSi memberikan daya deoksidasi tambahan, seringkali mengurangi kebutuhan penambahan aluminium terpisah. Kalsium dalam FeSi
- 0,3–1,0% Ca memberikan modifikasi inklusi yang bermanfaat tanpa biaya berlebihan atau efek samping. Ca memodifikasi inklusi alumina menjadi kalsium aluminat cair yang kurang berbahaya dan mengurangi penyumbatan nosel.
- Di atas 1,5% dapat membentuk inklusi CaS (jika sulfur ada) dan meningkatkan viskositas terak. Kisaran optimal:
- Tingkat kalsium FeSi standar biasanya cukup; hindari perlakuan berlebihan. Ca berlebih:
Gambar 2: FeSi rendah-Al (kiri) menghasilkan lebih sedikit gugus alumina daripada FeSi standar (kanan).
Waktu Penambahan dan Praktik Terbaik
- Tambahkan FeSi selama tapping setelah deoksidasi parsial dengan aluminium (jika digunakan) atau setelah menambahkan SiMn Penambahan Ladle (Tradisional)
- Tambahkan ke dalam aliran tapping untuk pencampuran yang lebih baik; hindari menjatuhkan ke lapisan terak padat Waktu:
- Penempatan: 85–90%
- Baja karbon umum, lelehan besar, pengecoran tanpa pengumpan kawat Ekspektasi recovery:
- dalam ukuran bongkahan standar (10–50 mm) FeSi72 Terbaik untuk: FeSi75 atau
Grade:
- Tambahkan FeSi selama tapping setelah deoksidasi parsial dengan aluminium (jika digunakan) atau setelah menambahkan SiMn Penambahan Aliran (Akhir)
- Pengumpan volumetrik atau penambahan manual Tambahkan FeSi ke aliran logam selama transfer ladle-ke-tundish (untuk pengecoran kontinyu) atau selama pengisian cetakan (untuk pengecoran ingot)
- Penempatan: 90–95%
- Baja karbon umum, lelehan besar, pengecoran tanpa pengumpan kawat Peralatan:
- dalam ukuran bongkahan standar (10–50 mm) FeSi75 Terbaik untuk: FeSi85 Grade baja bersih, kontrol deoksidasi presisi, meminimalkan reoksidasi
untuk kebutuhan silikon tinggi
- Untuk sistem injeksi ladle atau pengepresan briket yang memerlukan ukuran partikel halus Aplikasi Serbuk dan Injeksi
- dengan distribusi ukuran partikel terkontrol (biasanya <1 mm atau <150 μm) dalam briket atau sistem injeksi yang dirancang untuk partikel halus Aplikasi:
- Pelarutan cepat, kontrol penambahan presisi, cocok untuk sistem pengumpanan otomatis Grade yang digunakan:
- Penempatan: Keuntungan:
85–92% (memerlukan kedalaman injeksi dan aliran gas yang tepat)
- Gunakan sensor lance untuk menentukan oksigen terlarut setelah tapping (target 200-400 ppm jika menggunakan deoksidasi primer FeSi) Alur Kerja yang Dioptimalkan
- Gunakan rumus recovery berdasarkan data historis untuk praktik Anda Ukur aktivitas oksigen:
- Pilih grade: Hitung penambahan: FeSi72 Pilih FeSi75 untuk baja umum, dengan Al dan Ti ultra-rendah tersedia. untuk aplikasi baja listrik
- Tambahkan FeSi: Selama tapping atau ke dalam aliran untuk recovery terbaik
- Aduk: 3-5 menit pengadukan argon (lembut, tidak keras)
- Ukur ulang oksigen: Verifikasi oksigen residual (<30 ppm untuk baja killed) dan sesuaikan jika perlu
- Ambil sampel untuk kimia: Konfirmasi kadar silikon sesuai spesifikasi
Panduan Pemilihan Berdasarkan Grade Baja
| Grade Baja | Grade FeSi yang Direkomendasikan | Target Si dalam Baja | Pertimbangan Khusus |
|---|---|---|---|
| Konstruksi / Baja Tulangan / Merchant bar | FeSi70 Terbaik untuk: FeSi72 | 0.10–0.30% | Kadar Al/Ca standar dapat diterima; recovery 85-90% tipikal |
| Struktural / HSLA | FeSi75 (low-Al lebih disukai) | 0.15–0.40% | FeSi low-Al lebih disukai untuk HSLA dengan persyaratan ketangguhan takik |
| Baja pegas | FeSi75 low-Al (<0,5% Al) | 1.5–2.5% | Kebersihan kritis — kadar Si tinggi membutuhkan recovery yang konsisten |
| Baja bantalan | FeSi75 low-Al (<0,5% Al) | 0.20–0.40% | Inklusi alumina tidak dapat diterima; FeSi low-Al sangat penting |
| Baja kabel ban | FeSi75 ultra-low-Al (<0,3% Al) | 0.15–0.30% | Kontrol inklusi yang ketat — tentukan FeSi low-Al premium |
| Baja listrik (GOES / NOES) | FeSi76-79 kemurnian tinggi | 2.5–3.5% | Al, Ti, Ca ultra-rendah untuk sifat magnetik optimal; grade FeSi standar tidak dapat memenuhi persyaratan ini |
| Inokulasi pengecoran (besi cor kelabu) | FeSi65 atau FeSi72 standar | Sesuai kebutuhan (penambahan inokulan biasanya 0,1-0,4%) | Sumber silikon ekonomis; sering digunakan sebagai basis untuk inokulan khusus |
Aplikasi Khusus: Baja Listrik dan Persyaratan Kemurnian Tinggi
Untuk baja listrik berorientasi butir (GOES) dan non-orientasi (NOES), grade ferro silikon standar tidak dapat diterima. Pengotor aluminium, titanium, dan kalsium sangat menurunkan sifat magnetik dengan cara:
- Membentuk endapan halus yang menjepit batas butir dan menghambat perkembangan tekstur Goss
- Meningkatkan koersivitas dan rugi-rugi histeresis
- Mengurangi permeabilitas magnetik dan induksi saturasi
Untuk aplikasi yang menuntut ini, dengan Al dan Ti ultra-rendah tersedia. direkayasa secara khusus dengan:
- Al < 0,05% (maks 500 ppm, biasanya <300 ppm)
- Ti < 0,02% (maks 200 ppm)
- Ca < 0,03% (maks 300 ppm)
- C < 0,02% (maks 200 ppm)
- Kadar silikon konsisten (76-79%) untuk paduan yang presisi
Pemecahan Masalah Recovery Silikon Rendah
| Gejala | Penyebab Kemungkinan | Solusi |
|---|---|---|
| Recovery <80% secara konsisten | FeO terak tinggi (>5%), butiran halus berlebihan, pencampuran buruk, pemilihan grade salah | Kurangi carryover terak oksidasi, tentukan FeSi dengan butiran halus rendah, tingkatkan pengadukan; pertimbangkan beralih dari FeSi70 ke FeSi72 Terbaik untuk: FeSi75 untuk pelarutan yang lebih baik |
| Recovery bervariasi (variasi tinggi antar heat) | Waktu atau penempatan penambahan tidak konsisten, kondisi terak bervariasi | Standarisasi protokol penambahan, pantau FeO terak sebelum penambahan |
| Si akhir rendah meskipun perhitungan penambahan benar | Recovery diremehkan, lelehan teroksidasi berlebihan, suhu terlalu tinggi | Tingkatkan penambahan yang dihitung sebesar 5-10%, periksa suhu tapping (<1680°C) |
| Inklusi alumina tinggi | Kelebihan aluminium dalam FeSi atau penambahan Al terpisah | Beralih ke grade FeSi75 low-Al, kurangi atau hilangkan penambahan Al terpisah |
| Sifat magnetik buruk pada baja listrik | Pengotor (Al, Ti, Ca) dalam FeSi standar | Tingkatkan ke dengan Al dan Ti ultra-rendah tersedia. untuk aplikasi baja listrik |
Studi Kasus: Peningkatan dari FeSi72 ke FeSi75
Pabrik baja struktural yang memproduksi 400.000 ton/tahun grade HSLA menggunakan FeSi72 dengan 1,8% Al dan 0,8% Ca. Meskipun recovery dapat diterima (86%), baja akhir menunjukkan gumpalan alumina sesekali yang menyebabkan keluhan pelanggan tentang kualitas permukaan pada produk canai. Setelah beralih ke low-Al FeSi75 (0,4% Al, 0,9% Ca) dengan target silikon yang sama:
- Peringkat inklusi alumina (ASTM E45) membaik dari 1,5 menjadi 0,8 (pengurangan 47%)
- Recovery silikon meningkat menjadi 91% (5 poin persentase lebih tinggi)
- Konsumsi FeSi bersih menurun 8% meskipun biaya grade lebih tinggi (lebih banyak Si per kg)
- Keluhan pelanggan terkait cacat permukaan turun 65%
- Penghematan tahunan dari pengurangan konsumsi paduan dan tingkat penolakan yang lebih rendah: $320.000
Studi Kasus 2: Peningkatan Kemurnian Baja Listrik
Pabrik baja khusus yang memproduksi baja listrik non-orientasi (NOES) untuk laminasi motor EV mengalami nilai rugi inti yang tidak konsisten (3,5–4,5 W/kg pada 1,5 T, 50 Hz) saat menggunakan FeSi75 standar dengan 0,12% Al dan 0,03% Ti. Setelah beralih ke dengan Al dan Ti ultra-rendah tersedia. (Al < 0,03%, Ti < 0,008%), rugi inti stabil pada 3,2–3,5 W/kg — peningkatan 18% yang memungkinkan pabrik memenuhi spesifikasi efisiensi premium untuk motor traksi EV.
Pelajaran: FeSi75 premium dan grade khusus kemurnian tinggi sering membayar sendiri melalui peningkatan recovery, kualitas, dan kinerja — paduan termurah tidak selalu yang paling hemat biaya.
Ferro silikon tetap menjadi deoksidator penting untuk sebagian besar grade baja, tetapi memaksimalkan nilainya memerlukan pemilihan grade yang cermat — dari FeSi65 untuk penggunaan pengecoran ekonomis hingga FeSi75 untuk grade baja premium hingga dengan Al dan Ti ultra-rendah tersedia. untuk baja listrik. Kontrol pengotor (Al, Ca), praktik penambahan yang dioptimalkan, dan pemilihan grade yang tepat sangat penting untuk mengurangi konsumsi paduan, meningkatkan kebersihan baja, dan menurunkan biaya produksi. Bright Alloys memasok berbagai macam grade ferro silikon — FeSi65, dalam briket atau sistem injeksi yang dirancang untuk partikel halus, FeSi70, FeSi72, FeSi75, FeSi85, dan FeSi76-79 kemurnian tinggi untuk baja listrik — dengan kimia bersertifikat dan ukuran yang disesuaikan untuk penambahan di ladle atau aliran, didukung oleh dukungan metalurgi untuk mengoptimalkan praktik deoksidasi Anda.