مصرف سیلیس در فولادسازی؛ نقش، کاربردها و اهمیت آن در فرآیند تولید فولاد
مقدمه
سیلیس (SiO₂) یکی از مواد معدنی کلیدی و پرمصرف در صنایع فلزات، بهویژه فولادسازی است. حضور سیلیس در فرآیند تولید فولاد، چه بهصورت ناخالصی طبیعی در سنگآهن و چه بهعنوان ماده کمکی در سربارهسازی، تأثیر مستقیم بر کیفیت فولاد، بازدهی کوره و ترکیب سرباره دارد. شناخت نحوه رفتار سیلیس در دماهای بالا برای کنترل دقیق ترکیب سرباره و بهینهسازی فرآیند ضروری است.
۱. نقش سیلیس در فولادسازیسیلیس در فولادسازی سه نقش اصلی دارد:۱–۱. نقش بهعنوان جزء سربارهساز (Flux)سرباره در فولادسازی وظیفه جذب ناخالصیها، محافظت از مذاب و تنظیم حرارت را برعهده دارد.سیلیس بهعنوان یک اکسید اسیدی، در ترکیب با اکسیدهای بازی مثل CaO و MgO شرکت میکند و تعادل شیمیایی سرباره را تنظیم مینماید.۱–۲. مشارکت در تنظیم ویسکوزیته سربارهافزایش بیشازحد سیلیس → سرباره گرانتر و ویسکوزترکاهش سیلیس → سرباره رقیقتر و احتمال ناپایداری حرارتیبنابراین کنترل درصد سیلیس برای سهولت جدایش سرباره از مذاب و افزایش سرعت پالایش اهمیت دارد.۱–۳. نقش در فرایند اکسیداسیون و کاهشدر کوره اکسیژنی (BOF)، بخشی از سیلیس موجود در آهن اسفنجی یا چدن خام اکسید میشود و به تشکیل سرباره کمک میکند.این واکنشها انرژیزا و مؤثر بر کنترل گرمای کوره هستند.—۲. منابع ورود سیلیس به فولادسازی۲–۱. سنگآهنبیشترین مقدار SiO₂ از طریق سنگآهن وارد میشود.سنگآهن مرغوب معمولاً کمتر از ۲٪ سیلیس دارد، اما در بسیاری از معادن مقدار آن ۴–۸٪ است.۲–۲. مواد نسوز و جداره کورهدر اثر سایش جداره کوره، مقداری سیلیس وارد مذاب یا سرباره میشود.۲–۳. مواد افزودنیگاهی عمداً برای تنظیم شاخص بازیبودن سرباره (Basicity Index)، سیلیس به شکل کوارتزیت یا ماسه سیلیسی اضافه میشود.—۳. مصرف سیلیس در فرآیندهای مختلف فولادسازی۳–۱. کوره بلند (Blast Furnace)در کوره بلند، سیلیس عمدتاً:از سنگآهن وارد میشودبخشی از آن با کربن واکنش داده و Si وارد چدن مذاب میکندافزایش سیلیس در چدن باعث:کاهش کیفیت چدن برای فولادسازیافزایش مصرف اکسیژن در BOFمیشود.۳–۲. کوره اکسیژنی (BOF)در BOF، سیلیس اکسید شده و وارد سرباره میشود.مهندسین فولادسازی تلاش میکنند درصد آن در سرباره ۱ تا ۳ درصد کنترل شود.۳–۳. کوره قوس الکتریکی (EAF)در EAF، ورودی سیلیس از طریق:آهن قراضهآهن اسفنجینسوزهای سیلیسیاست.در سرباره قوس الکتریکی وجود سیلیس برای تنظیم سیالیت سرباره و بهبود Foamy Slag لازم است.—۴. تأثیر سیلیس بر کیفیت فولادافزایش سیلیس در مذاب میتواند باعث شود:افزایش سختی و شکنندگی فولادکاهش جوشپذیریکاهش قابلیت شکلدهیایجاد فازهای ترد در ساختار فولاددر نتیجه کنترل دقیق آن بسیار مهم است؛ مقدار سیلیس در فولادهای تجاری معمولاً کمتر از ۰.۵٪ است.—۵. کنترل سیلیس در فولادسازیروشهای کنترل:1. انتخاب سنگآهن با SiO₂ کمتر2. تنظیم نسبت CaO/SiO₂ در سرباره3. پایش مداوم عیار سیلیس در مواد ورودی4. بهبود نسوزها برای کاهش سایش5. کاهش زمان اقامت سرباره برای جلوگیری از حل شدن نسوزهایکی از مهمترین شاخصهای کنترلی، Basicity یا شاخص بازیبودن سرباره است.
کاربردهای ویژه سیلیس در فولادسازیتولید نسوزهای سیلیسی برای کورههااستفاده بهعنوان ماده موازنهساز سربارهنقش در تولید آلیاژهای سیلیسیمدارکمک به جداسازی فسفر در BOF (بهصورت ترکیبی با CaO)—جمعبندیسیلیس یکی از عناصر کلیدی در تمام فرآیندهای فولادسازی است. مدیریت صحیح آن در سرباره و مذاب باعث:بهبود راندمان کورهکاهش مصرف انرژیارتقای کیفیت فولاد تولیدیافزایش عمر نسوزهامیشود.درک رفتار سیلیس و کنترل دقیق مقدار آن، یکی از مهمترین عوامل موفقیت در تولید فولاد با کیفیت بالا است.
