लौह और इस्पात धातुकर्म उद्योग में, डीऑक्सीडेशन अंतिम इस्पात उत्पाद की स्वच्छता, प्रदर्शन और लागत निर्धारित करने वाली एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। फेरोसिलिकॉन, सबसे महत्वपूर्ण डीऑक्सीडाइज़र में से एक के रूप में, न केवल इसकी रासायनिक संरचना के कारण चुना जाता है, बल्कि इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि इसकी भौतिक आकृति विज्ञान -विशेष रूप से इसके आकार के कारण।
स्टील डीऑक्सीडेशन का सार मजबूत ऑक्सीजन आत्मीयता (जैसे सिलिकॉन और एल्यूमीनियम) वाले तत्वों को जोड़कर घुलनशील ऑक्सीजन को स्थिर ऑक्साइड समावेशन में परिवर्तित करना है, जो फिर हटाने के लिए सतह पर तैरते हैं।फेरोसिलिकॉन (FeSi)अपनी उच्च दक्षता और मितव्ययता के कारण यह मुख्यधारा डीऑक्सीडाइज़र बन गया है।
हालाँकि, डीऑक्सीडेशन प्रतिक्रिया एक साधारण स्टोइकोमेट्री नहीं है बल्कि बड़े पैमाने पर स्थानांतरण द्वारा नियंत्रित एक जटिल भौतिक रासायनिक प्रक्रिया है। प्रतिक्रिया दर मुख्य रूप से सीमित है:
पिघले हुए स्टील में सिलिकॉन के विघटन और प्रसार की दर।
वह दर जिस पर उत्पन्न SiO₂ समावेशन प्रतिक्रिया इंटरफ़ेस से अलग हो जाता है और सतह पर तैरता है।
इन कारकों में, फेरोसिलिकॉन का आकार (आकार) प्रथम दर सीमित चरण को प्रभावित करने वाले निर्णायक कारकों में से एक है।
आकार को कैसे परिभाषित किया जाता है-मैक्रोस्कोपिक बल्क से माइक्रोस्कोपिक पाउडर तक
FeSi मिश्र धातु की भौतिक विशिष्टताओं को आम तौर पर इसके अधिकतम आकार के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है:
गांठें:10-100 मिमी. पारंपरिक रूप, बड़े कन्वर्टर्स या इलेक्ट्रिक भट्टियों में साइलो में बैच जोड़ने के लिए उपयुक्त।
कणिकाएँ:1-10मिमी. आधुनिक रिफाइनिंग की मुख्यधारा, लैडल (एलएफ) जोड़ या स्वचालित फीडिंग सिस्टम के लिए उपयुक्त।
बारीक अनाज/पाउडर:0.1-3मिमी, या जाल आकार के अनुसार वर्गीकृत (उदाहरण के लिए, 50-200 जाल)। विशेष प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता है, जैसे इंजेक्शन, वायर फीडिंग, या इन-फ्लो उपचार।
डीऑक्सीडेशन दक्षता पर आकार के बहुआयामी प्रभाव तंत्र का विश्लेषण
3.1 प्रतिक्रिया कैनेटीक्स: विशिष्ट सतह क्षेत्र की निर्णायक भूमिका
आकार सीधे फेरोसिलिकॉन के विशिष्ट सतह क्षेत्र (प्रति इकाई द्रव्यमान सतह क्षेत्र) को प्रभावित करता है। कण जितने छोटे होंगे, ज्यामितीय रूप से विशिष्ट सतह क्षेत्र उतना ही अधिक बढ़ेगा।
बड़ा फेरोसिलिकॉन:
पिघले हुए स्टील में मिलाए जाने के बाद, प्रतिक्रिया केवल सतह पर होती है, जिससे "अनमेल्टेड फेरोसिलिकॉन कोर" बनता है। सिलिकॉन के भीतर विघटन और प्रसार का मार्ग लंबा है, जिसके परिणामस्वरूप धीमी और अपूर्ण प्रतिक्रिया होती है, जिससे आसानी से असमान स्टील संरचना हो जाती है।
कण फेरोसिलिकॉन:
प्रतिक्रिया इंटरफ़ेस को उल्लेखनीय रूप से बढ़ाता है, जिससे सिलिकॉन मिनटों के भीतर तेजी से और समान रूप से घुल जाता है, जिससे "विस्फोटक" डीऑक्सीडेशन प्राप्त होता है और शोधन समय कम हो जाता है।
निष्कर्ष:
समान अतिरिक्त मात्रा और सरगर्मी स्थितियों के तहत, छोटे कण फेरोसिलिकॉन की डीऑक्सीडेशन प्रतिक्रिया दर बड़े फेरोसिलिकॉन की तुलना में 2-3 गुना तेज हो सकती है।
3.2 तत्व पुनर्प्राप्ति और बर्न-नियंत्रण बंद
रिकवरी दर (वसूली दर) आर्थिक लाभ को मापने के लिए एक मुख्य संकेतक है। सिलिकॉन बर्न-मुख्य रूप से दो मार्गों से होता है: 1) स्लैग में ऑक्सीकरण; 2) भाप के रूप में वाष्पीकरण।
बड़ा फेरोसिलिकॉन:
धीरे-धीरे घुलता है, लंबे समय तक स्लैग स्टील इंटरफ़ेस पर तैरता रहता है, और स्लैग द्वारा ऑक्सीकरण के माध्यम से खोए गए सिलिकॉन का अनुपात काफी बढ़ जाता है (जलने की दर 8% -12% तक पहुंच सकती है), जिसके परिणामस्वरूप अस्थिर रिकवरी होती है।
दानेदार फेरोसिलिकॉन:
यह जल्दी से पिघले हुए स्टील में डूब जाता है और घुल जाता है, स्लैग के साथ संपर्क ऑक्सीकरण से प्रभावी ढंग से बचता है। इसका समान वितरण स्थानीय उबलने से होने वाले छींटों के नुकसान को भी कम करता है। कुल उपज को आम तौर पर 5-8 प्रतिशत अंक (उदाहरण के लिए, 85% से 90%+) तक बढ़ाया जा सकता है।
बारीक पाउडर:
अगर इसे सीधे छिड़का जाए, तो यह आसानी से धुएं में उड़ जाता है या स्लैग में तैरता है, जिसके परिणामस्वरूप काफी हद तक जल जाता है। हालाँकि, अगर तार फीडिंग या इंजेक्शन के माध्यम से पिघले हुए स्टील की गहराई में डाला जाए, तो यह सबसे कुशल सुरक्षा और उपज (92% या अधिक तक) प्राप्त कर सकता है।
3.3 समावेशन आकृति विज्ञान और इस्पात की सफाई
डीऑक्सीडेशन उत्पाद SiO₂ की आकृति विज्ञान और निष्कासन दक्षता प्रतिक्रिया की तीव्रता से प्रभावित होती है।
बड़ा फेरोसिलिकॉन:
धीमी प्रतिक्रियाएं आसानी से बड़े SiO₂ समावेशन क्लस्टर उत्पन्न करती हैं जिन्हें तैरना मुश्किल होता है, जो स्टील शुद्धिकरण के लिए हानिकारक है।
कण/बारीक फेरोसिलिकॉन:
तीव्र और समान प्रतिक्रियाएं अधिक संख्या में लेकिन छोटे, अधिक बिखरे हुए SiO₂ समावेशन उत्पन्न करती हैं। इन छोटे समावेशनों के टकराने, एकत्रित होने और पिघले हुए स्टील की सरगर्मी के तहत तैरने की अधिक संभावना होती है, जिससे अंततः पिघले हुए स्टील में कुल ऑक्सीजन सामग्री (टीओ) 15-30% तक कम हो जाती है, जिससे स्टील की थकान जीवन और प्रभाव कठोरता में काफी सुधार होता है।
3.4 प्रक्रिया अनुकूलनशीलता और स्वचालन
बड़ा फेरोसिलिकॉन:
मैनुअल या ओवरहेड क्रेन फीडिंग पर निर्भर करता है, जिसके परिणामस्वरूप खराब मीटरिंग सटीकता (±5% तक त्रुटि), बड़े बैच संरचना में उतार-चढ़ाव और आधुनिक लीन उत्पादन की आवश्यकताओं को पूरा नहीं करना पड़ता है।
कण फेरोसिलिकॉन:
स्वचालित वजन और कंपन फीडिंग सिस्टम के लिए पूरी तरह से अनुकूलित, किलोग्राम स्तर या यहां तक कि ग्राम स्तर सटीकता (त्रुटि ±1% से कम या उसके बराबर) प्राप्त करना, उच्च अंत स्टील ग्रेड को गलाने के लिए पूर्ण संरचना नियंत्रण स्थिरता प्रदान करना।
वायर फीडिंग तकनीक:
निर्माणफेरोसिलिकॉन पाउडरकोर्ड वायर में वर्तमान में सबसे उन्नत सटीक सूक्ष्म समायोजन तकनीक है, जो अत्यंत संकीर्ण सीमा के भीतर संरचना को नियंत्रित कर सकती है।
ग्रैन्युलैरिटी चयन के लिए आर्थिक मॉडल - व्यापक लागत विश्लेषण
| लागत मदें | बड़े फेरोसिलिकॉन ब्लॉक (10-50 मिमी) | कण फेरोसिलिकॉन (1-10 मिमी) | वायर फीडिंग के लिए फेरोसिलिकॉन पाउडर |
|---|---|---|---|
| कच्चा माल खरीद मूल्य | बेंचमार्क | आमतौर पर 5-10% अधिक | आमतौर पर 20-30% अधिक |
| सिलिकॉन उपज | बेंचमार्क (जैसे, 85%) | 5-8% की वृद्धि | 8-12% की वृद्धि |
| प्रभावी सिलिकॉन लागत | उच्च | निचला | वायर फीडिंग लागत के आधार पर गणना की आवश्यकता है |
| शोधन समय/ऊर्जा की खपत | उच्च (धीमी प्रतिक्रिया) | 10-15% की कमी | सटीक नियंत्रण, कम समग्र ऊर्जा खपत |
| गुणवत्ता स्थिरता/स्क्रैप दर | अधिक जोखिम | काफ़ी कम | इष्टतम |
| श्रम और स्वचालन लागत | उच्च | कम | मध्यम (उपकरण निवेश) |
इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस/कन्वर्टर स्टील बनाने की प्रक्रिया:प्रारंभिक प्री-डीऑक्सीडेशन के लिए मध्यम आकार (10-30मिमी) ब्लॉकी फेरोसिलिकॉन का उपयोग किया जा सकता है।
लैडल रिफाइनिंग फर्नेस (एलएफ):1-10 मिमी दानेदार फेरोसिलिकॉन की पुरजोर अनुशंसा की जाती है, इसे एक स्वचालित फीडिंग सिस्टम के माध्यम से जोड़ा जाता है। कुशल, स्थिर और किफायती डीऑक्सीडेशन प्राप्त करने के लिए यह स्वर्ण मानक है।
अल्ट्रा-निम्न कार्बन स्टील और विशेष स्टील का सटीक नियंत्रण:अंतिम संरचना की मिलीमीटर स्तर की बारीक ट्यूनिंग प्राप्त करने के लिए फेरोसिलिकॉन कोर्ड तार (महीन पाउडर से भरा हुआ) का उपयोग किया जाता है।
फाउंड्री उद्योग में हॉट मेटल प्रीट्रीटमेंट:0.2-1मिमी महीन -दानेदार फेरोसिलिकॉन का उपयोग इन-फ्लो इनोक्यूलेशन के लिए किया जाता है, जिससे तात्कालिक और कुशल डीऑक्सीडेशन और इनोक्यूलेशन प्राप्त होता है।
निष्कर्ष:अधिकांश आधुनिक स्टील मिलों के लिए जो लैडल रिफाइनिंग (एलएफ) का उपयोग करते हैं, हालांकि फेरोसिलिकॉन पार्टिकल की इकाई कीमत थोड़ी अधिक है, बढ़ी हुई उपज, कम ऊर्जा खपत और बेहतर गुणवत्ता से कुल लागत बचत आमतौर पर 3 - 6 महीने के भीतर कीमत अंतर को कवर कर सकती है, जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण दीर्घकालिक आर्थिक लाभ होता है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
Q1: क्या फेरोसिलिकॉन डीऑक्सीडेशन के लिए बड़ा हमेशा खराब होता है?
उत्तर: हमेशा नहीं. ईएएफ/बीओएफ टैपिंग परिवर्धन के लिए बड़े गांठ (10‑30 मिमी) सही ढंग से काम करते हैं। समस्याएँ तब सामने आती हैं जब लैडल रिफाइनिंग के अंदर बड़ी गांठों का उपयोग किया जाता है जहां तेजी से, समान विघटन की आवश्यकता होती है।
Q2: तेज प्रतिक्रिया गति प्राप्त करने के लिए सभी डीऑक्सीडेशन कार्यों के लिए केवल महीन पाउडर का उपयोग क्यों नहीं किया जाता?
उत्तर: पिघली हुई सतह पर फेंका गया खुला महीन पाउडर धूएँ के नुकसान के कारण जल जाता है। यह केवल उच्च रिकवरी प्रदान करता है जब इसे कोर्ड तार के अंदर इंजेक्ट किया जाता है या सील किया जाता है। पाउडर से सतह को चार्ज करने से भारी सामग्री अपशिष्ट उत्पन्न होता है।
Q3: बेहतर सिलिकॉन रिकवरी से वास्तविक लागत में कितना अंतर आता है?
ए: सिलिकॉन रिकवरी में प्रत्येक 5 प्रतिशत अंक का लाभ कुल फेरोसिलिकॉन खपत में कटौती करता है। उच्च मात्रा वाली स्टील की दुकानों के लिए, यह स्क्रैप कटौती लाभों से परे सार्थक मासिक कच्चे माल की बचत को जोड़ता है।
Q4: क्या मैं एक अतिरिक्त बैच में विभिन्न आकारों को मिला सकता हूँ?
ए: गांठों, दानों और बारीक पदार्थों को मिलाने से असंगत पिघलने का व्यवहार और गर्मी की वसूली के लिए परिवर्तनीय गर्मी पैदा होती है। अधिकांश तकनीकी विशिष्टताओं के लिए सख्त स्क्रीन वाले आकार के अंशों और बड़े और छोटे आकार की सामग्री पर सख्त सीमाओं की आवश्यकता होती है।
Q5: क्या आकार चुनने से समावेशन हटाने के परिणाम बदल जाते हैं?
उत्तर: हाँ. सही दानेदार ग्रेड कई छोटे समावेशन उत्पन्न करते हैं जो एकत्रित होते हैं और तैरते हैं। बड़े आकार की गांठें पिघले हुए स्टील के अंदर बड़े, हटाने में कठिन समावेशन समूहों को छोड़ देती हैं।
