Silīcija metāls(Si, kas ir lielāks vai vienāds ar 98%), dominē alumīnija sakausējumu rūpniecībā tās augstās tīrības un zemo piemaisījumu dēļ, savukārt tērauda ražošanai un liešanai ir tendence dot priekšrokuferosilīcijs (FeSi). Šī galvenā atšķirība izriet no precīzas kompozīcijas saderības, izmaksu{1}}efektivitātes un funkcionālo prasību atbilstības.
Silīcija metāla un ferosilīcija sastāva un īpašību atšķirības tieši nosaka to pielietojuma jomas:
| Salīdzināšanas dimensija | Silīcija metāls | Ferosilīcijs | Galvenā ietekme |
| Pamata sastāvs | Si ir lielāks par vai vienāds ar 98,0% (augstākā -gala pakāpe, lielāka vai vienāda ar 99,3%), Fe/Al/Ca ir piemaisījumi (kopā mazāks vai vienāds ar 3,0%) | Fe 25%-70%, Si 30%-75% (piem.,FeSi75satur 72%-80% Si) | Augstas -tīrības pakāpes silīcijs ir piemērots lietojumiem, kuros nepieciešams mazs piemaisījumu daudzums, savukārt ferosilīciju, kas satur Fe, var leģēt vienlaikus. |
| Ražošanas process | Kvarca smilšu un koksa kausēšana augstā-temperatūrā (bez dzelzs avota), augsts enerģijas patēriņš (12 000–15 000 kWh uz tonnu silīcija) | Kvarca smilšu + koksa + metāllūžņu kausēšana ar zemu enerģijas patēriņu (8000-10000 kWh uz tonnu ferosilīcija) | Silīcija metāls maksā par 30–50% vairāk nekā ferosilīcijs. |
| Pamatfunkcija | Augstas-tīrības silīcija elementu nesējs, kas koncentrējas uz leģēšanu un ķīmisko sintēzi | Divkāršā deoksidācijas un leģēšanas funkcija, vienlaikus nodrošinot Fe elementu | FeSi ir labāk piemērots kopējām tērauda ražošanas vajadzībām, tostarp deoksidācijai un dzelzs papildināšanai. |
Galvenā loģika aiz metāliskā silīcija dominējošā stāvokļa alumīnija sakausējumu rūpniecībā
(1) Stingrais pieprasījums pēc alumīnija sakausējumiem pēc "zema dzelzs un augsta silīcija satura":
Piemaisījumu kontroles prasības:Alumīnija sakausējumi (īpaši augstākās{0}klases) ir ārkārtīgi jutīgi pret dzelzs piemaisījumiem (Fe mazāks vai vienāds ar 0,3%). silīcija metāls ar Fe saturu Mazāks vai vienāds ar 0,4% (Silīcija klase 441#) neradīs dzelzs satura pārsniegšanu alumīnijā. Tomēr, ja tiek izmantots ferosilīcijs (Fe, kas lielāks par vai vienāds ar 25%), Fe saturs alumīnijā strauji palielināsies līdz vairāk nekā 1,5%, veidojot AlFeSi trauslo fāzi, kā rezultātā stiepes izturība samazinās par 30% un pagarinājums samazināsies līdz 5%, padarot to nepiemērotu galvenajām vajadzībām, piemēram, ēku detaļu profiliem un automobiļiem.
Sakausējuma stiprināšana un plūstamības optimizācija:
Darbības mehānisms:Silīcija atomi integrējas alumīnija matricā, izraisot režģa kropļojumus un uzlabojot izturību un cietību; vienlaikus tas samazina sakausējuma šķidruma viskozitāti, uzlabo liešanas plūstamību un samazina "nepilnīgas liešanas" defektus;
(2) Precīza izmaksu un funkciju saskaņošana
Augstas-pieteikuma izmaksu-efektivitātes priekšrocības:Lai gan silīcija metāla izmaksas ir augstākas nekā ferosilīcijs, alumīnija sakausējumu augstākās klases{0}}pielietojumam ir stingras tīrības prasības. Silīcija metāla zemās piemaisījumu īpašības var izvairīties no turpmākām attīrīšanas izmaksām, un kopējās izmaksas ir par 20–30% zemākas nekā šķīdumam "ferosilīcijs + attīrīšana";
Neaizvietojama funkcija:Silīcija metāla augstā tīrības pakāpe padara to par galveno izejvielu alumīnija sakausējumu precīzai liešanai. Pēc pievienošanas sakausējuma šķidruma plūstamība palielinās par 20–30%, un precizitātes lējumu (piemēram, dzinēja cilindru bloku) porainības defektu līmenis samazinās no 1,2% līdz 0,3%, ko ferosilīcijs nevar sasniegt.
Galvenie iemesli, kāpēc silīcija metāls nedominē tērauda ražošanā/liešanā
(1) Tērauda ražošana: ferosilīcija dubultās priekšrocības "deoksidācijā + sakausēšanā"
Deoksidācijas efektivitātes atšķirība:
Ferrosilīcija Si un Fe darbojas sinerģiski, lai deoksidētu (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe), panākot deoksidācijas efektivitāti par 20–30% augstāku nekā metāliskajam silīcijam. Pievienojot 0,3–0,8%, izkausētā tērauda skābekļa saturu var samazināt no 80 ppm līdz 35 ppm; savukārt metāliskajam silīcijam ir nepieciešami 0,5–1,0%, lai sasniegtu tādu pašu efektu, un tā izmaksas ir vairāk nekā 30% augstākas.
Saderība ar sakausējumu:
Tērauda ražošanai ir nepieciešams vienlaikus papildināt Fe. Ferosilīcijs satur 25%-70% Fe, kas ļauj tieši papildināt kausētu tēraudu, izvairoties no nepieciešamības pēc papildu tērauda lūžņiem; metāliskais silīcijs nesatur Fe, tāpēc ir nepieciešams atsevišķs dzelzs avots, kā rezultātā process ir apgrūtinošs un palielinās izmaksas.
(2) Liešanas lauks: līdzsvarotas izmaksas un ferosilīcija inokulācijas efekts
Ievērojama izmaksu priekšrocība:
Liešanai ir zemākas prasības attiecībā uz piemaisījumiem nekā alumīnija sakausējumiem, un ferosilīcijs maksā par 30%-50% mazāk nekā metāliskais silīcijs, tāpēc tas ir piemērots liela mēroga parastā čuguna un čuguna tērauda ražošanai;
Piemērotāks inokulācijas efekts:
Ferosilīcijā esošais Fe var veicināt grafitizācijas nogulsnēšanos un uzlabot lējumu graudu izmēru, savukārt metāliskā silīcija augstā tīrība var samazināt inokulācijas efektivitāti, tādēļ ir nepieciešams pievienot inokulatorus (piemēram, silīcija-kalcija sakausējumus), kas vēl vairāk palielina izmaksas.
