Die Dichte von Ferrosilicium ist keine einzelne feste Zahl. Dies hängt vom Siliziumgehalt der Sorte ab, davon, ob das Material als festes Stück oder als Haufen zerkleinerter Klumpen gemessen wird, und von der verwendeten Messmethode. Für den Einkauf und die Ofenpraxis ist der Unterschied von Bedeutung: Chargenberechnungen, Pfannenzugabegewicht und Lagervolumen werden daraus abgeleitet.
Dichte nach Sorte
Silizium ist viel leichter als Eisen, daher nimmt die Dichte stetig ab, wenn der Siliziumgehalt der Legierung steigt. Die folgenden Werte sind typische Bereiche, die für festes festes Material bei Raumtemperatur angegeben werden; Sie sind Näherungswerte, da Gussstruktur und Porosität das Ergebnis verschieben.
| Grad | Siliziumgehalt | Ca. Feststoffdichte (g/cm³) | Schüttdichte des zerkleinerten Brockens (t/m³) |
|---|---|---|---|
| FeSi45 | 45% | etwa 4,0–4,4 | 1.4–1.7 |
| FeSi65 | 65% | etwa 3,4–3,8 | 1.3–1.6 |
| FeSi75 | 75% | etwa 3,1–3,5 | 1.2–1.5 |
| FeSi90 | 90% | etwa 2,8–3,1 | 1.1–1.4 |
Der Trend lässt sich leicht rechnerisch überprüfen: Eine einfache Mischungsregel unter Verwendung der Dichten von reinem Silizium (2,33 g/cm³) und reinem Eisen (7,87 g/cm³) beziffert FeSi75 bereits auf etwa 2,8 g/cm³ und FeSi45 auf etwa 3,8 g/cm³. Echte Gusslegierungen sind etwas dichter als die Mischungsregel vorhersagt, da sich Eisen und Silizium beim Legieren zusammenziehen, weshalb die praktischen Werte etwas über den berechneten Werten liegen.
Feststoffdichte, Haufendichte und scheinbare Dichte
Unter dem einzigen Wort „Dichte“ kursieren drei verschiedene Zahlen, deren Verwechslung eine häufige Fehlerquelle in Anklageblättern ist.
Echte oder feste Dichtewird an einem Stück Legierung ohne innere Hohlräume gemessen, typischerweise durch Heliumpyknometrie oder durch Wiegen in Wasser. Dies ist der Wert, der verwendet wird, um eine erforderliche Siliziummasse in eine Legierungsmasse umzuwandeln.
Massen- oder Haufendichtedeckt die Hohlräume zwischen den Klumpen ab. Für FeSi75 im üblichen Größenbereich von 10–100 mm beträgt die Schüttdichte etwa 1,2–1,5 t/m³; Ein feineres Produkt lässt sich anders verpacken und kann 1,6 t/m³ oder mehr erreichen. Die Schüttdichte steuert die Silokapazität, die LKW-Beladung und das Volumen eines Big Bags.
Scheinbare Dichte des Pulversist die freie Fließzahl, die für Brikettierungs- und Injektionsqualitäten verwendet wird und normalerweise mit dem Siebschnitt angegeben wird, da sich ein −200 Mesh-Pulver völlig anders verhält als 1–3 mm Granulat.
Dichte im Schmelzbad
Wenn sich Ferrosilicium in flüssigem Stahl auflöst, ist es leichter als das Bad und neigt daher dazu, zu schwimmen und mit der Schlacke zu reagieren, sofern es nicht eingerührt oder unter die Oberfläche injiziert wird. Geschmolzenes Ferrosilicium ist aufgrund der Wärmeausdehnung weniger dicht als der Feststoff und der Dichteunterschied zwischen Legierung und Stahl wird kleiner, wenn der Siliciumgehalt steigt. Dies ist einer der Gründe dafür, dass sich hoch-Siliciumqualitäten langsamer auflösen und entweder eine längere Rührzeit oder die Zugabe von Fülldraht erfordern.
Wie sich die Dichte auf Berechnungen zur Stahlherstellung auswirkt
Drei Anlagenberechnungen hängen von dieser Zahl ab:
Gewicht der Legierung, die erforderlich ist, um unter Verwendung der tatsächlichen Dichte und der zertifizierten Siliziumanalyse eine gewünschte Siliziumzugabe zu liefern.
Sedimentation und Schlackenwechselwirkung, die die Rückgewinnung steuern; schwerere Zusätze dringen besser in die Schlackenschicht ein.
Bei der Lager- und Transportplanung wird die Haufendichte verwendet, nicht die feste Zahl.
Da es keine internationale Spezifikation gibt, die einen Dichtewert für Ferrosilicium festlegt, sollte die Dichte immer zusammen mit der Sorte, der Partikelgröße und der Prüfmethode angegeben werden. Standards wie ASTM A100/A100M und GB/T 2272 definieren die Qualität und die chemische Analyse; das physische Eigentum wird zwischen Käufer und Lieferant gesondert vereinbart.
Dichte richtig messen
Verwenden Sie eine mindestens 2 kg schwere Probe aus dem zerkleinerten Strom, damit die Größenverteilung repräsentativ ist, und trocknen Sie die Probe vor dem Wiegen. Um die Schüttdichte zu ermitteln, füllen Sie einen kalibrierten Behälter aus einer festen Höhe, ohne ihn zu verdichten, und wiegen Sie dann den Inhalt. Um die wahre Dichte zu ermitteln, verwenden Sie Heliumpyknometrie an einer gemahlenen Probe. Wiederholen Sie die Messung mindestens dreimal und geben Sie den Mittelwert mit dem Bereich an, da einzelne Messwerte bei spröder Legierung deutlich variieren.
Häufig gestellte Fragen
Q:Wie groß ist die Dichte von Ferrosilicium?
A: Für die übliche Sorte FeSi75 beträgt die Feststoffdichte etwa 3,1–3,5 g/cm³ und die Schüttdichte der zerkleinerten Klumpen etwa 1,2–1,5 t/m³. Niedrigere -Siliziumqualitäten sind dichter und FeSi90 ist leichter.
Q:Warum sinkt die Dichte mit steigendem Siliziumgehalt?
A: Silizium ist ein leichtes Metalloid mit einer Dichte von 2,33 g/cm³, während Eisen 7,87 g/cm³ hat. Der Ersatz von Eisen durch Silizium verringert daher die durchschnittliche Dichte der Legierung.
Q:Ist die Dichte von Ferrosilicium durch eine Norm festgelegt?
A: Nein. ASTM A100/A100M und GB/T 2272 definieren nur Qualitäten und chemische Analysen. Die Dichte ist eine zwischen Käufer und Lieferant vereinbarte physikalische Eigenschaft und muss zusammen mit der Sorte, Größe und Prüfmethode angegeben werden.
Q:Warum ist geschmolzenes Ferrosilicium weniger dicht als festes Ferrosilicium?
A: Die Wärmeausdehnung beim Schmelzen erhöht das Volumen einer bestimmten Masse, sodass die Flüssigkeit leichter als der Feststoff ist und dazu neigt, im Stahlbad aufzusteigen, es sei denn, Rühren oder Einspritzen hält sie unterhalb der Schlacke.
Q:Wie soll die Ferrosiliciumdichte gemessen werden?
A: Trocknen Sie eine repräsentative Probe von mindestens 2 kg, verwenden Sie Heliumpyknometrie für die tatsächliche Dichte und einen kalibrierten gefüllten Behälter für die Haufendichte und geben Sie den Durchschnitt von mindestens drei Bestimmungen an.
Q:Ändert sich die Dichte mit der Partikelgröße?
A: Bei der wahren Dichte ist das nicht der Fall, bei der Schüttdichte und der scheinbaren Dichte jedoch schon. Ein Pulver mit einer Maschenweite von −200 hat eine andere Schüttdichte als ein 1–3 mm großes Granulat. Daher muss neben der Zahl immer auch der Größenbereich angegeben werden.