نکات کنترل کیفیت در تولید فرو سیلیکون ۷۲ چیست؟

اگر تا به حال در تولید فولاد یا فضای تولید آلیاژ کار کرده اید، می دانید که فروسیلیکون یک ماده یکسان نیست. به عنوان یک تامین کننده که 12 سال در فرو سیلیکون تخصص داشته است، از نزدیک دیدم که چگونه حتی ناهماهنگی های کوچک در تولید می تواند کل فرآیندهای صنعتی را از بین ببرد - خواه فولادسازی، ریخته گری یا استفاده های تخصصی مانند ساخت نیمه هادی ها. امروز، من نکات کنترل کیفیت غیرقابل مذاکره برای Ferro Silicon 72 (FeSi 72) را تجزیه می‌کنم، درجه‌ای که برای بسیاری از برنامه‌های اصلی صنعتی کارآمد است، و به منابع قابل اعتمادی مرتبط می‌شوم که نقش آن را در کنار سایر انواع فروسیلیکون توضیح می‌دهند.

اول، یک تجدید سریع برای تنظیم زمینه: فرو-سیلیکون آلیاژی از آهن و سیلیکون است که از ذوب کوارتز (یا سایر مواد حاوی سیلیکون) با سنگ آهن و کک در کوره های قوس زیر آب تولید می شود. این گرید بر اساس محتوای سیلیکون آن طبقه بندی می شود، FeSi 72 به این معنی که حاوی تقریباً 72٪ سیلیکون، همراه با مقادیر کمی آهن، آلومینیوم، کلسیم و ناخالصی های کمیاب است. اگر می‌خواهید عمیق‌تر به نحوه طبقه‌بندی فروسیلیکون فراتر از درصد سیلیکون بپردازید، صفحه طبقه‌بندی مشترک فروسیلیکون نقطه شروع بسیار خوبی است - تفاوت بین درجه‌های سیلیکون کم، متوسط ​​و بالا، درجه‌بندی اندازه ذرات و اهداف مصرف نهایی را که همه این‌ها برای درک چرایی کنترل کیفیت بسیار مهم هستند، بررسی می‌کند.

همانطور که گفته شد، FeSi 72 منحصر به فرد است زیرا تعادلی بین هزینه و عملکرد ایجاد می کند. نسبت به گریدهای سیلیکونی بالاتر مانند FeSi 75 ارزان‌تر است، اما همچنان مزایای اکسید زدایی و آلیاژی را برای فولادسازان و ریخته‌گری‌ها به همراه دارد. به دلیل وضعیت متوسط، کنترل کیفیت تولید آن را نمی توان عجله کرد یا نادیده گرفت. بیایید از طریق هر پست بازرسی کلیدی، از مصرف مواد خام تا حمل و نقل نهایی، که در تاسیسات خود برای ارائه FeSi 72 ثابت و قابل اعتماد اولویت بندی می کنیم، قدم بزنیم.

اولین نقطه کنترل کیفیت مدتها قبل از بارگیری مواد در کوره قوس زیر آب شروع می شود: تأیید مواد خام. سه ورودی اصلی برای تولید فروسیلیکون عبارتند از کوارتز (منبع سیلیکون ما)، مواد اولیه حاوی آهن (برای جزء آهن)، و کک یا زغال سنگ (به عنوان یک عامل کاهنده و منبع انرژی). برای FeSi 72، محتوای سیلیکون کوارتز خام غیرقابل مذاکره است. ما هر دسته کوارتز را آزمایش می کنیم تا مطمئن شویم که حداقل 98٪ SiO2 دارد، زیرا حتی کاهش 1٪ در خلوص سیلیکون از مواد خام، ما را مجبور می کند تنظیمات کوره را در اواسط ذوب تنظیم کنیم و خطر تولید محصول خارج از درجه را افزایش می دهد. ما همچنین آلاینده های کمیاب را در مواد اولیه مانند فسفر، گوگرد و فلزات سنگین آزمایش می کنیم. این ناخالصی‌ها خبر بدی برای FeSi 72 هستند: فسفر بیش از حد فولاد را شکننده می‌کند، در حالی که گوگرد اضافی باعث کوتاهی داغ می‌شود، نقصی که در آن فولاد در حین شکل‌گیری ترک می‌خورد.

یک اشتباه رایج که تامین کنندگان جدید مرتکب می شوند این است که آزمایش مواد خام را کاهش می دهند. سال گذشته، من با یک مغازه کوچک تولیدی کار کردم که FeSi 72 را از فروشنده ای تهیه کرده بود که این مرحله را نادیده می گرفت، که منجر به تولید دسته هایی با 0.08٪ فسفر (حداکثر ما حداکثر 0.04٪ است) شد که سه دوره ریخته گری فولاد را خراب کرد و هزینه آنها را بیش از 20000 دلار در مواد و زمان از کار افتاد. به همین دلیل است که ما یک آزمایشگاه اختصاصی مواد خام در محل داریم، که در آن آزمایش‌های فلورسانس اشعه ایکس (XRF) را روی هر بار ورودی ظرف 24 ساعت پس از تحویل انجام می‌دهیم. ما همچنین میزان رطوبت کک را بررسی می کنیم، زیرا کک مرطوب راندمان کوره را کاهش می دهد و می تواند منجر به ذوب ناهموار شود، که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.

مرحله بعدی: عملکرد کوره و نظارت بر فرآیند در زمان واقعی. کوره های قوس زیردریایی برای فروسیلیکون در دمای بین 1800 تا 2000 درجه سانتیگراد کار می کنند و حتی نوسانات جزئی در دما، توان ورودی یا نرخ تغذیه می تواند محتوای سیلیکون را از بین ببرد. به طور خاص برای FeSi 72، ما محدوده درصد سیلیکون بسیار باریکی را هدف قرار می دهیم: 71.5٪ تا 72.5٪. نوسان 0.5% ممکن است زیاد به نظر نرسد، اما برای کاربران نهایی، این می تواند به معنای تفاوت بین دسته فولادی باشد که الزامات استحکام کششی خود را برآورده می کند و دسته ای که در بررسی کیفیت ناموفق هستند.

اپراتورهای کوره ما در طول تولید هر 15 دقیقه سه معیار کلیدی را دنبال می‌کنند: توان الکتریکی، دمای شیر و ترکیب سرباره‌ای که در بالای آلیاژ مذاب شناور است. در اینجا سرباره یک محصول جانبی مهم است و ترکیب آن نشانگر مستقیمی از عملکرد خوب بویایی است. برای FeSi 72، هدف ما سرباره ای با نسبت اکسید کلسیم (CaO) به دی اکسید سیلیکون (SiO2) 0.8 به 1.0 است. اگر نسبت خیلی زیاد باشد، به این معنی است که ما از آهک بیش از حد استفاده می کنیم، که محتوای سیلیکون آلیاژ نهایی را کاهش می دهد. اگر خیلی کم باشد، عامل احیا کننده ما به خوبی کار نمی کند و منجر به سیلیکون اضافی در سرباره می شود. ما نمونه‌های سرباره را هر ساعت در طول ذوب، با استفاده از روش‌های مشخص شده در صفحه فرو سیلیکون سرباره آزمایش می‌کنیم تا مطمئن شویم که نرخ خوراک سنگ آهک خود را به درستی تنظیم می‌کنیم.

یکی دیگر از نقاط کنترل بزرگ در اینجا فرآیند ضربه زدن است. هنگامی که FeSi 72 مذاب آماده ریختن از کوره است، باید این کار را با سرعت ثابت انجام دهیم تا از جدا شدن جلوگیری کنیم - جایی که آهن سنگین‌تر به پایین ملاقه فرو می‌رود و سیلیکون سبک‌تر به سمت بالا بالا می‌رود. FeSi 72 جدا شده بی فایده است، زیرا یک سر آن دارای آهن بیش از حد و دیگری سیلیکون بیش از حد است و استفاده از آن را برای آلیاژسازی ثابت غیرممکن می کند. برای اطمینان از اینکه آلیاژ مذاب قبل از ضربه زدن بین 1850 درجه سانتیگراد تا 1900 درجه سانتیگراد است از سنسورهای دما در دهانه شیر استفاده می کنیم و ملاقه را به مدت 10 دقیقه پس از ریختن به طور مداوم هم می زنیم تا از همگنی اطمینان حاصل شود.

هنگامی که آلیاژ مذاب ضربه خورده و جامد شد، به مرحله بعدی می رویم: بازرسی پس از ریخته گری و شکستن. FeSi 72 معمولاً در اندازه ذرات خاص فروخته می شود، زیرا کاربردهای مختلف به درجه بندی های متفاوتی نیاز دارند: فولادسازی اغلب از قطعات 10-50 میلی متری یا 50-100 میلی متری استفاده می کند، در حالی که ریخته گری ها ممکن است از اندازه های کوچکتر یا بزرگتر استفاده کنند. اگر می‌خواهید متداول‌ترین درجه‌بندی‌های اندازه برای FeSi 72 و سایر گریدها را ببینید، صفحه Ferro Silicon 75% 72% Ferro Silicon 10-50mm 50-100mm مشخصات استاندارد را برای استفاده‌های نهایی معمولی که ما با آنها هماهنگ می‌کنیم، شرح می‌دهد.

اینجاست که ما به مجموعه دیگری از مسائل کیفی پی می‌بریم: ترک‌های داخلی، تخلخل، و ثبات اندازه. هنگامی که FeSi 72 سرد می شود، در حین انجماد کمی منبسط می شود که در صورت سرد شدن خیلی سریع می تواند باعث ایجاد ترک های داخلی شود. ما با اجازه دادن به شمش ها در محل نگهداری با دمای کنترل شده به مدت 48 ساعت قبل از شکستن، فرآیند خنک سازی را کند می کنیم، نه اینکه آنها را با سرعت به سنگ شکن برسانیم. ما همچنین تمام قطعات شکسته را از طریق یک سری از غربال های مشبک غربال می کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که محدوده اندازه مورد نظر را برآورده می کنند. به عنوان مثال، برای گرید FeSi 72 50-100 میلی‌متری، ما تنها 5 درصد حداکثر انحراف را مجاز می‌کنیم - بنابراین بیش از 5 درصد از دسته نمی‌تواند کوچک‌تر از 50 میلی‌متر یا بزرگ‌تر از 100 میلی‌متر باشد.

در این مرحله تخلخل را نیز آزمایش می کنیم. متخلخل FeSi 72 دارای مساحت سطح بیشتری است، به این معنی که در زمان ذخیره می‌تواند سریع‌تر اکسید شود و تا زمانی که به دست مشتری می‌رسد منجر به کاهش محتوای سیلیکون می‌شود. ما از یک آزمایش ساده جذب آب استفاده می کنیم: نمونه ای از FeSi 72 را به مدت 24 ساعت در آب غوطه ور می کنیم و هر نمونه ای که بیش از 1٪ وزن خود را جذب کند، به دلیل متخلخل بودن آن رد می شود.

نکته مهم بعدی کنترل کیفیت، تأیید ترکیب شیمیایی است که پس از غربالگری و اندازه گیری FeSi 72 در آزمایشگاه داخلی ما انجام می شود. اینجاست که ما تأیید می‌کنیم که این دسته در واقع نیاز سیلیکونی 71.5-72.5٪ ما را برآورده می‌کند، همراه با محدودیت‌هایی برای سایر عناصر کلیدی: حداکثر آلومینیوم 1.5٪، حداکثر کلسیم 0.8٪، حداکثر فسفر 0.04٪، حداکثر گوگرد 0.03٪. برای جلوگیری از خطا، سه آزمایش جداگانه روی هر دسته انجام می دهیم: یکی در بالای دسته، یکی از وسط و دیگری از پایین. همانطور که قبلاً اشاره کردم، جداسازی یک خطر است، بنابراین آزمایش چندین نقطه تضمین می کند که حتی اگر قسمت کوچکی از دسته کمی خاموش باشد، دسته بدی را ارسال نمی کنیم.

شایان ذکر است که FeSi 72 برای برنامه های نیمه هادی رده بالا استفاده نمی شود - آنهایی که به درجه خلوص FeSi 75 بسیار بالا نیاز دارند که دارای سطوح ناخالصی 10 برابر کمتر از FeSi 72 است. فولادسازی و استفاده در ریخته گری، محدودیت های ناخالصی FeSi 72 همانطور که در بالا ذکر شد غیرقابل مذاکره است.

در نهایت، قبل از ارسال، بررسی نهایی بصری و بسته بندی را انجام می دهیم. ما هر پالت FeSi 72 را بررسی می‌کنیم تا مطمئن شویم که مواد خارجی مانند پلاستیک، تراشه‌های چوب یا سایر زباله‌ها در آن مخلوط نشده باشد. همچنین هر پالت را در یک بسته‌بندی پلاستیکی مقاوم در برابر رطوبت بسته‌بندی می‌کنیم تا از اکسید شدن در حین حمل و نقل جلوگیری کنیم، و هر دسته را با ترکیب شیمیایی، اندازه و نتایج آزمایش برچسب‌گذاری می‌کنیم. ما یک رکورد دیجیتالی از هر دسته را به مدت 10 سال نگه می‌داریم، بنابراین اگر مشتری با یک محموله مشکلی داشته باشد، می‌توانیم آن را به مواد خام مورد استفاده، اپراتور کوره که ذوب را اداره می‌کرد و هر مرحله در بین آن‌ها ردیابی کنیم.

در طول سال‌ها، دیده‌ام که کنترل کیفیت فقط رعایت استانداردهای صنعت نیست، بلکه در مورد ایجاد اعتماد است. یک کارخانه فولاد که برای اکسید زدایی فولاد مذاب به FeSi 72 متکی است باید بداند که هر دسته ای عملکرد ثابتی خواهد داشت، زیرا یک دسته بد می تواند تولید را به تاخیر بیاندازد یا محصولات نهایی معیوب ایجاد کند. در شرکت ما، هیچ یک از این پست های بازرسی را کوتاه نمی کنیم، زیرا می دانیم که موفقیت مشتریان ما به کیفیت آلیاژی که برای آنها ارسال می کنیم بستگی دارد.

اگر به دنبال FeSi 72 قابل اعتماد هستید یا می خواهید در مورد مشخصات درجه، اندازه ذرات یا فرآیند تولید ما اطلاعات بیشتری کسب کنید، در صورت تمایل با تیم ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای خاص خود صحبت کنید. ما خوشحالیم که گزارش‌های آزمایش دسته‌ای را ارائه می‌کنیم، اندازه‌ها را متناسب با برنامه شما تنظیم می‌کنیم، و به هر سؤالی درباره کیفیت فروسیلیکون دارید پاسخ می‌دهیم.

مراجع

1. انجمن جهانی فروآلیاژ (2022). مشخصات استاندارد برای گریدهای فرو-سیلیکون.
2. سازمان بین المللی استاندارد (ISO). (2019). ISO 5445: فروآلیاژها – فرو-سیلیکون – مشخصات و روش های آزمایش.
3. FerroAlloyNet. (2023). بهترین روش های کنترل کیفیت برای تولید فروسیلیکون کوره قوس زیر آب.
4. موسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI). (2021). نقش فرو-سیلیکون در اکسید زدایی و آلیاژسازی فولاد.