De dichtheid van ferrosilicium is geen vast getal. Het hangt af van het siliciumgehalte van de soort, of het materiaal wordt gemeten als een massief stuk of als een hoop gebroken brokken, en van de gebruikte meetmethode. Voor inkoop en ovenpraktijk is het verschil van belang: ladingsberekeningen, toevoegingsgewicht van de pollepel en opslagvolume worden er allemaal van afgeleid.
Dichtheid per graad
Silicium is veel lichter dan ijzer, dus de dichtheid neemt gestaag af naarmate het siliciumgehalte van de legering stijgt. De onderstaande waarden zijn typische bereiken die worden gerapporteerd voor gezond vast materiaal bij kamertemperatuur; ze zijn bij benadering omdat de gietstructuur en porositeit het resultaat verschuiven.
| Cijfer | Siliciumgehalte | Ongeveer. vaste dichtheid (g/cm³) | Bulkdichtheid van verpletterde klomp (t/m³) |
|---|---|---|---|
| FeSi45 | 45% | ongeveer 4,0–4,4 | 1.4–1.7 |
| FeSi65 | 65% | ongeveer 3,4–3,8 | 1.3–1.6 |
| FeSi75 | 75% | ongeveer 3,1–3,5 | 1.2–1.5 |
| FeSi90 | 90% | ongeveer 2,8–3,1 | 1.1–1.4 |
De trend is eenvoudig te controleren door berekening: een eenvoudige mengregel die gebruik maakt van de dichtheden van puur silicium (2,33 g/cm³) en puur ijzer (7,87 g/cm³) brengt FeSi75 al op ongeveer 2,8 g/cm³ en FeSi45 op ongeveer 3,8 g/cm³. Echte gietlegeringen zijn iets dichter dan de mengselregel voorspelt, omdat ijzer en silicium bij het legeren samentrekken. Daarom liggen de praktische waarden iets boven de berekende cijfers.
Vaste dichtheid, hoopdichtheid en schijnbare dichtheid
Er circuleren drie verschillende cijfers onder het enkele woord ‘dichtheid’, en het door elkaar halen ervan is een veelvoorkomende bron van fouten in toeslagenformulieren.
Ware of vaste dichtheidwordt gemeten op een stuk legering zonder interne holtes, meestal door heliumpycnometrie of door in water te wegen. Dit is de waarde die wordt gebruikt om een vereiste massa silicium om te zetten in een massa legering.
Bulk- of hoopdichtheidbedekt de holtes tussen de klonten. Voor FeSi75 in het gebruikelijke bereik van 10–100 mm bedraagt de stortdichtheid ongeveer 1,2–1,5 t/m³; een fijner product verpakt anders en kan 1,6 t/m³ of meer benaderen. De bulkdichtheid regelt de silocapaciteit, het laden van vrachtwagens en het volume van een big bag.
Schijnbare dichtheid van poederis het vrije-cijfer voor de vrije stroming dat wordt gebruikt voor briketterings- en injectiekwaliteiten, en wordt normaal gesproken aangegeven met de zeefsnede, omdat een poeder van -200 mesh zich totaal anders gedraagt dan granulaat van 1-3 mm.
Dichtheid in het gesmolten bad
Wanneer ferrosilicium oplost in vloeibaar staal is het lichter dan het bad, waardoor het de neiging heeft te drijven en te reageren met de slak, tenzij het erin wordt geroerd of onder het oppervlak wordt geïnjecteerd. Gesmolten ferrosilicium heeft een lagere dichtheid dan de vaste stof vanwege thermische uitzetting, en de dichtheidsafstand tussen de legering en het staal wordt kleiner naarmate het siliciumgehalte stijgt. Dat is één van de redenen waarom hoge-siliciumkwaliteiten langzamer oplossen en een langere roertijd of toevoeging van gevulde draad nodig hebben.
Hoe de dichtheid de berekeningen voor de staalproductie beïnvloedt
Drie installatieberekeningen zijn afhankelijk van dit cijfer:
Gewicht van de legering die nodig is om een beoogde siliciumtoevoeging te leveren, met gebruikmaking van de werkelijke dichtheid en de gecertificeerde siliciumanalyse.
Bezinking en slakinteractie, die het herstel regelen; zwaardere toevoegingen dringen beter door in de slaklaag.
Opslag- en transportplanning, waarbij gebruik wordt gemaakt van de hoopdichtheid, en niet van het vaste cijfer.
Omdat er geen internationale specificatie bestaat die een dichtheidswaarde voor ferrosilicium vastlegt, moet de dichtheid altijd worden vermeld samen met de kwaliteit, de deeltjesgrootte en de testmethode. Normen zoals ASTM A100/A100M en GB/T 2272 definiëren de kwaliteit en de chemische analyse; de fysieke eigendom wordt afzonderlijk overeengekomen tussen koper en leverancier.
Dichtheid correct meten
Gebruik een monster van minimaal 2 kg uit de gebroken stroom, zodat de grootteverdeling representatief is, en droog het monster voordat u het weegt. Voor de dichtheid van de hoop vult u een gekalibreerde container vanaf een vaste hoogte zonder deze samen te drukken, en weeg vervolgens de inhoud. Voor de werkelijke dichtheid gebruikt u heliumpycnometrie op een gemalen monster. Herhaal de meting minstens drie keer en rapporteer het gemiddelde met het bereik, omdat afzonderlijke metingen op brosse legeringen merkbaar variëren.
Veelgestelde vragen
Q:Wat is de dichtheid van ferrosilicium?
A: Voor de gebruikelijke FeSi75-kwaliteit bedraagt de vaste dichtheid ongeveer 3,1–3,5 g/cm³ en de bulkdichtheid van gemalen klompen ongeveer 1,2–1,5 t/m³. Lagere-siliciumkwaliteiten zijn dichter en FeSi90 is lichter.
Q:Waarom daalt de dichtheid als het siliciumgehalte stijgt?
A: Silicium is een lichte metalloïde met een dichtheid van 2,33 g/cm³, terwijl ijzer 7,87 g/cm³ is. Het vervangen van ijzer door silicium verlaagt dus de gemiddelde dichtheid van de legering.
Q:Is de dichtheid van ferrosilicium vastgelegd in een norm?
A: Nee. ASTM A100/A100M en GB/T 2272 definiëren alleen kwaliteiten en chemische analyses. Dichtheid is een fysieke eigenschap die tussen koper en leverancier is overeengekomen en moet worden vermeld met de kwaliteit, maat en testmethode.
Q:Waarom is gesmolten ferrosilicium minder dicht dan vast ferrosilicium?
A: Thermische uitzetting bij het smelten vergroot het volume van een bepaalde massa, zodat de vloeistof lichter is dan de vaste stof en de neiging heeft te stijgen in het staalbad, tenzij roeren of injectie deze onder de slak houdt.
Q:Hoe moet de ferrosiliciumdichtheid worden gemeten?
A: Droog een representatief monster van minimaal 2 kg, gebruik heliumpycnometrie voor de werkelijke dichtheid en een gekalibreerde gevulde container voor de hoopdichtheid, en rapporteer het gemiddelde van minimaal drie bepalingen.
Q:Verandert de dichtheid met de deeltjesgrootte?
A: De werkelijke dichtheid niet, maar de bulk- en schijnbare dichtheid wel. Een poeder van −200 mesh heeft een andere hoopdichtheid dan granulaat van 1–3 mm, dus het maatbereik moet altijd naast de afbeelding worden vermeld.