Dans les domaines métallurgiques à haute température tels que l’acier et la fonderie, le ferrosilicium est utilisé depuis de nombreuses années comme désoxydant et agent d’alliage traditionnel. Cependant, avec la pression croissante en matière de protection de l’environnement et les innovations dans la technologie des matériaux, le carbure de silicium (SiC) devient progressivement un substitut idéal au ferrosilicium en raison de ses caractéristiques de haute efficacité et de faibles émissions.

Comparaison des propriétés entre le carbure de silicium et le ferrosilicium : pourquoi est-il considéré comme une substitution réussie ?

Le carbure de silicium (formule chimique SiC) est un cristal covalent composé de silicium et de carbone. Comparé au ferrosilicium (alliage FeSi contenant 75%-90% de silicium), ses propriétés physicochimiques sont plus conformes aux exigences de la métallurgie moderne :

Efficacité de désoxygénation :

Le carbure de silicium, avec une teneur en silicium supérieure à 90%, collabore avec le carbone pour obtenir un effet de désoxygénation synergique. Son efficacité de désoxygénation dans l’acier en fusion est 15%-20% plus élevée que celle du ferrosilicium, réduisant la teneur en oxygène de l’acier à moins de 0.002%.

protection de l'environnement

La production de ferrosilicium émet environ 8 tonnes de dioxyde de carbone par tonne, tandis que, grâce à l’optimisation du procédé, les émissions du carbure de silicium peuvent être réduites à moins de 5 tonnes par tonne, ce qui le rend davantage conforme à la politique du « double carbone ».

Avantage en termes de coût :

Bien que le carbure de silicium soit plus coûteux que le ferrosilicium, il peut réduire de 30% la consommation de matériaux désoxydants par unité, entraînant une réduction globale du coût de 5-8 yuan par tonne d’acier.

Contrôle des impuretés :

La teneur en soufre et en phosphore du carbure de silicium est ≤0.03%, ce qui est nettement inférieur à celle du ferrosilicium (généralement ≤0.05%), réduisant la présence d’éléments nocifs dans l’acier.

Principaux scénarios d’application du carbure de silicium remplaçant le ferrosilicium

1. Fusion de l’acier au carbone ordinaire et de l’acier faiblement allié : désoxygénation et désulfuration efficaces

Dans les procédés de fabrication de l’acier utilisant des convertisseurs et des fours à arc électrique, le carbure de silicium peut remplacer l’alliage de ferrosilicium pour la pré-désoxygénation et la désoxygénation finale.

Taux de substitution :

Il est généralement calculé selon un ratio de 1:1.2-1.5 (c’est-à-dire que 1 tonne d’alliage de carbure de silicium peut remplacer 1.2-1.5 tonnes de ferrosilicium à 75%).

Résultats d’application :

Un groupe sidérurgique a démontré que l’utilisation d’un alliage SiC peut réduire la teneur finale en oxygène de l’acier en fusion de 0.0045% à 0.0028%, et diminuer de 40% le taux de défauts de porosité sous la surface des brames de coulée continue.

Aciers compatibles :

Aciers au carbone courants tels que Q235 et 45# steel, ainsi que des aciers faiblement alliés tels que 20Cr et 40Cr.

2. Industrie de la fonderie : amélioration de la microstructure et de la fluidité de la fonte

Dans la production de fonte grise et de fonte ductile, le carbure de silicium peut remplacer le ferrosilicium comme inoculant et agent d’alliage, offrant de multiples avantages :

Affinement du grain :

Le carbone contenu dans le carbure de silicium peut favoriser la nucléation du graphite, entraînant une augmentation de 10% à 15% de la teneur en perlite de la fonte et une hausse de la dureté de HB15 à 20.

Améliorer la fluidité :

Dans la coulée des blocs-cylindres automobiles, l’utilisation du carbure de silicium peut améliorer la fluidité de la fonte en fusion de 8%-12%, et faire passer le rendement des pièces finies de 88% à 95%.

Réduire le retrait :

Réduire le taux de retrait de la fonte à moins de 0.8% afin de minimiser les retassures et la porosité.

3. Production de ferroalliages : réduction de la consommation d’énergie et des impuretés

Dans la production d’alliage silicium-manganèse et d’alliage silicium-calcium, le carbure de silicium peut remplacer partiellement le ferrosilicium comme source complémentaire de silicium.

Économie d’énergie :

Le remplacement du ferrosilicium par 300kg de carbure de silicium par tonne de production d’alliage silicium-manganèse peut réduire la consommation d’électricité d’environ 150kWh. L’optimisation de la composition consiste à réduire la teneur en fer dans l’alliage (de 2%-3% à 1%-1.5%) afin d’améliorer la pureté du produit.

4. Fusion de l’acier spécial : contrôle précis de la composition

Lors de la production de nuances d’acier haut de gamme telles que l’acier inoxydable et l’acier résistant à la chaleur, les faibles teneurs en impuretés du carbure de silicium sont cruciales :

Acier inoxydable (tel que 304 et 316) :

Le remplacement du ferrosilicium peut éviter un dopage excessif en fer et réduire les coûts ultérieurs d’élimination du fer.

Acier résistant à la chaleur (par ex. Cr25Ni20) :

Le carbure de silicium présente une capacité de désoxygénation stable, réduit les inclusions d’oxyde dans l’acier et améliore la résistance à l’oxydation à haute température.

Remplacer le ferrosilicium par du carbure de silicium n’est pas seulement une avancée dans la technologie des matériaux, mais aussi un choix inévitable pour l’industrie métallurgique afin d’évoluer vers une production à faible émission de carbone et efficace. Ses scénarios d’application s’élargissent continuellement, de l’acier au carbone ordinaire aux pièces moulées spéciales, apportant aux entreprises de multiples avantages tels que la réduction des coûts, l’amélioration de la qualité et la diminution des émissions. Avec la maturité de la technologie et le soutien des politiques, le carbure de silicium devrait devenir le choix courant des matériaux auxiliaires métallurgiques au cours des 5-10 prochaines années, favorisant la transformation verte de l’industrie. Si vous avez besoin de connaître des solutions de substitution ou des सुझाव d’approvisionnement pour des secteurs spécifiques, vous pouvez nous contacter pour un rapport d’analyse personnalisé.