Dans les domaines métallurgiques à haute température tels que la sidérurgie et la fonderie, le ferrosilicium est utilisé depuis de nombreuses années comme désoxydant et agent d’alliage traditionnel. Toutefois, face à l’intensification des exigences en matière de protection de l’environnement et aux innovations dans les technologies des matériaux, le carbure de silicium (SiC) devient progressivement un substitut idéal du ferrosilicium grâce à ses caractéristiques de haute efficacité et de faibles émissions.

Comparaison des propriétés du carbure de silicium et du ferrosilicium : pourquoi est-il considéré comme un substitut efficace ?

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 physico-chimiques répondent davantage aux exigences de la métallurgie moderne :

Efficacité de la désoxydation :

Avec une teneur en silicium supérieure à 90%, le carbure de silicium agit en synergie avec le carbone pour produire un effet désoxydant synergique. Son efficacité de désoxydation dans l’acier liquide est supérieure de 15%-20% à celle du ferrosilicium, ce qui réduit 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 des procédés, les émissions liées à la production de carbure de silicium peuvent être réduites à moins de 5 tonnes par tonne, ce qui correspond davantage à la politique de "double carbone".

Avantage en matière de coûts :

Bien que le carbure de silicium soit plus coûteux que le ferrosilicium, il permet de réduire de 30% la consommation de matériaux désoxydants par unité, entraînant une réduction globale des coûts de 5-8 yuans 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 ainsi la présence d’éléments nocifs dans l’acier.

Principaux scénarios d’application du carbure de silicium en remplacement du ferrosilicium

1. Élaboration des aciers au carbone ordinaires et des aciers faiblement alliés : désoxydation 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-désoxydation et la désoxydation finale.

Taux de remplacement :

Il est généralement calculé selon un rapport de 1:1.2-1.5 (c’est-à-dire qu’une 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 de SiC pouvait réduire la teneur finale en oxygène de l’acier liquide de 0.0045% à 0.0028% et diminuer de 40% le taux de défauts de porosité sous-cutanée des billettes coulées en continu.

Nuances d’acier compatibles :

Les aciers au carbone courants tels que l’acier Q235 et l’acier 45#, ainsi que les 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 en tant qu’inoculant et agent d’alliage, offrant plusieurs avantages :

Affinage des grains :

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.

Amélioration de la fluidité :

Lors de la coulée de blocs-cylindres automobiles, l’utilisation du carbure de silicium peut améliorer de 8%-12% la fluidité du fer liquide et augmenter le rendement des pièces moulées finies de 88% à 95%.

Réduction du 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’alliages silicomanganèse et silicocalcium, le carbure de silicium peut remplacer partiellement le ferrosilicium comme source complémentaire de silicium.

Économies d’énergie :

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

4. Élaboration des aciers spéciaux : 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 essentielles :

Acier inoxydable (tel que 304 et 316) :

Le remplacement du ferrosilicium permet d’éviter un apport excessif de fer et de réduire les coûts ultérieurs d’élimination du fer.

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

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

Le remplacement du ferrosilicium par le carbure de silicium constitue non seulement une avancée dans la technologie des matériaux, mais aussi un choix inévitable pour que l’industrie métallurgique évolue vers une production à faibles émissions de carbone et à haut rendement. Ses scénarios d’application continuent de s’étendre, 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 publiques, le carbure de silicium devrait devenir le choix principal des matériaux auxiliaires métallurgiques au cours des 5-10 prochaines années, contribuant à la transformation écologique de l’industrie. Si vous souhaitez obtenir des informations sur les solutions de remplacement ou des conseils d’approvisionnement pour des secteurs spécifiques, vous pouvez nous contacter afin d’obtenir un rapport d’analyse personnalisé.