Kepadatan ferrosilikon bukanlah angka tunggal yang tetap. Hal ini bergantung pada kandungan silikon pada kadarnya, apakah bahan tersebut diukur sebagai benda padat atau sebagai tumpukan bongkahan yang dihancurkan, dan pada metode pengukuran yang digunakan. Untuk praktik pembelian dan tungku, perbedaannya penting: penghitungan muatan, berat penambahan sendok, dan volume penyimpanan semuanya berasal dari hal tersebut.
Kepadatan berdasarkan Kelas
Silikon jauh lebih ringan daripada besi, sehingga kepadatannya terus menurun seiring dengan meningkatnya kandungan silikon dalam paduannya. Nilai di bawah ini adalah kisaran tipikal yang dilaporkan untuk material padat bersuara pada suhu kamar; ini merupakan perkiraan karena struktur pengecoran dan porositas menggeser hasilnya.
| Nilai | Konten silikon | Kira-kira. kepadatan padat (g/cm³) | Kepadatan curah gumpalan yang dihancurkan (t/m³) |
|---|---|---|---|
| FeSi45 | 45% | sekitar 4.0–4.4 | 1.4–1.7 |
| FeSi65 | 65% | sekitar 3,4–3,8 | 1.3–1.6 |
| FeSi75 | 75% | sekitar 3,1–3,5 | 1.2–1.5 |
| FeSi90 | 90% | sekitar 2.8–3.1 | 1.1–1.4 |
Trennya mudah diketahui dengan perhitungan: aturan campuran sederhana yang menggunakan massa jenis silikon murni (2,33 g/cm³) dan besi murni (7,87 g/cm³) sudah menghasilkan FeSi75 sekitar 2,8 g/cm³ dan FeSi45 sekitar 3,8 g/cm³. Paduan cor asli sedikit lebih padat daripada perkiraan aturan campuran, karena besi dan silikon berkontraksi pada paduan, itulah sebabnya nilai praktisnya berada sedikit di atas angka yang dihitung.
Kepadatan Padat, Kepadatan Tumpukan, dan Kepadatan Tampak
Tiga angka berbeda beredar di bawah satu kata "densitas", dan mencampurkannya merupakan sumber kesalahan yang umum dalam lembar muatan.
Kepadatan benar atau padatdiukur pada sepotong paduan tanpa rongga internal, biasanya dengan piknometri helium atau dengan menimbangnya dalam air. Ini adalah nilai yang digunakan untuk mengubah massa silikon yang dibutuhkan menjadi massa paduan.
Kepadatan massal atau tumpukanmenutupi celah di antara gumpalan. Untuk FeSi75 dalam kisaran ukuran biasa 10–100 mm, kepadatan curahnya kira-kira 1,2–1,5 t/m³; produk yang lebih baik dikemas secara berbeda dan dapat mendekati 1,6 t/m³ atau lebih. Kepadatan curah mengontrol kapasitas silo, pemuatan truk, dan volume tas besar.
Kepadatan bubuk yang tampakadalah angka-aliran bebas yang digunakan untuk tingkat briket dan injeksi, dan biasanya dikutip dengan potongan saringan, karena perilaku serbuk berukuran −200 mesh sangat berbeda dengan butiran berukuran 1–3 mm.
Kepadatan di Molten Bath
Ketika ferrosilikon dilarutkan dalam baja cair, ia lebih ringan dari pada baknya, sehingga cenderung mengapung dan bereaksi dengan terak kecuali jika diaduk atau disuntikkan di bawah permukaan. Ferrosilikon cair kurang padat dibandingkan padatan karena ekspansi termal, dan kesenjangan kepadatan antara paduan dan baja menyempit seiring dengan meningkatnya kandungan silikon. Itulah salah satu alasan mengapa silikon berkualitas tinggi larut lebih lambat dan memerlukan waktu pengadukan yang lebih lama atau penambahan inti kawat.
Bagaimana Kepadatan Mempengaruhi Perhitungan Pembuatan Baja
Tiga perhitungan pabrik bergantung pada angka ini:
Berat paduan diperlukan untuk menghasilkan penambahan silikon target, menggunakan kepadatan sebenarnya dan analisis silikon bersertifikat.
Interaksi pengendapan dan terak, yang mengontrol pemulihan; penambahan yang lebih berat menembus lapisan terak dengan lebih baik.
Perencanaan penyimpanan dan pengangkutan, yang menggunakan kepadatan tumpukan, bukan angka padat.
Karena tidak ada spesifikasi internasional yang menetapkan nilai densitas ferrosilikon, densitas harus selalu dinyatakan bersama dengan grade, ukuran partikel, dan metode pengujian. Standar seperti ASTM A100/A100M dan GB/T 2272 menentukan kadar dan analisis kimia; properti fisik disepakati secara terpisah antara pembeli dan pemasok.
Mengukur Kepadatan dengan Benar
Gunakan sampel minimal 2 kg yang diambil dari aliran yang dihancurkan agar distribusi ukurannya mewakili, dan keringkan sampel sebelum ditimbang. Untuk kepadatan tumpukan, isi wadah yang telah dikalibrasi dari ketinggian tetap tanpa memadatkannya, lalu timbang isinya. Untuk kepadatan sebenarnya, gunakan piknometri helium pada sampel yang digiling. Ulangi pengukuran setidaknya tiga kali dan laporkan rata-rata beserta kisarannya, karena pembacaan tunggal pada paduan getas sangat bervariasi.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Q:Berapa massa jenis ferrosilikon?
J: Untuk kadar FeSi75 umum, massa jenis padatan adalah sekitar 3,1–3,5 g/cm³ dan massa jenis bongkahan yang dihancurkan adalah sekitar 1,2–1,5 t/m³. Kualitas silikon-lebih rendah lebih padat, dan FeSi90 lebih ringan.
Q:Mengapa kepadatan menurun seiring dengan peningkatan kandungan silikon?
A: Silikon merupakan metaloid ringan dengan massa jenis 2,33 g/cm³, sedangkan besi 7,87 g/cm³. Oleh karena itu, mengganti besi dengan silikon akan menurunkan kepadatan rata-rata paduan tersebut.
Q:Apakah massa jenis ferrosilikon ditetapkan berdasarkan standar?
J: Tidak. ASTM A100/A100M dan GB/T 2272 hanya menentukan nilai dan analisis kimia saja. Kepadatan adalah properti fisik yang disepakati antara pembeli dan pemasok dan harus disebutkan dengan tingkatan, ukuran dan metode pengujian.
Q:Mengapa ferrosilikon cair memiliki massa jenis yang lebih kecil dibandingkan ferrosilikon padat?
A: Ekspansi termal pada peleburan meningkatkan volume massa tertentu, sehingga cairan lebih ringan dari padatan dan cenderung naik dalam wadah baja kecuali jika pengadukan atau injeksi menjaganya tetap di bawah terak.
Q:Bagaimana seharusnya kepadatan ferrosilikon diukur?
J: Keringkan sampel representatif minimal 2 kg, gunakan piknometri helium untuk mengetahui kepadatan sebenarnya dan wadah berisi yang dikalibrasi untuk kepadatan tumpukan, dan laporkan rata-rata dari setidaknya tiga penentuan.
Q:Apakah massa jenis berubah seiring dengan ukuran partikel?
J: Massa jenis yang sebenarnya tidak demikian, tetapi massa jenis massal dan massa jenis semu memilikinya. Serbuk berukuran −200 mesh dikemas dengan kepadatan tumpukan yang berbeda dari butiran 1–3 mm, sehingga kisaran ukurannya harus selalu disebutkan di samping gambar.