La densidad del ferrosilicio no es un número fijo único. Depende del contenido de silicio del grado, de si el material se mide como una pieza sólida o como un montón de trozos triturados y del método de medición utilizado. Para la compra y la práctica del horno, la diferencia es importante: de ella se derivan los cálculos de carga, el peso añadido de la cuchara y el volumen de almacenamiento.
Densidad por grado
El silicio es mucho más ligero que el hierro, por lo que la densidad disminuye constantemente a medida que aumenta el contenido de silicio de la aleación. Los valores siguientes son rangos típicos informados para material sólido sano a temperatura ambiente; son aproximados porque la estructura de la fundición y la porosidad cambian el resultado.
| Calificación | Contenido de silicio | Aprox. densidad sólida (g/cm³) | Densidad aparente del terrón triturado (t/m³) |
|---|---|---|---|
| FeSi45 | 45% | alrededor de 4,0–4,4 | 1.4–1.7 |
| FeSi65 | 65% | alrededor de 3,4–3,8 | 1.3–1.6 |
| FeSi75 | 75% | alrededor de 3,1–3,5 | 1.2–1.5 |
| FeSi90 | 90% | alrededor de 2,8–3,1 | 1.1–1.4 |
La tendencia es fácil de comprobar mediante cálculos: una simple regla de mezcla que utiliza las densidades de silicio puro (2,33 g/cm³) y hierro puro (7,87 g/cm³) ya sitúa el FeSi75 en aproximadamente 2,8 g/cm³ y el FeSi45 en aproximadamente 3,8 g/cm³. Las aleaciones fundidas reales son ligeramente más densas de lo que predice la regla de mezcla, porque el hierro y el silicio se contraen al alearse, por lo que los valores prácticos se sitúan un poco por encima de los valores calculados.
Densidad sólida, densidad de montón y densidad aparente
Bajo la misma palabra "densidad" circulan tres cifras diferentes, y mezclarlas es una fuente común de error en las hojas de cargos.
Densidad verdadera o sólidase mide en una pieza de aleación sin huecos internos, generalmente mediante picnometría de helio o pesando en agua. Este es el valor utilizado para convertir una masa requerida de silicio en una masa de aleación.
Densidad aparente o en montónCubre los huecos entre los grumos. Para FeSi75 en el rango de tamaño habitual de 10 a 100 mm, la densidad aparente es de aproximadamente 1,2 a 1,5 t/m³; un producto más fino se envasa de forma diferente y puede acercarse a 1,6 t/m³ o más. La densidad aparente controla la capacidad del silo, la carga del camión y el volumen de un big bag.
Densidad aparente del polvo.es la cifra de flujo libre-utilizada para los grados de briquetas e inyección, y normalmente se indica con el corte de tamiz, porque un polvo de malla −200 se comporta de manera completamente diferente que un granulado de 1 a 3 mm.
Densidad en el baño fundido
Cuando el ferrosilicio se disuelve en acero líquido, es más liviano que el baño, por lo que tiende a flotar y reaccionar con la escoria a menos que se agite o se inyecte debajo de la superficie. El ferrosilicio fundido es menos denso que el sólido debido a la expansión térmica, y la brecha de densidad entre la aleación y el acero se estrecha a medida que aumenta el contenido de silicio. Ésa es una de las razones por las que los grados altos-de silicio se disuelven más lentamente y necesitan un tiempo de agitación más prolongado o la adición de alambre tubular.
Cómo afecta la densidad a los cálculos de fabricación de acero
De esta cifra dependen tres cálculos de planta:
Peso de la aleación necesaria para lograr una adición de silicio objetivo, utilizando la densidad real y el análisis de silicio certificado.
Interacción de sedimentación y escoria, que controlan la recuperación; las adiciones más pesadas penetran mejor en la capa de escoria.
Planificación de almacenamiento y transporte, que utiliza la densidad del montón, no la figura sólida.
Debido a que no existe una especificación internacional que fije un valor de densidad para el ferrosilicio, la densidad siempre debe indicarse junto con el grado, el tamaño de partícula y el método de prueba. Normas como ASTM A100/A100M y GB/T 2272 definen el grado y el análisis químico; la propiedad física se acuerda por separado entre el comprador y el proveedor.
Medir la densidad correctamente
Utilice una muestra de al menos 2 kg tomada del chorro triturado para que la distribución de tamaño sea representativa y seque la muestra antes de pesarla. Para determinar la densidad del montón, llene un recipiente calibrado desde una altura fija sin compactarlo y luego pese el contenido. Para obtener una densidad real, utilice picnometría de helio en una muestra molida. Repita la medición al menos tres veces e informe el promedio con el rango, porque las lecturas individuales en aleaciones frágiles varían notablemente.
Preguntas frecuentes
Q:¿Cuál es la densidad del ferrosilicio?
R: Para el grado común FeSi75, la densidad del sólido es de aproximadamente 3,1 a 3,5 g/cm³ y la densidad aparente del trozo triturado es de aproximadamente 1,2 a 1,5 t/m³. Los grados de silicio inferiores-son más densos y el FeSi90 es más ligero.
Q:¿Por qué disminuye la densidad a medida que aumenta el contenido de silicio?
R: El silicio es un metaloide ligero con una densidad de 2,33 g/cm³, mientras que el hierro es de 7,87 g/cm³. Por tanto, sustituir el hierro por silicio reduce la densidad media de la aleación.
Q:¿La densidad del ferrosilicio está fijada por un estándar?
R: No. ASTM A100/A100M y GB/T 2272 definen grados y análisis químicos únicamente. La densidad es una propiedad física acordada entre comprador y proveedor y debe cotizarse con el grado, tamaño y método de prueba.
Q:¿Por qué el ferrosilicio fundido es menos denso que el ferrosilicio sólido?
R: La expansión térmica al fundir aumenta el volumen de una masa determinada, por lo que el líquido es más liviano que el sólido y tiende a elevarse en el baño de acero a menos que la agitación o inyección lo mantenga por debajo de la escoria.
Q:¿Cómo se debe medir la densidad del ferrosilicio?
R: Seque una muestra representativa de al menos 2 kg, utilice picnometría de helio para la densidad real y un recipiente lleno calibrado para la densidad del montón, e informe el promedio de al menos tres determinaciones.
Q:¿La densidad cambia con el tamaño de las partículas?
R: La densidad real no, pero sí la densidad aparente y la densidad aparente. Un polvo de malla −200 se empaqueta en una densidad de pila diferente a la del granulado de 1 a 3 mm, por lo que el rango de tamaño siempre debe indicarse junto a la figura.