yandex.metrica
Ферросилиций

Сырые материалы и свойства кремния

Сырые материалы и их подготовка к плавке

Крем­ний после кислорода — наиболее распространенный эле­мент в природе и составляет 15% от массы земной коры. Для выплавки кремния и его сплавов используют кварц и кварцит, главной составляющей которых является кварц — широко распространенный минерал. Кварц, представляющий собой более или менее чистый кремне­зем SiO2, относительно дорог и используется только при производстве кристаллического кремния.

Кварцит представляет собой горную породу, состоя­щую из зерен кварца, сцементированных кремнеземистой связкой. Кварцит, используемый при производстве спла­вов кремния, должен содержать >97% SiO2 при минимальном содержании вредных и шлакообразующих при­месей— оксидов кальция, магния и алюминия, а также фосфора (<0,002%). Кварцит должен давать минималь­ное количество мелочи при дроблении и нагревании.

Очень хорошим восстановителем при производстве ферросилиция является древесный уголь, который умень­шает спекание шихты, что особенно важно при выплавке сплавов кремния с высоким содержанием последнего и при работе на закрытых печах. Однако вследствие высокой стоимости древесный уголь применяют, как пра­вило, лишь при плавке кристаллического кремния и 90%-ного ферросилиция. Применение древесных отходов как заменителя древесного угля уменьшает спекаемость шихты, обеспечивает хорошую газопроницаемость его и, повышая электрическое сопротивление шихты, способст­вует увеличению глубины посадки электродов в ней, улучшению технико-экономических показателей произ­водства.

Нефтяной и пековой коксы почти не содержат золы, по обладают склонностью графитизироваться при температурах плавки, причем ухудшается их реакционная спо­собность и снижается электросопротивление. Этот недо­статок, а также высокая стоимость ограничивают при­менение этих коксов только выплавкой кристаллическо­го кремния. Из каменных углей пригодны для плавки ферросилиция в электропечах лишь сорта с малым со­держанием золы и летучих — антрациты. Очень перс­пективны как восстановители формованный кокс из га­зовых и слабоспекающихся углей, коксы из бурого угля, полукоксы, брикетированный лигнин и т. п., обладающие высокими реакционной способностью и электросопротив­лением.

Основным восстановителем на отечественных заводах при выплавке ферросилиция является орешек металлургического кокса, представляющий собой отсев доменно­го кокса. В последние годы широко применяют ангар­ский полукокс.

При выплавке ферросилиция в отечественной практи­ке частично используют карборундсодержащие отходы электродного и абразивного производства, содержащие 20—50% SiC.

Применение этих отходов особенно эффективно при производстве сплавов с низким содержанием кремния, так как карбид кремния SiC легко разлагается железом с образованием силицида железа.

Железосодержащим компонентом шихты при вы­плавке ферросилиция является стружка углеродистых сталей. Подготовка шихтовых материалов к плавке сво­дится к дроблению и сортировке их для получения за­данного однородного гранулометрического состава: квар­цита в пределах 25—60 мм (при производстве 18— 45%-ного ферросилиция) или 50—100 мм (при произ­водстве 65—90%-ного ферросилиция), кокса 5—20 мм. В случае необходимости дополнительно проводят обога­щение, окомкование и сушку материалов.

Физико-химические свойства кремния и его соединений

Кремний является металлоидом стального или черного цвета со следующими свойствами:

Атомная масса – 28,086

Валентность – 2 и 4

Плотность, г/см3 – 2,33

Температура, °С:

плавления – 1413

кипения – 2630

С кислородом кремний образует кремнезем SiO2 и монооксид SiO. Монооксид кремния летуч и при температурах <1500° С распадается на кремний и кремне­зем. С углеродом кремний образует карбид кремния (карборунд). Плотность карборунда 3,2 г/см3, темпера­тура плавления (испарения) 2700° С.

Диаграмма состояния системы Fe -Si

С железом кремний сплавляется в любых соотноше­ниях (рис. 46) и образует ряд силицидов, из которых наиболее прочным является FeSi с температурой плав­ления 1410° С.