yandex.metrica
Сплавы кремния

Технология плавки кремния и его сплавов с железом

Кремний и его сплавы находят широкое применение в металлургии для раскисления и легирования стали и сплавов на нежелезной основе. Используются они и в качестве восстановителя при плавке сплавов с низким содержанием углерода. Ферросилиций применяют и в машиностроении. Так, почти весь ферросилиций с 20—25 % Si используется машинострои­телями для раскисления и легирования чугуна и стали для отливок. Литейное производство также использует богатый ферросилиций, особенно марок ФС75л и ФС45л.

Основное количество кремния Кр0—Кр3 потребляет производство силуминов и легких литейных сплавов. Их использование взамен чугуна в моторостроении не только уменьшает массу машин и затраты топлива, но и серьезно повышает производительность труда и качество машин и изделий. Поэтому быстрый рост автомобиле-, тракторо-, моторо- и приборостроения и промышленности товаров народного потребления все более увеличивает спрос на литейные алюминиево-кремниевые сплавы как эвтектического (10—13 %), так и заэвтектического (18—22 % Si) типа. Крупными потребителями кремния являются также химия и приборостроение. Лучшие его сорта, например, служат сырьем для производства кремния особой чистоты для силовой полупроводниковой и электронной техники.

Сортамент кремния и ферросилиция определен ГОСТ 2169—69 и 1415—78. В соответствии с ними кристаллический кремний и ферросилиций поставляются навалом или в специальной упаковке в кусках крупностью от 20 до 300 мм. Мелочи < 20 мм для большинства марок кремния и ферросилиция в поставляемой партии должно быть не более 10 %. На каждую партию сплава оформляется сертификат, удостоверяющий соответствие кремния и ферросилиция требованиям стандарта (табл. 7 и 8). В нем указываются предприятие-изготовитель сплава, номер партии, химический состав сплава и его марка, определяемая в соответствии с
этим составом на основании требований ГОСТа, масса партии и номер стандарта (или технических условий), в соответствии с которым осуществляется поставка.

Химический состав кристаллического кремния

Химический состав кристаллического кремния определяется по методике, приведенной в ГОСТ 19014.0—73 и ГОСТ 19014.4—73. Массовая доля кремния при этом устанавливается как разность между 100 % и суммой примесей (Fe + Al + Ca) в процентах.

Химический состав ферросилиция

Химический состав ферросилиция определяется по ГОСТ 13230.1—81 и ГОСТ 13230.9—81. В каждой партии ферросилиция определяется содержание кремния. Для целого ряда марок приводятся также сведения о содержании кальция (ФС92 и ФС90А2,5), алюминия (ФС90, ФС90А2,5, ФС75л, ФС22 и все электротехнические марки), титана (ФС75эл—ФС45эл) и хрома (ФС20л). Содержание других примесей, указанных в табл. 8, определяется периодически, но не реже одного раза в месяц. По требованию потребителя определяют содержание всех элементов, перечисленных в табл. 8, в каждой партии сплава.

Качество ферросилиция и кристаллического кремния в основном определяется содержанием примесей и шлаковых включений. В кристаллическом кремнии наиболее вредными являются примеси железа и кальция, а для сплавов, используемых для производства полупроводникового кремния, и алюминия. Кроме этих примесей, в кристаллическом кремнии содержатся магний (~ 0,05 %), титан (от 0,01 до 0,23 %), фосфор (0,05-0,02 %) и сера (∼ 0,01 %), а также небольшое количество марганца (до 0,05 %), меди и никеля. Источниками этих примесей наряду с кварцитом являются отчасти зола восстановителя и сам восстановитель. Углерод в кристаллическом кремнии обычно содержится в виде карбида. Содержание его иногда доходит до 0,1 %.

Содержание примесей в различных сортах ферросилиция несколько выше. Источником примесей здесь наряду с кварцитом и восстановителем является также железная стружка, которая вносит в шихту как фосфор и серу, так и примеси цветных металлов — марганец, хром, никель и медь. Эндогенных включений ферросилиции обычно не содержит. Однако общее содержание неметаллической фазы в этих сплавах довольно велико. Так, по данным
М.И. Гасика, в ФС75 содержится 0,8—1,2 % неметаллической фазы. Она в основном представлена кремнеземом (73—76 %) и глиноземом (17—20 %). Содержание включений в сплавах с высоким содержанием алюминия обычно выше, чем в ферросилиции с низким его содержанием. В рафинированном ферросилиции поэтому содержание включений заметно снижается. Так, в рафинированном ФС75 при 0,14 % Al общее содержание включений составляло лишь 0,22 %. Кристаллический кремний по плотности очень мало отличается от шлаковой фазы,
поэтому в металле при выпуске обычно запутывается шлак, имеющий более высокую плотность (~ 2,8 г/см3), чем металл (~ 2,4 г/см3). При длительных выдержках выпущенного сплава в подогреваемом ковше удается заметно понизить содержание шлаковых включений. Общее содержание кальция при этом может понизиться на 80—85 %, алюминия — на 20-25 %.