铁合金冶炼培训讲座分析

铁合金冶炼培训讲座
一、什么是硅产品
含硅量达14%以上至99%之间，其余为杂质或另一种（个别两种）主要元素，通过冶炼所得的合金俗称硅产品。

通常包括工业硅、硅铁、硅钡、碳化硅、硅钙等，最常用的为工业硅、硅铁两种。

冶炼任一种硅产品必须涉及到矿石（含SiO2）这一原料，采矿会破坏森林、植被，同时冶炼过程也会产生大量的污染（如CO、粉尘过量等），属于消耗资源、高污染、技术含量低的冶金行业。

所以，发达国家一般不予生产，主要依赖进口。

由于硅产品的广泛用途（汽车工业、信息工业）又决定了它的最大消费方为发达国家地区，所以发展中国家生产的硅产品，除自身消耗外，大部分用于出口换取外汇。

冶炼硅产品必须具备以下两个最基本的条件：①自身环境净化能力强的地方（亦允许产生轻度污染源的地方）；②丰富的低价电源，因为硅冶为高耗能行业，以工业硅为例，每吨成品耗电平均12000度，通常只能以低廉的水电（每度从0.2-0.5元不等）作为生产能源。

由于污染重，能耗高硅冶企业只能分布在边远、水电丰富（个别火电丰富）的地区，并且受电力紧张的缘故，在枯水季节常因限电而减产或停产。

二、我国硅冶炼行业状况
福建三明地区是中国最早生产工业硅等硅产品的地方，由于近年水电的缺乏及资源的过度开采。

目前福建的硅冶规模大部分偏小，近
五六年来，贵州、云南利用自身丰富的水电资源，已成为中国最大的硅生产基地，特别是贵州产量约占全国的50%以上，生产硅产品的地方还有四川、湖南、江西（个别）、西宁、内蒙、东北等地。

除个别小厂外，现在硅铁炉一般都在6300KVA以上，
随着国家对铁合金行业的整顿，以及受环保要求，各地小容量电炉及达不到环保要求的炉子必然被淘汰。

三、硅系产品用途
工业硅俗称金属硅或结晶硅，严格来讲工业硅不属于铁合金行业，在习惯上由于工业硅的冶炼采用矿热炉进行，就把工业硅划分到铁合金行业中。

工业硅是指含硅量大于等于98.5%的纯硅产品，其中以铁、铝、钙（按顺序排列）的三种杂质含量分成各小类，如553、441、331、2202等。

其中553代表该品种工业硅含铁小于等于0.5%，含铝小于等于0.5%，含钙小于等于0.3%；331工业硅代表含铁小于等于0.3%，含铝小于等于0.3%，含钙小于等于0.1%，以此类推，因习惯原因其中2202也简写成220代表钙小于等于0.02%，2开头的工业硅也称为化学硅。

工业硅的主要用途：工业硅作为非铁基合金的添加剂。

工业硅也用作要求严格的硅钢的合金剂，冶炼特种钢和非铁基合金的脱氧剂。

工业硅经一系列工艺处理后，可拉制成单晶硅，供电子工业使用，在化学工业中用于生产有机硅等，因此它有魔术金属之称，用途十分广泛。

工业硅添加到铝、铁等金属中，可改良或增强金属的优良性能。

汽车（含摩托车）用铝对工业硅的需求相当大，所以一个地区、国家的汽车工业的发展状况对工业硅的市场兴衰有直接的影响。

工业硅进一步提纯至99.999%以上（4个九以上，9越多越值钱），制成多晶硅（圆柱体），再用机械切割成硅单晶片，大量应用到电子信息工业上。

比如各类IC卡、VCD片、DVD片等。

目前我国提纯的技术不是十分成熟，基本上依赖日本进口，即日本从我国以每吨7300元到7600元左右的价格进口工业硅
1.原材料，进一步提纯再以每吨30万人民币左右的价格出口到我国有关行业（如单晶硅厂等）。

在切割单晶硅片方面，我国与发达国家尚有一定的技术差距，特别是在硅片的后精加工及表面“涂料”等方面差距相当大。

2、硅铁
硅铁：硅铁是以焦炭、钢屑、石英（或硅石）为原料，用矿热炉冶炼制成的。

硅和氧很容易化合成二氧化硅。

所以硅铁常用于炼钢作脱氧剂，同时由于SiO2生成时放出大量的热，在脱氧同时，对提高钢水温度也是有利的。

硅铁作为合金元素加入剂。

广泛用于低合金结构钢、合结钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中，硅铁在铁合金生产及化学工业中，常用作还原剂。

含硅量达95%-99%。

纯硅常用制造单晶硅或配制有色金属合金。

用途：硅铁在钢工业、铸造工业及其他工业生产中被广泛应用。

硅铁是炼钢工业中必不可少的脱氧剂。

炼钢中，硅铁用于沉淀脱氧和扩散脱氧。

砖坯铁还作为合金剂用于炼钢中。

钢中添加一定数量的硅，能显著提高钢的强度、硬度和弹性，提高钢的磁导率，降低变压器钢的磁滞损耗。

一般钢中含硅0.15%-0.35%，结构钢中含硅0.40%～1.75%，工具钢中含硅0.30%～1.80%，弹簧钢中含硅0.40%～
2.80%，不锈耐酸钢中含硅
3.40%～
4.00%，耐热钢中含硅 1.00%～
3.00%，硅钢中含硅2%～3%或更高。

在炼钢工业中，每生产一吨钢大约消耗3～5kg75%硅铁。

高硅硅铁或硅质合金在铁合金工业中用作生产低碳铁合金的还原剂。

硅铁加入铸铁中可作球墨铸铁的孕育剂，且能阻止碳化物形成，促进
五、硅及其化合物的物化性质
硅是自然界中分布较广的元素之一。

就其含量而言，仅次于氧，在地壳中占第二位。

硅的主要物理性质如下：
熔点：1414℃沸点：2287℃
硅与铁可按任一比例相互熔合在一起。

如共晶体（20%Si）的熔点为1195℃，共晶体（51% Si）的熔点为1212℃，共晶体（59% Si）的熔点为1207℃。

随着含硅的不同，可能有下列化合物：FeSi（33.3%Si），Fe3Si2（25.1%Si），Fe2Si5（55.68%Si）。

其中最稳定的硅化物是硅化铁（FeSi）。

硅化铁的熔点为1410℃，熔化时不分解，仍以硅化铁的形式存在于液态合金中。

硅化铁生成时放出大量的
热。

Fe+Si= FeSi+53997焦
硅45（含硅40~47%）的熔化温度为1360~1280℃；硅75（含硅72~80%）的熔化温度为1290~1340℃。

硅铁的比重取决于硅铁的含硅量，含硅量越高，则比重越小。

硅铁中的含铝量决定于原料中的Al2O3含量，一般约为2%。

硅和铝不生成化合物。

硅和钙生成化合物Ca2Si、CaSi和CaSi2，基中CaSi最稳定。

硅和硫生成化合物SiS和SiS2，这些化合物在高温下变成挥发性的物质，并随炉气逸出。

硅和氢生成下列化合物：Si2H2、Si2H 和SiH4，在正常条件下，SiH4最稳定，当温度大于400℃时，SiH4按下式分解：
SiH4= Si+2H2
氢在硅铁中的溶解度随温度的升高而增加，当硅铁的含硅量为33.3%时，氢的溶解度最小。

在生产过程中，硅铁可能吸收原料中和锭模涂料中的水分解而生成的氢，在1650℃时，硅75含氢达0.003%。

实际硅75含氢达0.0025%。

碳和硅生成稳定的碳化物――碳化硅SiC。

碳化硅的比重为3.2，硬度为9.5~9.75H。

由Si和C生成SiC的反应式为：
Si（固）+C（固）= SiC（固）
把粉状硅和碳的混合物在真空（0.005毫米汞柱）下加热到1250~1300℃，开始生产SiC，到1400℃时，生成SiC的速度相当大。

SiC的分解温度在2200~2700℃间，在这样高的温度下，部分碳化硅蒸发，部分碳化硅分解成硅蒸气和石墨碳。

由于碳化硅中的夹杂成分不同，碳化硅的颜色也不同，在炉中发现的碳化硅，可能是焦炭，SiC和其他物质的混合物。

硅的氧化物硅和碳一样，也有两种氧化物：SiO和SiO2，SiO 在高温下才能生存，在自然界中硅的氧化物只有一种形式SiO2。

SiO2的熔点为1710℃，有八个变态：α、β石英、α――β和γ――磷石英，α――β――白石英及SiO2玻璃。

其中只有四个变态是稳定的：α――和β石英，α――磷石英和β――白石英。

实际生产中需要关心的是α――和β石英，在848K时，β――石英转变成α――石英，同时体积增加，机械强度下降。

在实际生产中，有时由于升温太快，β――石英也可能来不及转化成α――石英，而以不稳定的形式继续存在，一直到熔化为止。

其他各种变态也有类似的性质，当加热（或冷却）过快时，各种变态的转化也可能不发生。

玻璃就是液态的SiO2急速冷却后的产物，它是一种不稳定的形态，生产时，扒出来的炉料呈玻璃状。

就是半熔的SiO2急速冷却后形成的。

硅石的电阻很大，其电阻随着温度的升高而下降。

SiO2的粘度很大，其粘度亦随着温度的升高而下降，由于二氧
化硅的粘度。