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硅鐵就是鐵和硅組成的鐵合金。 硅鐵是以焦炭、鋼屑、石英(或硅石)為原料,用電爐冶鍊製成的鐵硅合金。由於硅和氧很容易化合成二氧化硅,所以硅鐵常用於鍊鋼時作脫氧劑,同時由於SiO2生成時放出大量的熱,在脫氧的同時,對提高鋼水溫度也是有利的。同時,硅鐵還可作為合金元素加入劑,廣泛應用於低合金結構鋼、彈簧鋼、軸承鋼、耐熱鋼及電工硅鋼之中,硅鐵在鐵合金生產及化學工業中,常用作還原劑。

硅(台灣、香港稱矽)是一種化學元素,它的化學符號是Si,舊稱矽。原子序數14,相對原子質量28.09,有無定形和晶體兩種同素異形體,同素異形體有無定形硅和結晶硅。屬於元素周期表上IVA族的類金屬元素。
晶體硅為鋼灰色,無定形硅為黑色,密度2.4g/cm3,熔點1420℃,沸點2355℃,晶體硅屬於原子晶體,硬而有光澤,有半導體性質。硅的化學性質比較活潑,在高溫下能與氧氣等多種元素化合,不溶於水、硝酸和鹽酸,溶於氫氟酸和鹼液,用於造制合金如硅鐵、硅鋼等,單晶硅是一種重要的半導體材料,用於製造大功率晶體管、整流器、太陽能電池等。硅在自然界分佈極廣,地殼中約含27.6%,主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在 結晶型的硅是暗黑藍色的,很脆,是典型的半導體。化學性質非常穩定。在常溫下,除氟化氫以外,很難與其他物質發生反應。
硅的用途:
①高純的單晶硅是重要的半導體材料。在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素,形成p型硅半導體;摻入微量的第VA族元素,形成n型和p型半導體結合在一起,就可做成太陽能電池,將輻射能轉變為電能。在開發能源方面是一種很有前途的材料。
②金屬陶瓷、宇宙航行的重要材料。將陶瓷和金屬混合燒結,製成金屬陶瓷複合材料,它耐高溫,富韌性,可以切割,既繼承了金屬和陶瓷的各自的優點,又彌補了兩者的先天缺陷。 可應用于軍事武器的製造第一架太空梭「哥倫比亞號」能抵擋住高速穿行稠密大氣時磨擦產生的高溫,全靠它那三萬一千塊硅瓦拼砌成的外殼。
③光導纖維通信,最新的現代通信手段。用純二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纖維,激光在玻璃纖維的通路里,無數次的全反射向前傳輸,代替了笨重的電纜。光纖通信容量高,一根頭髮絲那麼細的玻璃纖維,可以同時傳輸256路電話,它還不受電、磁干擾,不怕竊聽,具有高度的保密性。光纖通信將會使 21世紀人類的生活發生革命性巨變。
④性能優異的硅有機化合物。例如有機硅塑料是極好的防水塗布材料。在地下鐵道四壁噴塗有機硅,可以一勞永逸地解決滲水問題。在古文物、雕塑的外表,塗一層薄薄的有機硅塑料,可以防止青苔滋生,抵擋風吹雨淋和風化。天安門廣場上的人民英雄紀念碑,便是經過有機硅塑料處理表面的,因此永遠潔白、清新。
有機硅化合物,是指含有Si-O鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物,習慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與硅原子相連接的化合物也當作有機硅化合物。其中,以硅氧鍵(-Si-0-Si-)為骨架組成的聚硅氧烷,是有機硅化合物中為數最多,研究最深、應用最廣的一類,約佔總用量的90%以上。
有機硅材料具有獨特的結構:
(1) Si原子上充足的甲基將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來;
(2) C-H無極性,使分子間相互作用力十分微弱;
(3) Si-O鍵長較長,Si-O-Si鍵鍵角大。
(4) Si-O鍵是具有50%離子鍵特徵的共價鍵(共價鍵具有方向性,離子鍵無方向性)。 由於有機硅獨特的結構,兼備了無機材料與有機材料的性能,具有表面張力低、粘溫係數小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質,並具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優異特性,廣泛應用於航空航天、電子電氣、建築、運輸、化工、紡織、食品、輕工、醫療等行業,其中有機硅主要應用於密封、粘合、潤滑、塗層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。隨著有機硅數量和品種的持續增長,應用領域不斷拓寬,形成化工新材料界獨樹一幟的重要產品體系,許多品種是其他化學品無法替代而又必不可少的。 有機硅材料按其形態的不同,可分為:硅烷偶聯劑(有機硅化學試劑)、硅油(硅脂、硅乳液、硅表面活性劑)、高溫硫化硅橡膠、液體硅橡膠、硅樹脂、複合物等。
發現1822年,瑞典化學家白則里用金屬鉀還原四氟化硅,得到了單質硅。

2構成

鐵和硅組成的鐵合金(以硅石、鋼、焦碳為原料,經過1500-1800度高溫還原的硅熔於鐵液中,形成硅鐵合金)。是冶鍊行業重要的合金品種。
硅鐵按硅及其雜質含量,分為21個牌號,其化學成分如下表:(根據GB/T 2272-2009)
牌號
化學成分(質量分數)/%
Si
Al
Ca
Mn
Cr
P
S
C
Ti
Mg
Cu
V
Ni
不大於
FeSi90Al1.5
87.0~95.0
1.5
1.5
0.4
0.2
0.040
0.020
0.20
FeSi90Al3.0
87.0~95.0
3.0
1.5
0.4
0.2
0.040
0.020
0.20
FeSi75Al0.5-A
74.0~80.0
0.5
1.0
0.4
0.3
0.035
0.020
0.10
FeSi75Al0.5-B
72.0~80.0
0.5
1.0
0.5
0.5
0.040
0.020
0.20
FeSi75Al1.0-A
74.0~80.0
1.0
1.0
0.4
0.3
0.035
0.020
0.10
FeSi75Al1.0-B
72.0~80.0
1.0
1.0
0.5
0.5
0.040
0.020
0.20
FeSi75Al1.5-A
74.0~80.0
1.5
1.0
0.4
0.3
0.035
0.020
0.10
FeSi75Al1.5-B
72.0~80.0
1.5
1.0
0.5
0.5
0.040
0.020
0.20
FeSi75Al2.0-A
74.0~80.0
2.0
1.0
0.4
0.3
0.035
0.020
0.10
FeSi75Al2.0-B
72.0~80.0
2.0
0.5
0.5
0.040
0.020
0.20
FeSi75-A
74.0~80.0
0.4
0.3
0.035
0.020
0.10
FeSi75-B
72.0~80.0
0.5
0.5
0.040
0.020
0.20
FeSi65
65.0~72.0
0.6
0.5
0.040
0.020
FeSi45
40.0~47.0
0.7
0.5
0.040
0.020
TFeSi75-A
74.0~80.0
0.03
0.03
0.10
0.10
0.020
0.004
0.020
0.015
TFeSi75-B
74.0~80.0
0.10
0.05
0.10
0.05
0.030
0.004
0.020
0.04
TFeSi75-C
74.0~80.0
0.10
0.10
0.10
0.10
0.040
0.005
0.030
0.05
0.10
0.10
0.05
0.40
TFeSi75-D
74.0~80.0
0.20
0.05
0.20
0.10
0.040
0.010
0.020
0.04
0.02
0.10
0.01
0.04
TFeSi75-E
74.0~80.0
0.50
0.50
0.40
0.10
0.040
0.020
0.050
0.06
TFeSi75-F
74.0~80.0
0.50
0.50
0.40
0.10
0.030
0.005
0.010
0.02
0.10
0.10
TFeSi75-G
74.0~80.0
1.00
0.05
0.15
0.10
0.040
0.003
0.015
0.04

3用途

(1)在鍊鋼工業中用作脫氧劑和合金劑。為了獲得化學成分合格的鋼和保證鋼的質量,在鍊鋼的最後階段必須進行脫氧,硅和氧之間的化學親和力很大,因而硅鐵是鍊鋼較強的脫氧劑用於沉澱和擴散脫氧。在鋼中添加一定數量的硅,能顯著的提高鋼的強度、硬度和彈性,因而在冶鍊結構鋼(含硅0.40-1.75%)、工具鋼(含SiO.30-1.8%)、彈簧鋼(含SiO.40-2.8%)和變壓器用硅鋼(含硅2.81-4.8%)時,也把硅鐵作為合金劑使用。 同時改善夾雜物形態減少鋼液中氣體元素含量,是提高鋼質量、降低成本、節約用鐵的有效新技術。特別適用於連鑄鋼水脫氧要求,實踐證明,硅鐵不僅滿足鍊鋼脫氧要求,還具有脫硫性能且具有比重大,穿透力強等優點。
硅鐵

  硅鐵

此外,在鍊鋼工業中,利用硅鐵粉在高溫下烯燒能放出大量熱這一特點,常作為鋼錠帽發熱劑使用以提高鋼錠的質量和回收率。
(2)在鑄鐵工業中用作孕育劑和球化劑。鑄鐵是現代工業中一種重要的金屬材料,它比鋼便宜,容易熔化冶鍊,具有優良的鑄造性能和比鋼好得多的抗震能力。特別是球墨鑄鐵,其機械性能達到或接近鋼的機械性能。在鑄鐵中加入一定量的硅鐵能阻止鐵中形成碳化物、促進石墨的析出和球化,因而在球墨鑄鐵生產中,硅鐵是一種重要的孕育劑(幫助析出石墨)和球化劑。
(3)鐵合金生產中用作還原劑。不僅硅與氧之間化學親和力很大,而且高硅硅鐵的含碳量很低。因此高硅硅鐵(或硅質合金)是鐵合金工業中生產低碳鐵合金時比較常用的一種還原劑。
(4)75#硅鐵在皮江法煉鎂中常用於金屬鎂的高溫冶鍊過程中,將CaO.MgO中的鎂置換出來,每生產一噸金屬鎂就要消耗1.2噸左右的硅鐵,對金屬鎂生產起著很大的作用。
(5)在其他方面的用途。磨細或霧化處理過的硅鐵粉,在選礦工業中可作為懸浮相。在焊條製造業中可作為焊條的塗料。高硅硅鐵在化學工業中可用於製造硅酮等產品。
在這些用途中,鍊鋼工業、鑄造工業和鐵合金工業是硅鐵的最大用戶。它們共消耗約90%以上的硅鐵。在各種不同牌號的硅鐵中,目前應用最廣的是75%硅鐵。在鍊鋼工業中,每生產1t鋼大約消耗3-5kg75%硅鐵。

4成份

牌號 化學成分
Si Al Ca Mn Cr P S C
範圍 不大於
FeSi75AI1.0-b 72.0-80.0 1 1 0.5 0.5 0.04 0.02 0.2
FeSi75AI1.5-b 72.0-80.0 1.5 1 0.5 0.5 0.04 0.02 0.2

5標準

國際硅鐵標準(ISO 5445-80) 表1、硅鐵牌號和化學成分
牌號
化學成分,%









Si
Al
P
S
C
Mn­­
Cr
Ti



>
>






FeSi10
8.0
13.0

0.2
0.15
0.06
2.0
3.0
0.8
0.3
FeSi15
14.0
13.0

1.0
0.15
0.06
1.5
1.5
0.8
0.3
FeSi25
20.0
20.0

1.5
0.15
0.06
1.0
1.0
0.8
0.3
FeSi45
41.0
30.0

2.0
0.05
0.05
0.2
1.0
0.5
0.3
FeSi50
47.0
47.0

1.5
0.05
0.05
0.2
0.8
0.5
0.3
FeSi65
63.0
51.0

2.0
0.05
0.04
0.2
0.4
0.4
0.3
FeSi75Al
72.0
68.0

1.0
0.05
0.04
0.15
0.5
0.3
0.3
FeSi75Al1.5
72.0
80.0
1.0
1.5
0.05
0.04
0.15
0.5
0.3
0.3
FeSi75Al2
72.0
80.0
1.5
2.0
0.05
0.04
0.2
0.5
0.3
0.3
FeSi75Al3
72.0
80.0
2.0
3.0
0.05
0.04
0.2
0.5
0.5
0.3
FeSi90Al1
87.0
95.0

1.5
0.04
0.04
0.15
0.5
0.2
0.3
FeSi90Al2
87.0
95.0
1.5
3.0
0.04
0.04
0.15
0.5
0.2
0.3
註:如無另外規定,則這些數值僅為資料列出。 表2、硅鐵的顆粒粒度
等級
粒度範圍/?
過細粒度(最大)%
過粗粒度(最大)/%

總量
<3.15?



1
100-315
20
6
10(在兩個或3個方向上,不得有超過規定粒度範圍最大極限值×1.15的粒度)
2
75-200
20
6

3
35-100
18
6

4
10-75
18
7

5
3.15-35
8
8

6
3.15-10
10
10

7
3.15-6.3
10
10

8
3.15



註:按組批的產品,各爐之間含硅量相差不得超過3%(絕對值)。

6冶鍊

硅鐵是以焦炭、鋼屑、石英(或硅石)為原料,用電爐冶鍊製成的。鋼鐵英才網傳統煉製硅鐵時,是將硅從含有SIO2的硅石中還原出來。冶鍊硅鐵大多使用冶金焦作還原劑,鋼屑是硅鐵的調節劑。
生產一噸硅鐵原料及電能消耗為:
硅石:1780-1850kg
焦炭:890-930kg
鋼屑:220-230kg
電極糊: 45-55kg
電耗: 8400-9000kwh/t

7應用

硅鐵在鋼工業、鑄造工業及其他工業生產中被廣泛應用。
硅鐵是鍊鋼工業中必不可少的脫氧劑。炬鋼中,硅鐵用於沉澱脫氧和擴散脫氧。磚坯鐵還作為合金劑用於鍊鋼中。鋼中添加一定數量的硅,能顯著提高鋼的強度、硬度和彈性,提高鋼的磁導率,降低變壓器鋼的磁滯損耗。一般鋼中含硅0.15%-0.35%,結構鋼中含硅0.40%~1.75%,工具鋼中含硅0.30%~1.80%,彈簧鋼中含硅0.40%~2.80%,不銹耐酸鋼中含硅3.40%~4.00%,耐熱鋼中含硅1.00%~3.00%,硅鋼中含硅2%~3%或更高。
高硅硅鐵或硅質合金在鐵合金工業中用作生產低碳鐵合金的還原劑。硅鐵加入鑄鐵中可作球墨鑄鐵的孕育劑,且能阻止碳化物形成,促進石墨的析出和球化,改善鑄鐵性能。
此外,硅鐵粉在選礦工業中可作懸浮相使用,在焊條製造業中作焊條的塗料;高硅硅鐵在電氣工業中可用製備半導體純硅,在化學工業中可用於製造硅酮等。
在鍊鋼工業中,每生產一噸鋼大約消耗3~5kg75%硅鐵。
熔點:75FeSi為1300℃
硅鐵中含有少量磷的金屬化合物,如磷化鈣等,在車船運輸或倉庫儲存時,如果受潮,可放出磷化氫,使倉內或周圍人群中毒。磷化氫中毒嚴重時可致人死亡。 

8標準

範圍
本標準規定了硅鐵的技術要求、試驗方法、檢驗規則、包裝、儲運、標誌和質量證明書。
本標準適用於鍊鋼和鑄造作脫氧或合金元素加人劑及金屬鎂等行業使用的硅鐵。

引用

下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件,其隨後所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版均不適用於本標準,然而,鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可適用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本適用於本標準。
GB/T 3650 鐵合金驗收、包裝、儲運、標誌和質量證明書的一般規定
GB/T 4010 鐵合金化學分析用試樣的採取和製備(GB/T 4010-1994,neq ISO  4552:1987)
GB/T 4333.1 硅鐵化學分析方法 高氯酸脫水重量法測定硅量
GB/T 4333.2 硅鐵化學分析方法 鉍磷鉬藍光度法測定磷量
GB/T 4333.3 硅鐵化學分析方法 鉍磷鉬藍光度法測定磷量
GB/T 4333.4 硅鐵化學分析方法 鉻天青S光度法、EDTA測定法和火焰原子吸收光譜法(GB/T 4333.4-2007,ISO 4139,1987 )
GB/T 4333.6 硅鐵化學分析方法 二苯基碳醯二肼光度法測定鉻量
GB/T 4333.7 硅鐵化學分析方法 色層分離硫酸鋇重量法測定硫量
GB/T 4333.8 硅鐵化學分析方法 原子吸收光譜法測定鈣量
GB/T 4333.9 硅鐵化學分析方法火焰原子吸收光譜法測定鋁量
GB/T 4333.10 硅鐵化學分析方法 紅外線吸收法測定碳量
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