硅石在金属硅生产中的作用主要是作为硅的来源。它是生产金属硅的基础原料,通过一系列的反应和加工,被还原成金属硅。
对于用于生产金属硅的硅石原料,有以下几点要求:
高纯度:硅石中的SiO2含量应该很高,一般要求在98。5%以上,以确保金属硅产品的纯度。
低杂质含量:如Fe2O3、Al2O3等杂质元素的含量应该较低。例如,对Fe2O3的要求通常在0.06%以下,对Al2O3的要求在0.1%以下。这些杂质元素如果含量过高,会影响金属硅的质量和性能。
总结起来,硅石在金属硅生产中起着关键作用,其纯度和杂质含量是影响金属硅质量的主要因素。因此,在选择硅石原料时,需要特别关注其化学成分和纯度,确保满足生产高质量金属硅的要求。
金属硅的掺入方法分为内掺和外掺两种。内掺法是直接掺入硅粉,同时减少水泥用量。外掺法是掺入矿粉并不减少水泥,一般高强混凝土上采用外掺法。
金属硅粉的掺量一般为5-10%,在此范围内硅粉系数较大,各种性能都充分低反映出来,同时避免其不利的一面。
由于金属硅粉制成的混泥土很稠,所以设计混泥土的坍落度要比普通混泥土的大2-3cm。
硅粉混泥土的搅拌时间应该比普通的混泥土延长0.5-1min,以便使细料完全搅拌均匀。
金属硅(工业硅或结晶硅)的冶炼工艺主要包括以下几种:
硅石还原法:将硅石与焦炭或煤粉混合,通过还原炉进行冶炼。在还原炉中,通过高温和还原性气氛使硅石还原为金属硅。这种方法冶炼成本适中,产物纯度也较高。
电炉冶炼:这是一种新型的金属硅冶炼工艺,主要包括电弧炉法和电阻炉法。
电弧炉法:将硅石与电极放入电弧炉中,通过电弧加热使硅石还原为金属硅。
电阻炉法:将硅石与电阻炉放入电阻炉中,通过电阻加热使硅石还原为金属硅。
在上述工艺中,冶炼过程涉及到高温的加热,所以冶炼设备需要具备较高的耐热性能。冶炼过程中还会产生大量的二氧化碳等有害气体,需要进行处理和排放。
在冶炼后,还需要进行精炼阶段。精炼是指将冶炼得到的金属硅进一步提纯,去除其中的杂质。精炼过程中还需要控制温度和溶剂的用量,以保证精炼效果和产品质量。
炼钢时金属硅的作用主要体现在以下几个方面:
脱氧剂:硅和氧的亲和力很强,仅次于铝和钛,而强于锰、铬和矾。因此,在炼钢过程中,硅常被用作强脱氧剂,用以去除钢液中的氧,提高钢的质量。为了保证碳素钢的质量,硅在钢中的含量需要控制在一定范围内,硅含量过低可能无法起到良好的脱氧效果。
细化晶粒:硅能细化钢中的晶粒,使纯铁体的晶粒变为细小而均匀,从而提高钢的强度和硬度。适量的硅对钢的塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性无显著的不良影响。
合金元素:硅还是重要的合金元素,用于制造硅铁合金,这种合金元素在钢铁工业中发挥着重要作用。此外,硅还是铝合金中的良好组元,绝大多数铸造铝合金都含有硅。