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,用電爐冶煉制成的鐵硅合金。由于硅和氧很容易化合成二氧化硅,所以硅鐵常用于煉鋼時(shí)作脫氧劑,同時(shí)由于SiO2生成時(shí)放出大量的熱,在脫氧的同時(shí),對(duì)提高鋼水溫度也是有利的。同時(shí),硅鐵還可作為合金元素加入劑,廣泛應(yīng)用于低合金結(jié)構(gòu)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(chǎn)及化學(xué)工業(yè)中,常用作還原劑。
硅(臺(tái)灣、香港稱矽)是一種化學(xué)元素,它的化學(xué)符號(hào)是Si,舊稱矽。原子序數(shù)14,相對(duì)原子質(zhì)量28.09,有無(wú)定形和晶體兩種同素異形體,同素異形體有無(wú)定形硅和結(jié)晶硅。屬于元素周期表上IVA族的類金屬元素。
晶體硅為鋼灰色,無(wú)定形硅為黑色,密度2.4g/cm3,熔點(diǎn)1420℃,沸點(diǎn)2355℃,晶體硅屬于原子晶體,硬而有光澤,有半導(dǎo)體性質(zhì)。硅的化學(xué)性質(zhì)比較活潑,在高溫下能與氧氣等多種元素化合,不溶于水、硝酸和鹽酸,溶于氫氟酸和堿液,用于造制合金如硅鐵、硅鋼等,單晶硅是一種重要的半導(dǎo)體材料,用于制造大功率晶體管、整流器、太陽(yáng)能電池等。硅在自然界分布極廣,地殼中約含27.6%,主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在 結(jié)晶型的硅是暗黑藍(lán)色的,很脆,是典型的半導(dǎo)體;瘜W(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。在常溫下,除氟化氫以外,很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。
硅的用途:
①高純的單晶硅是重要的半導(dǎo)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(dǎo)體;摻入微量的第VA族元素,形成n型和p型半導(dǎo)體結(jié)合在一起,就可做成太陽(yáng)能電池,將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔。在開(kāi)發(fā)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(jié),制成金屬陶瓷復(fù)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(yōu)點(diǎn),又彌補(bǔ)了兩者的先天缺陷?蓱(yīng)用于軍事武器的制造第一架航天飛機(jī)“哥倫比亞號(hào)”能抵擋住高速穿行稠密大氣時(shí)磨擦產(chǎn)生的高溫,全靠它那三萬(wàn)一千塊硅瓦拼砌成的外殼。
③光導(dǎo)纖維通信,最新的現(xiàn)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(wú)數(shù)次的全反射向前傳輸,代替了笨重的電纜。光纖通信容量高,一根頭發(fā)絲那么細(xì)的玻璃纖維,可以同時(shí)傳輸256路電話,它還不受電、磁干擾,不怕竊聽(tīng),具有高度的保密性。光纖通信將會(huì)使 21世紀(jì)人類的生活發(fā)生革命性巨變。
④性能優(yōu)異的硅有機(jī)化合物。例如有機(jī)硅塑料是極好的防水涂布材料。在地下鐵道四壁噴涂有機(jī)硅,可以一勞永逸地解決滲水問(wèn)題。在古文物、雕塑的外表,涂一層薄薄的有機(jī)硅塑料,可以防止青苔滋生,抵擋風(fēng)吹雨淋和風(fēng)化。天安門廣場(chǎng)上的人民英雄紀(jì)念碑,便是經(jīng)過(guò)有機(jī)硅塑料處理表面的,因此永遠(yuǎn)潔白、清新。
此外,在煉鋼工業(yè)中,利用硅鐵粉在高溫下烯燒能放出大量熱這一特點(diǎn),常作為鋼錠帽發(fā)熱劑使用以提高鋼錠的質(zhì)量和回收率。
(2)在鑄鐵工業(yè)中用作孕育劑和球化劑。鑄鐵是現(xiàn)代工業(yè)中一種重要的金屬材料,它比鋼便宜,容易熔化冶煉,具有優(yōu)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(jī)械性能達(dá)到或接近鋼的機(jī)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(jìn)石墨的析出和球化,因而在球墨鑄鐵生產(chǎn)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(chǎn)中用作還原劑。不僅硅與氧之間化學(xué)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(zhì)合金)是鐵合金工業(yè)中生產(chǎn)低碳鐵合金時(shí)比較常用的一種還原劑。
(4)75#硅鐵在皮江法煉鎂中常用于金屬鎂的高溫冶煉過(guò)程中,將CaO.MgO中的鎂置換出來(lái),每生產(chǎn)一噸金屬鎂就要消耗1.2噸左右的硅鐵,對(duì)金屬鎂生產(chǎn)起著很大的作用。
(5)在其他方面的用途。磨細(xì)或霧化處理過(guò)的硅鐵粉,在選礦工業(yè)中可作為懸浮相。在焊條制造業(yè)中可作為焊條的涂料。高硅硅鐵在化學(xué)工業(yè)中可用于制造硅酮等產(chǎn)品。
在這些用途中,煉鋼工業(yè)、鑄造工業(yè)和鐵合金工業(yè)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(hào)的硅鐵中,目前應(yīng)用最廣的是75%硅鐵。在煉鋼工業(yè)中,每生產(chǎn)1t鋼大約消耗3-5kg75%硅鐵。
硅鐵是煉鋼工業(yè)中必不可少的脫氧劑。炬鋼中,硅鐵用于沉淀脫氧和擴(kuò)散脫氧。磚坯鐵還作為合金劑用于煉鋼中。鋼中添加一定數(shù)量的硅,能顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和彈性,提高鋼的磁導(dǎo)率,降低變壓器鋼的磁滯損耗。一般鋼中含硅0.15%-0.35%,結(jié)構(gòu)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(zhì)合金在鐵合金工業(yè)中用作生產(chǎn)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(jìn)石墨的析出和球化,改善鑄鐵性能。
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