硅铁

铁合金硅化物简史硅铁用途生产工艺原材料冶炼反应炉外精炼硅铁试剂级价格

硅铁

CAS号:8049-17-0
英文名:Ferric silicon
中文名:硅铁
CBNumber:CB0177706
分子式:FeSi2
分子量:112.02
MOL File:8049-17-0.mol

硅铁化学性质

熔点 :1,36°C
密度 :4,75 g/cm³
RTECS号 :LK1400000
形态 :Granules
颜色 :Gray
比重 :4.75
水溶解性 :Insoluble in water.
水解敏感性 :2: reacts with aqueous acid
Dielectric constant :10.0（Ambient）
稳定性 :Stability
CAS 数据库 :8049-17-0
EPA化学物质信息 :Ferrosilicon (8049-17-0)

安全信息

危险品运输编号 :1408
TSCA :Yes
危险等级 :4.3
包装类别 :III

硅铁 MSDS

Ferric silicon

硅铁性质、用途与生产工艺

铁合金硅化物硅铁(Ferrosilicon)，属于铁合金，硅化物，硅占15-90%含量。外观为灰白色带有气泡孔洞细粒状固体颗粒，品种众多，按照含硅量划分，如FeSi90(含87%～95%Si)，FeSi 75(含72%～80%Si)，FeSi65(含63%～68%)，FeSi45(含40%～47%Si)，FeSi15(含14%～20%Si)等。根据不同用途对杂质Al、Ca、S、P、C、Mn、Cr等另有规定。
硅和铁的二元相图见下图1。硅和铁组成Fe3Si、Fe5Si3、FeSi、FeSi2等化合物。75硅铁(FeSi 75)熔化温度范围为1300～1330℃，45硅铁(FeSi 45)熔化温度范围为1250～1360℃。

硅铁密度随硅含量增加而减小。利用次特性可以快速测定硅铁的含硅量。
凝固后硅铁中的氢、氧含量与硅含量的关系见下图2。

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简史 1858年谢泼德(Shepard)在陨石中发现成分为87.28%Fe，11.01% Si的金属，并建议起名硅铁。1810年瑞典人贝采利乌斯(J.J.Brezelius)在锻工炉内用铁屑、石英石和松木炭冶炼出含2.2%～9.3%Si的5种硅铁。根据戴维斯(E.J.Davis)和盖特(A. D.Gate)的报导，美国于1872年在格洛比(Globe)钢铁公司的高炉生产6%～16% Si的硅铁。1875年普尔塞尔(A.Pourcel)在泰尔努瓦的高炉内，炼得含10%～18%Si的硅铁。1899年迪夏尔莫(Du Cholmol)在美国威尔逊铝公司的霍尔库姆罗克厂的电炉冶炼出25%～50% Si的硅铁，并获得美国专利。以后由电弧炉取代高炉生产硅铁，并以生产75% Si与50% Si两种硅铁为主。20世纪50年代以前，中国重庆用电炉试生产硅铁，鞍山在400～1200kVA电炉中生产硅铁。1952年抚顺铝厂开始用6000kVA电炉生产75% Si的硅铁。1956年吉林铁合金厂开始用12500kVA电炉生产45% Si的硅铁，以后又生产FeSi 75。

硅铁图片
硅铁用途 1，含硅量在8.0%至95.0%范围中的硅与铁组成的铁合金，含硅50%左右的硅铁，主要用于冲天炉熔铁时增硅;含硅75%左右的硅铁常用作铸铁的孕育剂和墨化剂、炼钢的脱氧剂和增硅材料;硅和氧之间的化学亲和力很大，很容易化合成二氧化硅，所以硅铁常用于炼钢时作脱氧剂(沉淀脱氧和扩散脱氧)。同时，硅铁还可作为合金元素加入剂，广泛应用于低合金结构钢、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。 2，除沸腾钢和半镇静钢外，钢中硅的含量应不小于0.10%。硅在钢中不形成碳化物，而是呈固溶体存在于铁素体和奥氏体中。硅提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用极强，但降低钢的韧性和塑性;对钢淬透性的影响中等，但可提高钢的回火稳定性和抗氧化性，故硅铁在炼钢工业中用作合金剂。
3，含硅90%左右的硅铁主要用于生产低铁合金，还用来生产硅酮和高活性矿物硅酸活化剂;结晶硅用于非铁基合金和高纯合金的生产，也是电子工业的重要原材料。硅还具有比电阻较大、导热性较差和导磁性较强等特性。钢中含有一定量的硅，能提高钢的导磁率，降低磁滞损耗，减少涡流损失。电工用钢含2%～3%Si，但要求钛、硼含量低。铸铁中添加硅可阻止碳化物的形成，促进石墨的析出和球化，硅镁铁是普遍使用的球化剂。含钡、锆、锶、铋、锰、稀土等的硅铁，在铸铁生产中用作孕育剂。
4，高硅硅铁是铁合金工业中生产低碳铁合金的还原剂。含硅约15%的硅铁粉(粒度<0.2mm)，在重介质选矿中用作增重剂。
生产工艺硅铁的生产设备是埋弧还原电炉。硅铁的含硅量通过铁原料的配加量来控制。生产高纯硅铁除选用纯净的硅石和还原剂外，还要进行炉外精炼以降低合金中的铝、钙、碳等杂质。硅铁生产工艺流程见下图。硅铁含Si≤65%可以用封闭电炉冶炼。Si≥70%的硅铁用敞口电炉或半封闭电炉冶炼。

硅铁的生产工艺流程图
原材料冶炼硅铁的原料有硅石、碳质还原剂和铁原料。
1.硅石要求SiO2>97%，Al2O3<1.0%，CaO<0.5%，P2O5<0.03%。硅石在加热过程中不爆裂，软化温度高。冶炼入炉前要经过水洗去除附着的泥土与杂物。
2.碳质还原剂要求碳质还原剂固定碳高，灰分和挥发物低，比电阻高，孔隙度大，化学反应活性好，高温热稳定性好，有一定的机械强度。常用的碳质还原剂有冶金焦、气煤焦、石油焦、烟煤、干馏煤等。用烟煤作部分还原剂，可改善冶炼操作和减少炉况波动。通过多种还原剂的综合搭配，可以提高炉子操作电阻、输入电功率和电效率。(见电碳热法)
3.常用铁原料有两种：(1)钢屑。为普通碳素钢屑，曲卷长度不超过100mm，含铁量应>95%，不能混有合金钢屑、有色金属屑和生铁屑。(2)铁矿石。冶炼75%Si硅铁用铁矿石含Fe≥60%、CaO≤1.0%、SiO2≤10%、P≤0.1%、S≤0.01%，最好用铁精矿球团矿，也可用轧钢氧化铁皮;冶炼Si≤50%的硅铁也可以用硅酸铁矿。
冶炼反应冶炼硅铁时，二氧化硅被碳还原首先生成中间产物一氧化硅和碳化硅：
SiO2+C=SiO+CO↑ SiO2+3C=SiC+2CO↑
一氧化硅在高温下呈气体状态。在料层中慢慢上升，与炉料中的碳相互作用生成硅或碳化硅：
SiO+C=Si+CO↑ SiO+2C=SiC+CO↑
一氧化硅也会发生歧化反应，生成硅和二氧化硅：
2SiO=Si+SiO2
在高温下，碳化硅与二氧化硅或一氧化硅反应生成硅：
2SiC+SiO2＝3Si+2CO↑或SiC+SiO=2Si+CO↑
生成的碳化硅，在有铁存在时，可以在较低温度下与铁反应生成硅化铁：
SiC+Fe=FeSi+C
反应产生的硅也溶解于铁中。
炉外精炼电工用钢要求纯度较高的硅铁，其中有些元素如Ti、Mn等需要选用纯净的原料，使产品达到要求。而产品中的Al、Ca、C等则靠炉外精炼来解决。硅铁炉外精炼方法有熔渣精炼法、氧气精炼法和氯气挥发法3类。
1.熔渣精炼法：在电炉内熔化石英石、石灰石和白云石得到合成渣。将出炉的硅铁和熔渣在钢包中混合，经炉-包反复倾倒数次后，即可得到含Al<0.01%的硅铁。精炼1t硅铁消耗电能2000～2500kWh。使用含45%～55%SiO2、25%～30%CaO、10%～13%CaF2、8%～10%FeO的合成渣，用量为硅铁重的13%～17%。
2.氧气精炼法：氧气从钢包底部的多孔塞柱吹入熔态硅铁，并在硅铁表面加渣料。
3. 氯气挥发法：往硅铁熔体中吹入氯气使Al、Ca生成氯化物挥发。此法因污染环境严重已不采用。
用途用于炼钢、铸造等
类别遇水易燃物品
毒性分级低毒
急性毒性皮肤-兔 LD50: > 20000 毫克/公斤
爆炸物危险特性遇水、酸、碱放出氢气易爆
可燃性危险特性遇水产生可燃氢气
储运特性库房通风低温干燥; 与含水物品、酸、碱分开存放
灭火剂干粉、干砂