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作脫氧劑,同時由于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,廣泛應用于低合金結構鋼、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(臺灣、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。屬于元素周期表上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℃,晶體硅屬于原子晶體,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體材料,用于制造大功率晶體管、整流器、太陽能電池等。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,制成金屬陶瓷復合材料,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制造第一架航天飛機“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,一根頭發絲那么細的玻璃纖維,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涂布材料。在地下鐵道四壁噴涂有機硅,可以一勞永逸地解決滲水問題。在古文物、雕塑的外表,涂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。
此外,在煉鋼工業中,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,容易熔化冶煉,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于金屬鎂的高溫冶煉過程中,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。在焊條制造業中可作為焊條的涂料。高硅硅鐵在化學工業中可用于制造硅酮等產品。
在這些用途中,煉鋼工業、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。在煉鋼工業中,每生產1t鋼大約消耗3-5kg75%硅鐵。
硅鐵是煉鋼工業中必不可少的脫氧劑。炬鋼中,硅鐵用于沉淀脫氧和擴散脫氧。磚坯鐵還作為合金劑用于煉鋼中。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。
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