硅铁
中文名称 | 硅铁 |
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中文同义词 | 硅铁;硅铁[30%≤含硅<90%];硅铁合金;矽铁;铁矽75;FeSi72块;硅铁合金粉末;硅铁成分分析标准物质 |
英文名称 | Ferric silicon |
英文同义词 | IRON SILICIDE;ferric silicon;Ferrosilicon,with not less than 30% but less than 90% silicon;FERROSILICON;Ferrosilicon 75;FERRO SILICA;NLT72%Si;Alcoa Ferrosilicon |
CAS号 | 8049-17-0 |
分子式 | FeSi2 |
分子量 | 112.02 |
EINECS号 | 227-712-6 |
相关类别 | 硅烷试剂 |
Mol文件 | 8049-17-0.mol |
结构式 | ![]() |
硅铁 性质
熔点 | 1,36°C |
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密度 | 4,75 g/cm3 |
RTECS号 | LK1400000 |
形态 | 颗粒状物质 |
颜色 | 灰色 |
比重 | 4.75 |
水溶解性 | Insoluble in water. |
水解敏感性 | 2: reacts with aqueous acid |
介电常数 | 10.0(Ambient) |
稳定性 | 稳定 |
CAS 数据库 | 8049-17-0 |
EPA化学物质信息 | Ferrosilicon (8049-17-0) |
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℃。
![硅和铁的二元相图](/NewsImg/2014-11-18/201411181182945277.jpg)
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。
![凝固后硅铁中的氢、氧含量与硅含量的关系图](/NewsImg/2014-11-18/201411181194037474.jpg)
以上信息由Chemicalbook的luyue编辑整理。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](/NewsImg/2014-11-18/2014111811272711944.jpg)
硅铁图片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。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](/NewsImg/2014-11-18/2014111811163320748.jpg)
硅铁的生产工艺流程图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。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。
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℃。
![硅和铁的二元相图](/NewsImg/2014-11-18/201411181182945277.jpg)
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。
![凝固后硅铁中的氢、氧含量与硅含量的关系图](/NewsImg/2014-11-18/201411181194037474.jpg)
以上信息由Chemicalbook的luyue编辑整理。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](/NewsImg/2014-11-18/2014111811272711944.jpg)
硅铁图片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。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](/NewsImg/2014-11-18/2014111811163320748.jpg)
硅铁的生产工艺流程图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。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、干砂安全信息
危险品运输编号 | 1408 |
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TSCA | Yes |
危险等级 | 4.3 |
包装类别 | III |
提供商 | 语言 |
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