1.Аналитическая часть.

1.1 Характеристика сплава и область применения ферросилиция.

Ферросплавы - это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом и другими элементами, применяемые в производстве стали для улучшения ее свойств и легирования. Вводить в сталь нужный элемент не в виде чистого металла, а в виде его сплава с железом удобнее вследствие более низкой температуры его плавления и выгоднее, так как стоимость ведущего элемента в сплаве с железом ниже по сравнению со стоимостью технически чистого металла.

Исходным сырьем для получения ферросплавов служат руды или концентраты. Для производства основных сплавов - ферросилиция, ферромарганца; силикомарганца и феррохрома - пользуются рудами, так как в них высоко содержание окислов элемента, подлежащего восстановлению. При производстве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферро-титана и других сплавов руду вследствие малой концентрации в ней полезного элемента обогащают, получая концентрат с достаточно высоким содержанием окислов основного элемента.

Ферросплавы получают восстановлением окислов соответствующих металлов. Для получения любого сплава необходимо выбрать подходящий восстановитель и создать условия, обеспечивающие высокое извлечение ценного (ведущего) элемента из перерабатываемого сырья.

Восстановителем может служить элемент, обладающий более высоким химическим сродством к кислороду, чем элемент, который необходимо восстановить из оксида. Иначе говоря, восстановителем может быть элемент, образующий более химически прочный оксид, чем восстанавливаемый элемент. Восстановительные процессы облегчаются, если они проходят в присутствии железа или его оксидов. Растворяя восстановленный элемент или образуя с ним химическое соединение, железо уменьшает его активность, выводит его из зоны реакции, препятствует обратной реакции - окислению.

Исходя из этого состав ферросилиция следующий:

• низкокремнистый ферросилиций Фс 20 и Фс 25 представляет собой смесь моносилицида железа и чистое железо;

• остальной ферросилиций, Фс 45  Фс 90 представляет собой смесь моносилицида железа и чистого кремния.

Удельный вес ферросилиция зависит от содержания в нем кремния. Этой особенностью пользуются для определения содержания кремния в сплаве объемным методом. Удельный вес ферросилиция по маркам сплава:

% Sі 45 65 75 90

удельный вес, г/см^з 5.15 3,76 3,27 2,55

Основные области применения ферросилиция.

Для раскисления стали.

В настоящее время расход ферросилиция составляет около 7 кг Фс 45 на каждую тонну выплавляемой стали.

Физико-химические основы процесса раскисления.

Выплавляемых в доменных печах чугун имеет высокое содержание углерода, (3% и более) вследствие чего он хрупкий и растрескивается при ударах.

Для превращение чугуна в сталь необходимо удалить из него излишний углерод. Для этой цели в сталеплавильной печи после расплавления загруженной шихты проводят, так называемый «КИП», т.е. выжиг углерода за счет продувки ванны кислородом или за счет загрузки железной руды.

При этом происходят следующие реакции:

FeO + C = Fe + CO

2 C + O₂ = 2 CO

2 Fe + O₂ = 2 FeO

То есть наряду с окислением углерода происходит окисление железа. Окисел железа растворяется в жидкой стали и резко снижает ее прочность.

Для удаления кислорода из ванны стали осуществляют ее раскисление, т.е. загружают в жидкую сталь ферросилиций. Кремний ферросилиция вступает в реакцию с кислородом: Sі + 2 FeO = 2 Fe + SіО₂.

Восстановленное железо остается в ванне стали, а окисленный кремний всплывает в шлак, тем самым очищая сталь от кислорода.

Для легирования стали.

В обычной конструкционной стали содержится 0,30,5% кремния. Добавка в сталь 1,32% кремния повышает предел текучести и упругости стали и обеспечивает высокое ударное сопротивление. Такие стали используются для изготовления рессор и пружин.

Стали с содержанием 2,54,2% кремния обладают небольшим остаточным магнетизмом, имеют низкие потери при перемагничивании. Из таких сталей изготавливают сердечники трансформаторов и роторы динамомашин и электродвигателей.

Значительное количество высококремнистого ферросилиция используют для получения водорода по реакции: Sі + 2 NaOH + H₂O = Na₂ SіО₃ + Н₂ 

Технически чистый кремний используют для получения оплуминов и кремнистых бронз, т.е. литейных сплавов.

Ферросилиций марки Фс 90 используют в химической промышленности для получения четыреххлористого кремния, который является наполнителем при производстве пластмасс.

Значительное количество ферросилиция марок Фс 65 и Фс 75 используют для выплавки лигатур и модификаторов, т.е. сплавов железа и кремния с магнием, титаном, медью, барием, кальцием, алюминием, ванадием и др.

Лигатуры и модификаторы используют при выплавке высококачественных сталей и модифицированного (ковкого) чугуна, который в ряде случаев заменяет сталь, являясь намного дешевле.