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金屬硅的性質(zhì)與鍺、鉛、錫相近,所以叫做金屬硅。
硅元素硅,原子序數(shù)14,原子量28.0855, 硅有晶態(tài)和無定形兩種形式。晶態(tài)硅具有金剛石晶格,硬而脆,熔點1410°C,沸點2355°C,密度2.32~2.34克/厘米3,硬度為7。無定形硅是一種灰黑色粉末,實際是微晶體。由于錳的硅化物生成自由能的負(fù)值,故遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于錳的碳化物生產(chǎn)自由能的負(fù)值,在硅錳合金中含硅量愈高,則含碳量愈低。晶態(tài)硅的電導(dǎo)率不及金屬,且隨溫度升高而增加,具有明顯的半導(dǎo)體性質(zhì)。
硅在常溫下不活潑,與空氣、水和酸等沒有明顯作用;在加熱下,能與鹵素反應(yīng)生成四鹵化硅;650°C,時硅開始與氧完全反應(yīng);硅單質(zhì)在高溫下還能與碳、氮、硫等非金屬單質(zhì)反應(yīng);晶形硅比較不活潑,即使在高溫下也不與氧氣化合,它也不溶于任何一種無機酸和有機酸。硅可間接生成一系列硅的氫化物;硅還能與鈣、鎂、鐵等化合,生成金屬硅化物。
超純的單晶硅可作半導(dǎo)體材料。粗的單晶硅及其金屬互化物組成的合金,常被用來增強鋁、鎂、銅等金屬的強度。
錳硅合金生產(chǎn)設(shè)備一般采用礦熱爐,其冶煉過程實際上是各種氧化物的還原過程(在礦熱爐內(nèi)將電能轉(zhuǎn)變成熱能),用硅作還原劑,同時還原錳礦石和硅石中的錳、硅和鐵的氧化物,使之結(jié)合成穩(wěn)定的MnSi,終生產(chǎn)出合格的錳硅合金。
錳硅合金所用原料主要有錳礦石、硅石、焦炭,此外還可使用白云石、螢石等輔料作為調(diào)整爐渣之用。
錳硅合金有著什么樣的用途呢,它是在煉鋼過程中添加的,作用是脫氧劑,也可以做為一種還原劑。
合金元素硅在普通低合金鋼中可提高強度,改善局部腐蝕抗力,在調(diào)質(zhì)鋼中可提高淬透性和耐回火性,是多元合金結(jié)構(gòu)中的主要合金組元之一。
硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%-2.8%的SiMn或 SiMnB鋼廣泛用于高載荷彈簧材料,同時加入鎢、釩、鉬、鈮、鉻等強碳化物形成元素。
硅鋼片是硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%-4.5%的低碳鋼和超低碳鋼,用于電機和變壓器。在不銹鋼和耐蝕鋼中,與鉬、鎢、鉻、鋁、鈦、氮等配合,提高耐蝕性和抗高溫氧化性能。用不銹鋼和耐蝕鋼制作的雕像經(jīng)久如新。硅含量較高的石墨鋼用于冷模具材料。
化學(xué)用硅生產(chǎn)原料在化學(xué)用硅生產(chǎn)上,原料是實現(xiàn)良好作業(yè)的先決條件。用石英的巖石作生產(chǎn)化學(xué)金屬硅的原料,低灰分的含碳材料作還原劑。電爐法生產(chǎn)化學(xué)用硅的原料主要有硅石和碳素原料。硅錳合金主要是作為鋼鐵生產(chǎn)的脫氧劑和合金劑的中間料,同時也是中、低碳錳鐵生產(chǎn)的主要原料。碳素原料又以石油焦為主,有無煙煤或木炭,也可以摻用一部分,以增加爐料比電阻。
對原料要求具有必要的純度,有良好的反應(yīng)能力,以便達到產(chǎn)品的規(guī)格;還原劑具有不同的反應(yīng)能力,以便能與石英石發(fā)生充分反應(yīng);爐料具有不同的成分,并且既有不同的粒度,以便通過適當(dāng)?shù)呐浜希範(fàn)t料電爐發(fā)生良好的影響。