فهرست مطالب

فصل اول: ویژگیهای عمومی ۵

۱-۱- مقدمه ۵

۲-۱- خواص فیزیکی و شیمیایی سیلیسیم ۵

۳-۱- سیلیسیم و صنعت ۸

۱-۳-۱- صنایع متالورژی ۸

۲-۳-۱- صنایع الکترونیکی ۱۶

۳-۳-۱- سایر صنایع ۱۶

فصل دوم: مواد اولیه ۱۷

۲-۲- مواد حاصل سیلیسیم ۱۹

۳-۲- کوارتز ، کوارتزیت و به میزان کمی کالسه دوان (‌Chalcedony) ۲۱

۴-۲- کوارتزیت ۲۳

۵-۲- کالسه دوان (‌Chalcedony) 25

6-2- مواد حامل کربن ۲۵

۷-۲- کک نفتی و کک قیری ۳۰

۸-۲- کک متالورژی ۳۰

۹-۲- زغال چوب ۳۲

۱۰-۲- زغال سنگ ۳۳

۱۱-۲- تراشه چوب ۳۷

۱۲-۲- مواد حامل آهن ۴۰

۱۵-۲- عملیات بر روی مواد اولیه بار آرایی ۴۳

دانه بندی مواد اولیه ۴۶

خشک کردن و کاهش میزان رطوبت مواد اولیه ۴۹

۱۶-۲- میزان مصرف مواد اولیه و محاسبه شارژ ۵۱

مقدار کوارتز مصرفی ۵۲

مقدار گندله سنگ آهن مصرفی ۵۳

مقدار مواد احیاء کننده مصرفی ۵۴

فصل سوم: کوره های تولید فروسیلیسم ۵۷

۲-۳- انواع کوره های قوس الکتریکی تولید فرو آلیاژها ۵۸

۳-۳- سیستم الکتریکی ۵۸

نوع الکترود ۵۹

استقرار الکترودها ۵۹

۴-۳- وضعیت بوته ۶۰

وضعیت سقف کوره ۶۱

۵-۳- نحوه تولید حرارت ۶۳

فصل چهارم: ترمودینامیک و شیمی فیزیک تولید فرو سیلیسیم ۶۵

۲-۴- مشخصات فیزیکی ، ‌شیمیائی و ترمودینامیکی فرو سیلیسیم ۶۸

۱-۲-۴- سیستم های دوتایی سیلیسیم ۶۹

۳-۴- ترمودینامیک واکنش ها ۷۸

۴-۴- عملیات تصفیه و حذف ناخالصی ها ۸۹

۱-۴-۴- تصفیه اکسایشی ۹۲

۲-۴-۴- تصفیه کلرایشی ۹۴

فصل پنجم: مهندسی تولید ۹۸

۲-۵- تکنیک های علمی در پیشرفت فرآیند ۱۰۱

۳-۵- ترکیب صحیح مواد خام ۱۰۲

۴-۵- موقعیت الکترود ۱۰۵

جلوگیری از تنوره ۱۰۶

بارگیری ۱۰۸

توقف کوره ۱۱۰

توقف های پیش بینی شده ۱۱۰

توقف های غیر منتظره ۱۱۲

راه اندازی مجدد بعد از توقف کوره ۱۱۲

۵-۵- تغییر رژیم کوره ۱۱۶

فصل ششم: الکترود ۱۱۸

۲-۶- الکترودهای زودر برگ ۱۲۰

۳-۶- خواص خمیر الکترود ۱۲۶

۴-۶- اصول کار الکترودهای زودر برگ ۱۲۷

 

 

فصل اول: ويژگيهاي عمومي

1-1- مقدمه 

فروسيليسيم در صنايع متالورژي به عنوان عنصر آلياژي ، جوانه زا و اكسيژن زدا و سيليسيم تقريباً خالص در صنايع الكترونيكي به عنوان نيمه هادي و يكسو كننده به كار مي رود . علاوه بر آن مشتقات تركيبي آن رد ساخت رزين هاي سيليسيمي ، لعاب ها ، لاستيك و.. مصرف مي شود .

دستيابي به تكنولوژي توليد فروسيليسيم بدون شناسائي خواص هريك از عناصر آهن و يا سيليسيم و يا محصول تركيبي آن ها ميسر نخواهد بود و از اين نظر در اين فصل مسائل عمده كاربر فروسيليسيم با توجه به خواص وويژگي هاي آن مورد بحث قرار مي گيرد .

2-1- خواص فيزيكي و شيميايي سيليسيم :

سيليسيم عنصري است در تناوب چهارم جدول عناصر شيميايي كه در مدار آخر خود 4 الكترون دارد و به همين دليل و بر خلاف كربن در تمام تركيبات شيميايي با ظرفيت 4 ظاهر مي شود مانند :  ، حضور سيليسيم در تركيبات با ظرفيت 2 نيز ثابت شده است ، ولي اين تركيبات ناپايدار بوده و به سرعت به تركيبات با ظرفيت 4 تبديل مي شوند  و فقط بر حسب شرايط تركيبي نقش واسطه را دارند.

گرماي تشكيل يك مول سيليس «Sio2» بر حسب شرايط تشكيل كوارتز   يا كربوسيتوباليت ( ) متفاوت و به صورت زير است :

 

در حالي كه گرماي تشكيل منواكسيد سيليسيم وسيليس به صورت زير گزارش شده است :

 

گاز Sio در كمتر از C º1500 تجزيه شده و به سيليسيم و سيليس تبديل مي شود .

 

نقطه ذوب سيليسيم   درجه سانتيگراد است كه با توجه به ميل تركيبي شديد آن با اكسيژن و ساير مواد اكسيد كننده ، در طبيعت به صورت آزاد يافت نمي شود . تركيب عمده آن ، شكل هاي مختلف سيليس است كه به صورت تقريباً‌خالص وبا درجه خلوط بيش از 98 درصد و همچنين به صورت اسپينل ( اكسيد مضاعف با آلومينيوم ) يا سيليكات ها به نسبت هاي مختلف در طبيعيت وجود دارد سيليسيم بعد از اكسيژن مهمترين ماده تشكيل دهنده پوسته زمين بوده و مقدار آن 28 درصد برآورد شده است ، درحالي كه مقدار اكسيژن در پوسته زمين برابر 49 درصد ، آلومينيوم 2/7 درصد و آهن 6/5 درصد تخمين زده شده است .

سيليسيم در سه شكل( پلي مرفي ) وجود دارد كه عبارتند از :

 الف – سيليسيم بي شكل ، به صورت گرد قهوه اي رنگ با چگالي   است اين ماده به سرعت اكسيد شده ودر مجاورت هوا به سيليس تبديل مي شود احياء پودر سيليس توسط پودر منيزيم در دماي حدود Cº 100 تا 1200 عموماً منجر به تشكيل سيليسيم بي شكل يا سيليسيم قهوه اي مي گردد .

ب- سيليسيم گرافيتي (‌متورق )‌، سيليسيمي است كه از احياء سيليس توسط كربن در دماي بالاتر از 1400 درجه سانتيگراد تشكيل مي شود علاوه بر آن از حرارت دادن سيليسيم قهوه اي در محيط بسته عاري از اكسيژن ) نيز اين ماده توليد مي شود عموماً به صورت لايه اي و پولك سياه و براق است و مقاومت بيشتري در مقابل هوا و محلول هاي اسيدي نشان مي دهد چگالي آن حدود  است و در اكثر مواردي كه اضافه كردن سيليسيم خالص به مذاب ضرورت مي يابد از اين نوع سيليسيم استفاده نمي شود .

پ- سيليسيم «‌متبلور » يا سيليسيم تكه اي ، كه عنوان سيليسيم فلزي نيز شناخته شده است ، عموماً از افزايش دما در كوره احياء سيليس و يا حرارت دادن سيليسيم گرافيتي در محيط بسته ، توليد مي شود در اكثر موارد و در كاربردهاي سيليسيم خالص در صنايع الكترونيكي ، اين نوع سيليسيم مورد استفادهق رار مي گيرد و چگالي آ»   گزارش شده است .

سيليسيم تكه اي و سيليسيم گرافيتي به دلايل تشابه در چگونگي توليد در اغلب موارددر كنار هم وجود دارند كه نوع گرافيتي آن به دليل قابليت انحلال بهتر در مواد مذاب ، در صنايع متالورژيكي كاربرد بيشتري دارد ، ولي از نوع سيليسيم تكه اي نيز مي توان در مقاصد متالورژيكي استفاده نمود و اختلاف عمده ، كندتر بودن سرعت واكنش آن ، نسبت به نوع قبلي است 

 سيليسم متبلور در ساختار مكعبي الماس و با ثابت شبكه   گزارش شده است .

3-1- سيليسيم  و صنعت

 سيليسيم به طور خالص و يا به صورت تركيبي در صنعت كاربردهاي مختلفي يافته است  كه اهم آ» به شرح زير طبقه بندي يم شود :

1-3-1- صنايع متالورژي 

الف – اكسيژن زدا :سيليسيم نسبت به بسياري از فلزات اصلي در صنايع ، متالورژي (آهن ،‌مس ، نيكل ، كرم و ...) قابليت اكسايش بيشتري دارد (شكل 1-1- جدول ريچاردسون ) و از اين رو براي بسياري از آلياژهاي صنعتي به عنوان اكسيژن زدا به كار مي رود كه از آن جمله مي توان به كاربر اين عنصر در صنايع فولاد سازي و ريخته گري فولاد اشاره نمود .

 

سيليسيم به عنوان اكسيژن زدا ، در فولادها ، عموماً به صورت خالص به كار نمي رود و اغلب تركيبات آميژاني ف روسيليسيم ، فروسيليكو منگنز ، فروسيليكو آلومينيوم و يا سيليكو كلسيم مورد استفاده قرار مي گيرد .

مهمترين عامل در انتخاب سيليسيم (‌همراه و يا بدون آلومينيوم ) به عنوان اكسيژن زدا در فولادها آن است كه :

1- چگالي سيليس ، حدود 2 تا 4/2 بوده و از اين رو با توجه به رابطه استوك

 

به سرعت در سطح مذاب جمع مي شود كه در آن :

V: سرعت شناوري 

:r اندازة  ذره يا سيليس تشكيل شده 

 : چگالي مذاب 

 : چگالي سيليس 

 : ويسكوزيته مذاب 

است .

2- پسماند سيليسيم در مقادير كمتر از 1/0 درصد در فولاد و چدن اثرات مضر بحراني ندارد ، در حالي كه مقدار آلومينيوم در فولادها بايد در حدود 01/0 درصد كنترل شود 

3- سيليسيم حاصل در دماي ذوب فولاد ، مي تواند با جذب اكسيدهاي ديگر نظير آهن ، كلسيم و... تركيبات سيليكاته تشكيل داده و حالت شلاكه اي آن ، باعث حذف بهرت آن اكسيدها شود .

 

شكل1-1 دياگرام ريچارد سيون

در مورد تأثير اكسيژن زدايي سيليسيم در فولاد و مقايسه آن با ساير مواد اكسيژن زدا مي توان نكات زير را مورد توجه قرار داد .

حد اكسيژن زدايي سيليسيم بسيار كمتر از آلومينيوم و چندين برابر منگنز است ، در اين مورد ازمايش Brinel براي تعيين درجه اكسيژن زدايي بر اساس پسماند عناصر به كار مي رود .

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.