Кремний, как марганец, другие вещества, играет в металлургии очень важную роль. К примеру, он применяется в изготовлении стали. Здесь его используют как раскислитель. Также Si рассматривается и как легирующий компонент. Металл, в который добавлен кремний, наделяется высокими показателями:
- текучести;
- упругости;
- жароупорности;
- прокаливаемости.
Кремний при плавлении металла окисляется и зачастую в полном объеме исчезает. Но при этом он благоприятно влияет на плавку. Улучшается тепловой баланс, ускоряется образование шлака – этому способствует кремнезем. Последний получается при окислении кремния. Но важно понимать, что если содержание Si в металле превышает допустимые нормы, элемент будет негативно влиять на его плавку. Поэтому и установлены конкретные ограничения. Параметры нужно проверять и соблюдать, чтобы вещества не оказалось много.
Также стоит отметить, что кремний содержится в чугуне. Массовая доля элемента в шихте достаточно высокая, составляет 0,5-1%.
Окисление кремния
Кремний, который есть в металле, способен проходить окисление. И зачастую оно происходит с участием кислорода. Если говорить про окисление кислородом в виде газа, то для такого процесса можно представить следующую формулу: [Si] + О2 газ = (SiO2). Также окисление может происходить кислородом, который содержится в окислах железа. Для такой ситуации можно представить другую формулу: [Si] + 2 (FeO) = (SiO2) + 2Fe. И третий вариант – соединение с О, растворившимся в сплаве. Формула для такого процесса следующая: [Si] + 2 [О] = SiO2.
Перечисленные реакции характеризуются интенсивным высвобождением тепла. И следует знать, что при сильном возрастании температурных показателей часто создается подходящая среда, способствующая восстановлению Si.
В целом, полноценность окисления кремния напрямую определяется характеристиками используемого шлака, под которым проводят плавку.
В основных процессах кремнезем способен образовывать прочные соединения. Отдельный пример — силикаты железа. В ходе реакций, способствующих образованию данных веществ, SiO2 в шлаке становится менее активным. Кремний окисляется почти весь, даже если его изначальное содержание было высоким.
В кислых процессах активность SiO2 изначально высокая. Поэтому при увеличении температурных показателей в ванне к завершению плавки отмечается полное восстановление Si.
Процесс термического оксидирования
Термическое оксидирование – еще один процесс, происходящий, когда Si вступает в реакцию с кислородом. В результате на поверхности материала образуется оксидная пленка. Получить ее удается при высоких температурах – 800-1200, с применением паров воды. Она защищает поверхность от различных реакций, является хорошим изолятором.
Если будет отмечаться избыток кислорода в кремнии, реакция пройдет несколько иначе. Поэтому процесс оксидирования должен находиться под тщательным контролем специалистов.
