Krzem metaliczny w stopach aluminium i odlewach

Jeden z najbardziej ugruntowanychzastosowań krzemometalujest produkcja stopów aluminium. Krzem dodaje się do aluminium, ponieważ zmienia on zachowanie stopu podczas krzepnięcia, poprawia płynność odlewania i może przyczynić się do uzyskania pożądanych właściwości mechanicznych i właściwości użytkowych, jeśli cały skład stopu i obróbka cieplna są odpowiednio kontrolowane.

W stopach odlewniczych aluminium-krzem krzem zmienia mikrostrukturę, tworząc fazy zawierające krzem-w osnowie aluminiowej. Dokładna morfologia zależy od stężenia krzemu, szybkości chłodzenia, składników stopowych i późniejszej modyfikacji lub obróbki cieplnej. Drobna i dobrze-kontrolowana mikrostruktura może zapewnić inną równowagę płynności, wytrzymałości, plastyczności i odporności na zużycie niż gruba struktura krzemowa.

Te zakresy są raczej praktycznymi zakresami inżynieryjnymi niż specyfikacjami uniwersalnymi. Poszczególne standardy stopów należy zawsze sprawdzić przed rozpoczęciem produkcji.

Dlaczego krzem poprawia lejność

Zwiększenie zawartości krzemu w odpowiednim systemie stopów może poprawić zdolność roztopionego aluminium do wypełniania złożonych geometrii form. Jest to jeden z powodów, dla których stopy Al-Si są powszechnie stosowane do produkcji elementów odlewanych o cienkich przekrojach lub o skomplikowanych kształtach.

Jednak wyższa zawartość krzemu nie jest automatycznie lepsza. Nadmierna lub źle kontrolowana faza krzemowa może zmniejszyć ciągliwość i wpływać na zachowanie zmęczeniowe. Morfologia, wielkość i rozmieszczenie cząstek krzemu mogą być równie ważne, jak całkowity procent krzemu.

Interakcja z magnezem i miedzią

MagnezImiedźmoże znacząco zmienić zachowanie stopów Al-Si. Magnez może umożliwiać utwardzanie wydzieleniowe w odpowiednich układach, podczas gdy miedź może zwiększać wytrzymałość, ale może również wpływać na zachowanie korozyjne i plastyczność.

Dla inżynierów kupujących krzemometal oznacza to, że wymagany surowiec należy oceniać w oparciu o ostateczną recepturę stopu, a nie traktować go jako izolowany surowiec.

Krzem metaliczny jako surowiec do produkcji silikonów, silanów i prekursorów energii słonecznej

Druga duża grupazastosowania krzemowo-metalowejest produkcja chemiczna. Krzem metaliczny może służyć jako surowiec do produkcji chemikaliów-zawierających krzem, w tym półproduktów stosowanych w przemyśle silikonowym.

Od krzemometalu po silikonowe chemikalia

Przemysłowa chemia silikonów zwykle rozpoczyna się od reakcji krzemometalu z odpowiednimi związkami organicznymi lub zawierającymi halogen-w kontrolowanych warunkach katalitycznych. Na przykład podczas produkcji metylochlorosilanów krzem reaguje z chlorkiem metylu w bezpośrednim procesie, tworząc półprodukty chlorosilanu, które można następnie hydrolizować i przetwarzać w polimery silikonowe i inne produkty.

Te dalsze materiały obejmująoleje silikonowe, kauczuki silikonowe, uszczelniacze, powłoki i produkty elastomerowe. Wymagana specyfikacja krzemu-metalu zależy od procesu producenta, systemu katalitycznego i tolerancji na zanieczyszczenia.

Dlatego dla nabywców produktów chemicznych kluczowym pytaniem nie jest po prostu „Czy krzem składa się z 99%?” ale raczej „Jakie pierwiastki zanieczyszczeń zakłócają naszą reakcję lub układ katalityczny i w jakim stężeniu?”

Metal krzemowy kontra polikrzem

Dlatego też krzemometal nie powinien być sprzedawany jako bezpośredni substytut polikrzemu. Zajmują różne punkty w łańcuchu wartości krzemu i wymagają różnych poziomów oczyszczania.

Krzem metaliczny dla-łańcuchów dostaw związanych z energią słoneczną

W produkcji fotowoltaicznej krzemometal może służyć jako surowiec na późniejszym etapie procesu, w wyniku którego ostatecznie powstaje krzem o znacznie wyższej-czystości. Materiał jest następnie rafinowany poprzez dodatkowe etapy oczyszczania chemicznego lub metalurgicznego.

To rozróżnienie jest ważne dla zespołów zakupowych. Producent-materiałów fotowoltaicznych może wymagać krzemometalu przy ściślejszej kontroli określonych zanieczyszczeń metalicznych lub lotnych, nawet jeśli produkt końcowy wymaga kilku etapów oczyszczania od pierwotnego surowca.

Krzem metaliczny w produkcji stali, kontroli żeliwa i redukcji chemicznej

Chociaż krzemometal jest ściślej kojarzony z przemysłem aluminiowym i chemicznym, ma on również ważne zastosowania metalurgiczne. Krzem może działać jakoelement odtleniający i regulujący-stopw produkcji stali i może wpływać na strukturę żeliwa.

Krzem w hutnictwie stali

Krzem reaguje z rozpuszczonym tlenem i dlatego może brać udział w odtlenianiu stali. Jednakże w komercyjnej produkcji stali metaliczny krzem nie jest koniecznie najbardziej ekonomicznym nośnikiem krzemu dla każdej operacji.Żelazokrzemjest szeroko stosowany, ponieważ łączy krzem z żelazem i jest dostępny w wielu gatunkach zaprojektowanych specjalnie do produkcji stali.

Krzem metaliczny staje się bardziej przydatny, gdy producent potrzebuje dużego- dodatku krzemu bez wprowadzania tak dużej ilości dodatkowego żelaza lub gdy specyficzna równowaga chemiczna sprawia, że ​​bezpośredni dodatek krzemu jest korzystny.

Struktura z krzemu i żeliwa

W żeliwie krzem jest głównym pierwiastkiem wpływającym na grafityzację. Zwiększenie zawartości krzemu w ramach odpowiedniego składu chemicznego może sprzyjać tworzeniu się grafitu i zmniejszać tendencję do tworzenia węglików, chociaż ostateczna struktura zależy od równoważnika węgla, szybkości chłodzenia, zaszczepiania, dodatków stopowych i grubości przekroju.

Z tego powodu odlewnia nie powinna ustalać dawki krzemu niezależnie od węgla. Praktyczny system-kontroli procesu uwzględnia związek pomiędzywęglem, krzemem, manganem, siarką, magnezem i inokulacją.

Temperatura i kolejność dodawania

Odpowiedni punkt dodawania zależy od pieca i procesu odlewania. Krzemowe-materiały łożyskowe można dodawać podczas ładowania pieca, podczas przenoszenia lub podczas końcowej obróbki, w zależności od docelowego składu.

W celu kontroli produkcji zespół inżynierów powinien określić wymaganą końcową zawartość Si, zamiast stosować regułę stałego kilograma-na-tonę dla każdego wytopu. Wymagany dodatek można oszacować na podstawie pożądanej zmiany stężenia krzemu i oczekiwanego odzysku wybranego materiału dodatkowego.

Krzem jako reduktor chemiczny

Krzem może także brać udział jako środek redukujący w-wysokotemperaturowych reakcjach metalurgicznych. Jego silne powinowactwo do tlenu pozwala krzemowi redukować wybrane tlenki metali w odpowiednich warunkach termodynamicznych, wytwarzając tlenki krzemu i zredukowany metal lub związek pośredni.

Takie reakcje są stosowane w produkcji niektórych półproduktów, krzemków i materiałów specjalnych zawierających-krzem. Odpowiednia stechiometria zależy od układu tlenkowego, temperatury, atmosfery i pożądanej fazy produktu.

Specyfikacje, właściwości fizyczne, testy i stopnie

Najbardziej przydatnespecyfikacja metalu krzemowegołączy skład chemiczny z właściwościami fizycznymi. Materiał zawierający 99% krzemu może nadal działać inaczej niż inny produkt zawierający 99% krzemu, jeśli wielkość cząstek, utlenienie powierzchni, wilgotność, zawartość Fe, Al, Ca lub-pierwiastków śladowych będą się różnić.

Rozmiar cząstek ma znaczenie

Zalecane metody testowania

• XRF:przydatne w rutynowych badaniach przesiewowych na pierwiastki.
• ICP-OES:przydatne do wielopierwiastkowej analizy chemicznej-pod warunkiem odpowiedniej walidacji.
• Analiza sitowa:nadaje się do produktów o konwencjonalnym-rozdrobnieniu.
• Dyfrakcja lasera:przydatny w przypadku drobnych proszków, jeśli ma to zastosowanie.
• Analiza tlenu:istotne, gdy utlenianie powierzchni lub zanieczyszczenie tlenem ma wpływ na zastosowanie.
• Testowanie wilgoci:przydatne do potwierdzenia warunków wysyłki i przechowywania.

Dynamika rynku, obsługa i bezpieczeństwo, kwestie ochrony środowiska i dostaw

Rynek dlametal krzemowyzależy od produkcji aluminium, zapotrzebowania na silikony,-łańcuchów dostaw związanych z energią słoneczną, cen energii i regionalnych warunków produkcji. Ponieważ proces produkcyjny pochłania-energochłonność, zmiany w dostępności energii i kosztach energii mogą mieć bezpośredni wpływ na ekonomikę produkcji.

Chiny pozostają głównym źródłem światowych dostaw krzemu-metalu, podczas gdy inni producenci dostarczają materiały na rynki regionalne i międzynarodowe. Kupujący z USA powinni wziąć pod uwagę nie tylko cenę wyjściową, ale także kraj pochodzenia, odległość wysyłki, środki handlowe, możliwości dostawcy i ciągłość dostaw.

Postępowanie z metalem krzemowym w zakładach w USA

Wymagania dotyczące przechowywania i obsługi zależą w dużym stopniu od postaci fizycznej. Duże kawałki krzemu-metalu mają inną charakterystykę pyłu niż drobny proszek krzemu. Gdy materiał zostanie rozdrobniony, przesiany lub zmielony na drobne cząstki, wytwarzanie pyłu staje się ważniejszym czynnikiem bezpieczeństwa-pracy i procesu.

Obiekty powinny minimalizować niepotrzebne gromadzenie się pyłu, utrzymywać odpowiednie procedury porządkowe i kontrolować źródła zapłonu tam, gdzie występuje ryzyko wystąpienia-pyłu palnego. W przypadku operacji z udziałem wystarczająco drobnych cząstek stałych należy uwzględnić wytyczne OSHA dotyczące-pyłów palnych.

Zalecane praktyki przechowywania

• Utrzymuj materiał w suchości i chroń go przed deszczem i kondensacją.
• Worki przechowuj na odpowiednich paletach, a nie bezpośrednio na mokrych podłogach.
• Chronić opakowania przed przebiciem i uszkodzeniami mechanicznymi.
• Stosować lokalną wentylację wyciągową, w której wytwarzany jest drobny pył.
• Oczyść nagromadzony pył, stosując procedury odpowiednie do oceny zagrożenia obiektu.
• Należy odpowiednio kontrolować niezgodne substancje chemiczne i źródła zapłonu.
• Przed kontaktem z nieznanymi gatunkami należy zapoznać się z aktualną kartą charakterystyki dostawcy.

Opcje pakowania

Pytania dotyczące zamówień środowiskowych

W przypadku zamówień-koncentrujących się na zrównoważonym rozwoju zapytaj dostawcę, w jaki sposób obliczane jest jego zużycie energii elektrycznej, ślad węglowy i kontrole środowiskowe. Znaczące porównanie powinno określać, czy raportowany ślad obejmuje wyłącznie energię elektryczną pieca, czy także surowce, transport i inne procesy wyższego szczebla.