Wie Ferrosilizium hergestellt wird und seine gängigen Spezifikationen

Ferrosilizium (FeSi) ist eine weit verbreitete Ferrolegerung, hauptsächlich als Entoxidationsmittel und Legierungszusatz in der Stahlindustrie eingesetzt. Die Herstellung ist ein energieintensiver Prozess, der auf der Reduktion von Siliziumdioxid in einem Lichtbogenofen mit untergetauchtem Lichtbogen beruht.

Herstellungsprozess von Ferrosilizium

Die Herstellung von Ferrosilizium erfolgt hauptsächlich in einem Lichtbogenreduktionsofen mit untergetauchtem Lichtbogen (häufig als „untergetauchter Lichtbogenofen“ oder „Elektrobogenofen“ bezeichnet). Der Prozess lässt sich in mehrere wesentliche Stufen unterteilen:

Vorbereitung der Rohstoffe: Die wichtigsten Rohstoffe sind:
· Siliziumdioxid (SiO₂): Erfordert in der Regel eine Reinheit von über 97 %.
· Kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel: Wie metallurgischer Koks, Petroleumkoks oder Holzkohle.
· Eisenquellen: Üblicherweise Stahlspäne/Schrott oder Eisenerz, um den Eisenanteil bereitzustellen und den Siliziumgehalt in der endgültigen Legierung zu regulieren. Diese Rohstoffe durchlaufen Prozesse wie Zerkleinern, Sieben und Trocknen, um die geeignete Partikelgröße und Feuchtigkeit für einen reibungslosen Ofenbetrieb zu erreichen.

Ofenschmelze: Die gemischten Rohstoffe werden kontinuierlich in einen Lichtbogenofen eingebracht. Bei den hohen Temperaturen (über 1800 °C), die durch die elektrischen Bögen zwischen den Elektroden und dem Chargegut erzeugt werden, wird das Siliziumdioxid im Quarz durch Kohlenstoff reduziert, um Silizium zu bilden, welches anschließend mit Eisen eine Ferrosilizium-Schmelze bildet.
· Die Aufrechterhaltung einer stabilen Elektrodeneintauchtiefe und die Überwachung der Ofenbedingungen (Temperatur, Druck) sind entscheidend für einen effizienten Betrieb.
· Der Abstichzyklus erfolgt typischerweise alle 2 bis 4 Stunden.
Feinraffination (für Hochrein- oder Spezialqualitäten): Um niedrigkohlenstoffreiche, niedrigaluminiumhaltige oder andere hochreine Ferrosiliziumqualitäten herzustellen, ist eine externe Feinraffination erforderlich. Zu den gängigen Methoden zählen:
· Einsatz der Argonblas- und Rührttechnik, um den vollen Kontakt zwischen der Legierungsschmelze und Raffinationsmitteln (wie Komplexentkohlungsmitteln und Raffinerschlacke) zu fördern und somit die Entfernung von Verunreinigungen wie Kohlenstoff und Aluminium zu erleichtern.
· Sauerstoffraffination oder Schlackenwaschverfahren können ebenfalls angewandt werden.
Gießen und Zerkleinern: Das aus dem Ofen abgelassene Ferrosilizium wird in Formen gegossen. Nach dem Abkühlen und Erstarren wird es zerkleinert, sortiert (gemäß den kundenspezifischen Anforderungen zur Korngrößenverteilung, z. B. 10-100 mm Blöcke für die Stahlerzeugung, 0,2-8 mm Pulver für das Gießen) und verpackt, um es für den Versand bereitzustellen.

Gängige Spezifikationen und Modelle von Ferrosilizium

Ferrosilizium wird hauptsächlich anhand seines Siliziumgehalts (Si) und des Gehalts an Verunreinigungen wie Aluminium (Al), Kohlenstoff (C), Phosphor (P) und Schwefel (S) klassifiziert. Zu den gängigen Modellen gehören:

Qualität / Modell Si-Gehalt (%) Typische Grenzwerte für Verunreinigungen (Max. %) Hauptsächliche Anwendungen & Hinweise
FeSi75 72-80 Al: 1,5-3,0, C: 0,2-0,5, P: ≤0,04, S: ≤0,02 Meistverwendete Qualität, weit verbreitet für die Entoxidation und Legierung beim Stahlschmelzen.
FeSi72 72-75 Al: 1,5-3,0, C: 0,2-0,5, P: ≤0,04, S: ≤0,02 Standardqualität für das Stahlschmelzen.
Kohlenstoffarmes FeSi (z. B. B-LcFeSi) ~75 C: Sehr gering (z. B. ≤0,02), Al, P, S kontrolliert Wird zum Entoxiden von Hochleistungsstahlsorten wie Elektrostahl verwendet.
45 % Si FeSi 40-47 Al, C, P, S kontrolliert Wird in Gießereien für Grauguss als Inkubator eingesetzt.

· Korngröße: Je nach Anwendung wird Ferrosilizium in verschiedenen Größen geliefert, wie z. B. Standardbrocken (10-100 mm), verfeinerte Brocken (10-50 mm) oder Pulver/Feingut (0-8 mm). Der Anteil an Feingut wird häufig streng kontrolliert (z. B. <5 % unter 10 mm).

Ferrosilizium ist entscheidend in:

· Stahlerzeugung: Dient als Entoxidationsmittel (Entfernung von Sauerstoff aus flüssigem Stahl) und als Legierungselement (verleiht dem Stahl spezifische Eigenschaften wie erhöhte Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit).
· Gießereiindustrie: Wird als Impfstoff in der Graugussproduktion eingesetzt, um die Bildung kugelförmiger Graphitstrukturen zu fördern und dadurch die Festigkeit und Qualität des Gussmaterials zu verbessern.

Zusammenfassend ist die Ferrosilizium-Produktion ein komplexer Prozess, der Hochtemperaturmetallurgie mit präziser Steuerung kombiniert. Unterschiedliche Qualitäten und Spezifikationen decken die vielfältigen Anforderungen verschiedenster Industriezweige ab und machen es somit zu einem unverzichtbaren wichtigen Material in der modernen Industrie.