Comment le ferrosilicium est produit et ses spécifications courantes

Le ferrosilicium (FeSi) est un ferroalliage largement utilisé, principalement employé comme désoxydant et agent d'addition dans l'industrie sidérurgique. Sa production est un processus très énergivore qui repose sur la réduction de la silice dans un four à arc submergé.

Procédé de production du ferrosilicium

La fabrication du ferrosilicium utilise principalement un four à arc de réduction submergé (souvent appelé « four à arc submergé » ou « four à arc électrique »). Le processus peut être divisé en plusieurs étapes clés :

Préparation des matières premières : Les principales matières premières sont :
· Silice (SiO₂) : Nécessite généralement une pureté supérieure à 97 %.
· Réducteurs carbonés : Tels que le coke métallurgique, le coke pétrolier ou le charbon de bois.
· Sources de fer : Généralement des copeaux/chutes d'acier ou du minerai de fer pour fournir l'élément ferreux et contrôler la teneur en silicium de l'alliage final. Ces matières premières subissent des traitements tels que le broyage, le criblage et le séchage afin d'atteindre une granulométrie et une teneur en humidité adaptées pour un fonctionnement optimal du four.

Fusion dans le four : Les matières premières mélangées sont introduites en continu dans un four à arc submergé. À des températures élevées (supérieures à 1800°C) générées par les arcs électriques entre les électrodes et la charge, le dioxyde de silicium présent dans le quartz est réduit par le carbone pour former du silicium, qui s'allie ensuite au fer pour produire un laitier de ferrosilicium.
· Il est essentiel de maintenir une profondeur d'immersion stable des électrodes et de surveiller les conditions du four (température, pression) afin d'assurer un fonctionnement efficace.
· Le cycle de coulée a généralement lieu toutes les 2 à 4 heures .
Affinage (pour les qualités à haute pureté ou spéciales) : Pour produire des ferrosilicium de bas carbone, de faible teneur en aluminium ou d'autres qualités hautement pures, un affinage externe est nécessaire. Les méthodes courantes incluent :
· Utiliser une technologie de soufflage et d'agitation à l'argon afin de favoriser un contact complet entre le métal fondu et les agents d'affinage (tels que les décarbureurs composites et les laitiers raffinés), facilitant ainsi l'élimination des impuretés telles que le carbone et l'aluminium.
· L'affinage à l'oxygène ou les méthodes de lavage au laitier peuvent également être utilisés.
Coulage et Broyage : Le ferrosilicium liquide soutiré du four est coulé dans des moules. Après refroidissement et solidification, il est broyé, trié (selon les exigences du client concernant la distribution granulométrique, par exemple, blocs de 10 à 100 mm pour la sidérurgie, poudre de 0,2 à 8 mm pour la fonderie), puis emballé et expédié.

Spécifications et modèles courants du ferrosilicium

Le ferrosilicium est principalement classé selon sa teneur en silicium (Si) et la teneur en impuretés telles que l'aluminium (Al), le carbone (C), le phosphore (P) et le soufre (S). Les modèles courants incluent :

Teneur / Modèle Teneur en Si (%) Limites des impuretés courantes (Max %) Applications principales & Remarques
FeSi75 72-80 Al : 1,5-3,0, C : 0,2-0,5, P : ≤0,04, S : ≤0,02 Qualité la plus courante, largement utilisée pour la désoxydation et l'élaboration d'aciers.
FeSi72 72-75 Al : 1,5-3,0, C : 0,2-0,5, P : ≤0,04, S : ≤0,02 Qualité standard pour l'élaboration de l'acier.
Ferrosilicium à faible teneur en carbone (ex. B-LcFeSi) ~75 C : Très faible (ex. ≤0,02), Al, P, S contrôlés Utilisé pour la désoxydation des aciers spéciaux de haute qualité comme l'acier électrique.
ferrosilicium à 45 % Si 40-47 Al, C, P, S contrôlés Utilisé dans les fonderies de fonte en tant qu'inoculant.

· Granulométrie : Selon l'application, le ferrosilicium est disponible en différentes tailles, comme en morceaux standards (10-100 mm), morceaux raffinés (10-50 mm) ou en poudre/fines (0-8 mm). La proportion de fines est souvent strictement contrôlée (ex. <5 % sous 10 mm).

Le ferrosilicium est crucial dans :

· La sidérurgie : sert de désoxydant (éliminant l'oxygène de l'acier en fusion) et d'élément d'alliage (conférant des propriétés spécifiques comme une résistance accrue et une meilleure résistance à la corrosion de l'acier).
· L'industrie de la fonderie : utilisé comme inoculant dans la production de fonte pour favoriser la formation de graphite sphéroïdal, améliorant ainsi la résistance et la qualité de la fonte.

En résumé, la production de ferrosilicium est un processus complexe combinant métallurgie à haute température et contrôle précis. Différentes qualités et spécifications répondent aux besoins variés des diverses industries en aval, en faisant un matériau essentiel et indispensable dans l'industrie moderne.