Silic cacbua đen cấp luyện kim là vật liệu tổng hợp được sản xuất trong lò điện trở ở nhiệt độ trên 2200°C. Nguyên liệu thô chính của nó là cát silica (SiO₂) chất lượng cao và cốc dầu mỏ (C). Đặc điểm của nó là màu đen hoặc xanh đen sẫm, ánh kim và độ tinh khiết thấp hơn (thường khoảng 98,5% SiC) so với silic cacbua xanh lục (tinh khiết hơn, >99% SiC, được sử dụng để mài chính xác và chế tạo chất bán dẫn).
Thuộc tính chính
Các đặc tính khiến nó trở nên không thể thiếu trong ngành luyện kim và các ngành công nghiệp khác bao gồm:
Độ bền ở nhiệt độ cao: Duy trì cấu trúc và độ bền ở nhiệt độ rất cao.
Tính chất nhiệt động lực học tuyệt vời:
Khả năng khử mạnh: Ở nhiệt độ cao, nó dễ dàng giải phóng cacbon và silic để phản ứng với oxy và các nguyên tố khác.
Phản ứng tỏa nhiệt: Phản ứng oxy hóa của nó giải phóng một lượng nhiệt đáng kể.
Độ dẫn nhiệt cao: Truyền nhiệt hiệu quả.
Độ mài mòn tốt: Mặc dù không cứng bằng SiC xanh nhưng vẫn cứng hơn hầu hết các kim loại và nhiều loại khoáng chất.
Tính trơ về mặt hóa học: Chống lại sự tấn công của axit, xỉ và kim loại nóng chảy.
Ứng dụng và chức năng chính
Các ứng dụng của SiC cấp luyện kim hầu như hoàn toàn dựa trên vai trò của nó như một chất khử nhiệt độ cao mạnh mẽ, tác nhân hợp kim và phụ gia tiết kiệm năng lượng.
1. Luyện thép (Ứng dụng lớn nhất)
Trong lò hồ quang điện (EAF), lò nung gáo và xưởng đúc, nó được sử dụng như một chất phụ gia đa chức năng:
Chất khử oxy: Đây là chất khử oxy hiệu quả hơn so với ferrosilicon truyền thống. Hàm lượng silicon và carbon mạnh mẽ loại bỏ oxy khỏi thép nóng chảy, cải thiện độ sạch và tính chất cơ học của thép.
Sự phản ứng lại:
SiC + O₂ → SiO₂ + CO
Chất tái chế cacbon: Đây là nguồn cacbon tuyệt vời để điều chỉnh hàm lượng cacbon cuối cùng của thép theo thông số kỹ thuật mong muốn.
Tiết kiệm năng lượng (Tác nhân gia nhiệt): Quá trình oxy hóa SiC tỏa nhiệt rất cao. Việc thêm SiC vào lò nung hoặc gáo chứa giúp tăng nhiệt độ của kim loại nóng chảy, giảm lượng điện năng cần thiết và rút ngắn thời gian thao tác.
Chất tạo hợp kim: Đồng thời thêm cả silic và cacbon vào hỗn hợp nóng chảy, điều chỉnh thành phần hóa học.
2. Đúc sắt (Xưởng đúc)
Trong lò vòm và lò cảm ứng để sản xuất gang:
Chất cấy/Tiền xử lý: Thêm SiC vào sắt nóng chảy (một quá trình thường được gọi là “tiền xử lý sắt”) thúc đẩy sự hình thành các vảy hoặc nốt than chì (trong gang dẻo). Điều này:
Ngăn ngừa lạnh: Giảm sự hình thành cementite cứng, giòn (sắt cacbua), ngăn ngừa các cạnh “lạnh” không thể gia công được.
Cải thiện cấu trúc vi mô: Tạo ra cấu trúc than chì đồng đều và tinh tế hơn.
Cải thiện tính chất: Tăng cường độ bền kéo, độ cứng và độ dẫn nhiệt của sản phẩm gang cuối cùng.
3. Sản xuất hợp kim sắt
Nó đóng vai trò là chất khử trong lò hồ quang chìm được sử dụng để sản xuất nhiều loại hợp kim sắt khác nhau:
Kim loại Silic và Ferô Silic: Trong các quy trình này, SiC là sản phẩm trung gian đóng vai trò quan trọng trong việc khử silica thành silicon.
Hợp kim khác: Nó cũng có thể được sử dụng trong sản xuất silicomanganese và các hợp kim phức tạp khác.
4. Phụ gia chịu lửa
Mặc dù không phải là thành phần chính, SiC nghiền mịn cấp luyện kim thường được thêm vào vật liệu chịu lửa MgO-C (magie-cacbon) và Al₂O₃-SiC-C (nhôm-silicon carbide-cacbon) dùng để lót lò luyện thép và thùng chứa. Lợi ích của nó bao gồm:
Tăng khả năng chống xỉ: Cải thiện khả năng chống xỉ ăn mòn của vật liệu chịu lửa.
Khả năng chống sốc nhiệt được cải thiện: Giúp gạch chịu được sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng mà không bị nứt.
Cải thiện độ bền ở nhiệt độ cao.
5. Các ứng dụng khác
Vật liệu mài mòn: Dùng để sản xuất dụng cụ mài liên kết (như đá mài) và vật liệu mài phủ khi không yêu cầu độ tinh khiết cực cao. Vật liệu này cũng được sử dụng để phun cát và mài nhẵn.
Luyện kim màu: Được sử dụng làm chất khử trong quá trình nấu chảy một số kim loại màu.