Schwarzes Siliziumkarbid in metallurgischer Qualität ist ein synthetisches Material, das in elektrischen Widerstandsöfen bei Temperaturen über 2200 °C hergestellt wird. Seine Hauptrohstoffe sind hochwertiger Quarzsand (SiO₂) und Petrolkoks (C). Es zeichnet sich durch seine schwarze oder dunkelblauschwarze Farbe, seinen metallischen Glanz und seine geringere Reinheit (typischerweise etwa 98,5 % SiC) im Vergleich zu seinem Gegenstück, dem grünen Siliziumkarbid (das reiner ist, >99 % SiC, und zum Präzisionsschleifen und für Halbleiter verwendet wird), aus.
Wichtige Eigenschaften
Zu den Eigenschaften, die es in der Metallurgie und anderen Industrien unverzichtbar machen, gehören:
Hochtemperaturfestigkeit: Behält seine Struktur und Festigkeit bei sehr hohen Temperaturen.
Hervorragende thermodynamische Eigenschaften:
Starke Reduzierbarkeit: Bei hohen Temperaturen gibt es leicht seinen Kohlenstoff und sein Silizium ab, um mit Sauerstoff und anderen Elementen zu reagieren.
Exotherme Reaktion: Bei den Oxidationsreaktionen wird eine erhebliche Menge Wärme freigesetzt.
Hohe Wärmeleitfähigkeit: Effiziente Wärmeübertragung.
Gute Abrasivität: Obwohl es nicht so hart wie grünes SiC ist, ist es immer noch härter als die meisten Metalle und viele Mineralien.
Chemische Inertheit: Widersteht Angriffen durch Säuren, Schlacken und geschmolzene Metalle.
Primäre Anwendungen und Funktionen
Die Anwendungen von SiC in metallurgischer Qualität basieren fast ausschließlich auf seiner Rolle als leistungsstarkes Hochtemperaturreduktionsmittel, Legierungsmittel und energiesparender Zusatzstoff.
1. Stahlerzeugung (größte Anwendung)
In Lichtbogenöfen (EAF), Pfannenöfen und Gießereien wird es als multifunktionaler Zusatzstoff verwendet:
Desoxidationsmittel: Es ist ein effizienteres Desoxidationsmittel als herkömmliches Ferrosilizium. Der Silizium- und Kohlenstoffgehalt entfernt aggressiv Sauerstoff aus geschmolzenem Stahl und verbessert so die Sauberkeit und die mechanischen Eigenschaften des Stahls.
Reaktion:
SiC + O₂ → SiO₂ + CO
Aufkohlungsmittel: Es ist eine ausgezeichnete Kohlenstoffquelle, um den endgültigen Kohlenstoffgehalt des Stahls auf die gewünschte Spezifikation einzustellen.
Energiesparer (Heizmittel): Die Oxidation von SiC ist stark exotherm. Die Zugabe zum Ofen oder zur Pfanne trägt dazu bei, die Temperatur des geschmolzenen Metalls zu erhöhen, den erforderlichen elektrischen Energieeinsatz zu reduzieren und die Abstichzeiten zu verkürzen.
Legierungsmittel: Es fügt der Schmelze gleichzeitig Silizium und Kohlenstoff hinzu und passt so die chemische Zusammensetzung an.
2. Eisenguss (Gießereien)
In Kupol- und Induktionsöfen zur Gusseisenproduktion:
Impfmittel / Vorkonditionierungsmittel: Die Zugabe von SiC zu geschmolzenem Eisen (ein Prozess, der oft als „Eisenvorkonditionierung“ bezeichnet wird) fördert die Bildung von Graphitflocken oder -knollen (in duktilem Gusseisen). Dies:
Verhindert Auskühlen: Reduziert die Bildung von hartem, sprödem Zementit (Eisenkarbid) und verhindert so „ausgekühlte“ Kanten, die nicht mehr bearbeitet werden können.
Verbessert die Mikrostruktur: Führt zu einer gleichmäßigeren und verfeinerten Graphitstruktur.
Verbessert die Eigenschaften: Erhöht die Zugfestigkeit, Härte und Wärmeleitfähigkeit des fertigen Gusseisenprodukts.
3. Herstellung von Ferrolegierungen
Es dient als Reduktionsmittel in den Elektroreduktionsöfen, die zur Herstellung verschiedener Ferrolegierungen verwendet werden:
Siliziummetall und Ferrosilizium: Bei diesen Prozessen ist SiC ein Zwischenprodukt, das eine entscheidende Rolle bei der Reduktion von Siliziumdioxid zu Silizium spielt.
Andere Legierungen: Es kann auch bei der Herstellung von Siliziummangan und anderen komplexen Legierungen verwendet werden.
4. Feuerfeste Additive
Obwohl es nicht der Hauptbestandteil ist, wird zerkleinertes SiC in metallurgischer Qualität häufig MgO-C- (Magnesia-Kohlenstoff) und Al₂O₃-SiC-C- (Aluminiumoxid-Siliziumkarbid-Kohlenstoff) Feuerfestmaterialien zugesetzt , die zur Auskleidung von Stahlöfen und Pfannen verwendet werden. Zu den Vorteilen gehören:
Erhöhte Schlackenbeständigkeit: Verbessert die Widerstandsfähigkeit des Feuerfestmaterials gegenüber korrosiven Schlacken.
Verbesserte Wärmeschockbeständigkeit: Hilft dem Ziegel, schnelle Temperaturänderungen ohne Rissbildung zu überstehen.
Verbesserte Hochtemperaturfestigkeit.
5. Andere Anwendungen
Schleifmittel: Zur Herstellung gebundener Schleifwerkzeuge (z. B. Schleifscheiben) und beschichteter Schleifmittel, bei denen keine extrem hohe Reinheit erforderlich ist. Wird auch zum Strahlen und Läppen verwendet.
Nichteisenmetallurgie: Wird als Reduktionsmittel beim Schmelzen bestimmter Nichteisenmetalle verwendet.