Processus de fabrication du ferrosilicium : matières premières, technologie du four et étapes de production

1. Qu'est-ce que le ferrosilicium ?

Le ferrosilicium (FeSi) est un alliage de fer-silicium produit en réduisant la silice (SiO₂) avec des matériaux carbonés dans un four électrique. C’est l’un des ferroalliages les plus importants utilisés dans l’industrie sidérurgique.

La teneur en silicium du ferrosilicium varie généralement de15% à 90%, avec des qualités commerciales courantes, notamment :

FeSi45

FeSi65

FeSi72

FeSi75

FeSi90

Le ferrosilicium est principalement utilisé comme :

Un désoxydant en sidérurgie

Un additif d'alliage de silicium

Une matière première pour produire des alliages de magnésium

Un inoculant en fonte

La chaîne de production de base est la suivante :

Quartzite → Réduction du silicium → Fer-Alliage de silicium → Produits en ferrosilicium

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2. Matières premières pour la production de ferrosilicium

La production de ferrosilicium nécessite des matières premières soigneusement sélectionnées pour contrôler la récupération du silicium, la consommation d'énergie et la qualité de l'alliage.

2.1 Quartzite (source de silicium)

Le quartzite est la principale source de dioxyde de silicium (SiO₂).

Exigences:

Teneur élevée en SiO₂

Faibles niveaux d'impuretés

Taille de particule appropriée

Bonne stabilité thermique

Pendant la production, la silice est réduite en silicium par réduction carbothermique.

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2.2 Matériaux carbonés (agent réducteur)

Les matériaux carbonés fournissent le pouvoir réducteur nécessaire pour éliminer l’oxygène de la silice.

Sources de carbone courantes :

Coke métallurgique

Coke de pétrole

Charbon

Charbon de bois

Facteurs de qualité importants :

Teneur en carbone fixe

Teneur en cendres

Teneur en soufre

Réactivité

Les matériaux à faible teneur en cendres-de carbone contribuent à améliorer la qualité du ferrosilicium.

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2.3 Source de fer

Le fer est ajouté pour se combiner avec le silicium et former l'alliage Fe-Si.

Sources courantes de fer :

Ferraille d'acier

Copeaux de fer

Minerai de fer

Balance de moulin

La quantité de fer détermine la qualité finale du silicium.

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3. Processus de fabrication du ferrosilicium

Le ferrosilicium moderne est principalement produit à l'aide d'unfour à arc submergé (SAF).

Le processus complet comprend :

Préparation des matières premières

Chargement du four

Réduction carbothermique

Formation d'alliage

Taper et lancer

Concassage et criblage

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4. Préparation des matières premières

Avant d'entrer dans le four :

Le quartzite est concassé et criblé

Le coke est préparé selon les exigences en carbone

Les matériaux en fer sont nettoyés et dimensionnés

Les matériaux sont mélangés en fonction de la nuance d'alliage cible.

Par exemple:

ProduireFeSi75nécessite un taux de silice plus élevé par rapport aux qualités de silicium inférieures.

Le rapport de mélange affecte :

Récupération de silicium

Consommation de carbone

Efficacité du four

Composition chimique finale

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5. Production de fours à arc submergé

5.1 Chargement du four

Le mélange préparé est chargé en continu dans le four à arc immergé.

Le four contient :

Électrodes en graphite

Corps de four doublé de carbone-

Colonne de charge des matières premières

Les électrodes sont enfouies à l’intérieur de la charge, créant un chauffage par résistance.

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5.2 Réaction de réduction carbothermique

La principale réaction chimique est :

SiO₂ + 2C → Si + 2CO↑

À haute température :

Le carbone élimine l'oxygène de la silice

Le silicium est produit

Le silicium se dissout dans le fer fondu

Un alliage de ferrosilicium est formé

La zone de réaction du four fonctionne généralement au-dessus :

1800 degrés

avec des températures plus élevées autour de la zone de l’arc de l’électrode.

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6. Formation d’alliage de ferrosilicium

Le silicium produit réagit avec le fer :

Alliage Fe + Si → Fe-Si

En contrôlant :

Quantité d'oxyde de silicium

Rapport carbone

Ajout de fer

Température du four

les fabricants produisent différentes qualités :

FeSi45

FeSi65

FeSi72

FeSi75

FeSi90

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7. Taper et lancer

Après une formation suffisante d’alliage :

Le ferrosilicium fondu est extrait du four

Il coule dans des moules de coulée

L'alliage refroidit et se solidifie

Les blocs sont préparés pour le traitement

Le processus de refroidissement affecte :

Structure

Des performances écrasantes

Taille du produit

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8. Concassage et criblage

Après solidification :

Les blocs de ferrosilicium sont transformés dans les tailles requises.

Formes courantes :

Formulaire de produit	Utilisation typique
Des grumeaux de 10 à 50 mm	Ajout de sidérurgie
Granulés de 0 à 3 mm	Applications de fonderie
Poudre	Applications d'alliages spéciaux

Le choix de la taille des particules dépend :

Type de four

Méthode d'addition

Exigences de dissolution

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9. Principales technologies de production de ferrosilicium

9.1 Four à arc submergé (SAF)

La méthode industrielle dominante.

Avantages :

Grande capacité de production

Haute efficacité thermique

Composition d'alliage stable

Convient à la production de FeSi72/75

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9.2 Four à arc électrique (EAF)

Utilise un chauffage à arc électrique.

Applications :

Des unités de production plus petites

Production d'alliages spéciaux

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9.3 Méthode du haut fourneau

Historiquement utilisé pour certains ferroalliages.

Cependant, il est rarement utilisé pour la production moderne de ferrosilicium pour les raisons suivantes :

Efficacité inférieure

Des défis plus élevés en matière de contrôle des impuretés

Flexibilité de qualité limitée

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10. Production de qualités de ferrosilicium courantes

Grade	Teneur en silicium	Applications typiques
FeSi45	40 à 47 % de Si	Fonderie et alliages généraux
FeSi65	63 à 68 % de Si	Désoxydation de l'acier
FeSi72	70 à 75 % de Si	Production générale d'acier
FeSi75	72 à 80 % de Si	Fabrication d'acier-de haute qualité
FeSi90	Supérieur ou égal à 87% Si	Applications spécialisées

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11. Contrôle qualité pendant la production

La qualité du ferrosilicium dépend à la fois de sa composition chimique et de ses propriétés physiques.

Tests chimiques

Paramètres principaux :

Élément	Importance
Silicium (Si)	Détermine la note
Aluminium (Al)	Contrôle la propreté de l’acier
Calcium (Ca)	Affecte le comportement d’inclusion
Carbone (C)	Impacte la qualité de l’alliage
Phosphore (P)	Doit être contrôlé
Soufre (S)	Doit être contrôlé

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Inspection physique

Y compris:

Distribution granulométrique

Apparence

Densité apparente

État de l'emballage

Les produits doivent être vérifiés selon des normes telles que :

GB/T2272

et les spécifications du client.

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12. Contrôle énergétique et environnemental

La production de ferrosilicium est un processus-énergivore.

Les usines modernes améliorent leur efficacité grâce à :

Récupération des gaz de four

Le four produit du gaz riche en CO-, qui peut être collecté et réutilisé.

Avantages:

Récupération d'énergie

Émissions réduites

Efficacité améliorée

Contrôle de la poussière

Les installations de production utilisent :

Filtres à manches

Systèmes de dépoussiérage

Systèmes de recharge fermés

pour contrôler les émissions de particules.

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13. Ferrosilicium VS Silicium Métal

Comparaison	Ferrosilicium	Silicium Métal
Composition principale	Fer + Silicium	Silicium de haute-pureté
Teneur en silicium	15–90%	Généralement supérieur ou égal à 97 %
Teneur en fer	Présent	Très faible
Application principale	Sidérurgie	Aluminium, silicone, solaire
Matières premières de production	Quartz + coke + fer	Quartz + coke

Guide de sélection :

Les aciéries choisissent normalementferrosiliciumpour la désoxydation et l'alliage.

Les industries chimiques et photovoltaïques nécessitent généralementsilicium métal.

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14. Applications du ferrosilicium

Industrie sidérurgique

Fonctions principales :

Élimination de l'oxygène

Alliage de silicium

Améliorer la résistance de l'acier

Applications :

Acier de construction

Acier inoxydable

Acier à outils

Acier à haute-résistance

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Industrie de la fonderie

Le ferrosilicium est utilisé comme inoculant pour la fonte.

Avantages:

Formation de graphite améliorée

Meilleure qualité de coulée

Défauts réduits

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Production de magnésium

FeSi est utilisé dans le procédé Pidgeon pour produire des alliages de magnésium.

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15. Emballage et stockage

Emballage commun d'exportation :

Conditionnement	Application
Sacs géants de 1 MT	Expédition en vrac
Fûts en acier	Exigences particulières
Sacs personnalisés	Besoins du client

Stockage:

Garder au sec

Éviter les contaminations

Protéger de l’humidité excessive

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16. Guide d'achat de ferrosilicium

Avant d'acheter du ferrosilicium, les acheteurs doivent confirmer :

Spécification du produit

Spécifier:

Nuance (FeSi75, FeSi72, etc.)

Teneur en silicium

Limites d'impuretés

Taille des particules

Conditionnement

Documents du fournisseur

Demande:

Certificat d'analyse (COA)

Certificat d'essai en usine

Rapport d'inspection

FDS

Un fournisseur fiable doit fournir une composition chimique constante et une capacité de livraison stable.

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17. Questions fréquemment posées

Comment est fabriqué le ferrosilicium ?

Le ferrosilicium est produit en réduisant le quartzite (SiO₂) avec des matériaux carbonés dans un four à arc submergé, puis en combinant le silicium avec du fer.

Quelles matières premières sont utilisées pour la production de FeSi ?

Les principales matières premières sont le quartzite, le coke et les sources de fer telles que la ferraille d'acier.

Quelle est la différence entre FeSi72 et FeSi75 ?

La principale différence réside dans la teneur en silicium. FeSi75 contient un niveau de silicium plus élevé et est couramment utilisé lorsqu’une efficacité d’alliage plus élevée est requise.

Le ferrosilicium est-il identique au silicium métallique ?

Non. Le ferrosilicium contient du fer et du silicium, tandis que le silicium métallique est un produit à base de silicium de pureté supérieure-utilisé principalement dans les industries chimiques, de l'aluminium et de l'énergie solaire.

Quel four est utilisé pour la production de ferrosilicium ?

La plupart du ferrosilicium commercial est produit dans des fours à arc submergé en raison de leur rendement et de leur capacité de production élevés.