في البيئات الصناعية، يتم إنتاج سبائك السيليكون والكالسيوم في المقام الأول من خلالعملية الاختزال الكربوثيرميكفي الأفران الكهربائية الكبيرة المغمورة-القوسية. تشبه هذه الطريقة كثيفة الطاقة- تلك المستخدمة في السبائك الحديدية الأخرى.
تتضمن العملية الأساسية استخدام الكربون (عادة في شكل فحم أو فحم الكوك أو الفحم النباتي) كعامل اختزال لاستخراج السيليكون والكالسيوم من مصادر الأكسيد الخام عند درجات حرارة عالية للغاية. إليك تفصيل-بواسطة-الخطوات:
1. تحضير المواد الخام:
يتم اختيار المواد الخام الرئيسية بعناية ومزجها:
مصدر السيليكا:كوارتز أو كوارتزيت عالي النقاء-يوفر السيليكون.
مصدر الجير:-جير حي عالي الجودة (حجر جيري محروق)، يوفر الكالسيوم.
الاختزال:مادة كربونية مثل الفحم أو فحم الكوك أو الفحم النباتي.
في كثير من الأحيان، يتم إضافة كمية صغيرة من خردة الحديد أو الفولاذلتسهيل التفاعل وضبط تركيبة السبائك النهائية.
2. الصهر في فرن القوس المغمور -:
يتم تغذية مزيج المواد الخام المخلوطة بشكل مستمر في فرن كهربائي دائري مبطّن بمادة مقاومة للحرارة. هنا، يتم غمر أقطاب الجرافيت القوية في العبء (شحنة المادة).
يتم ضرب قوس كهربائي شديد بين الأقطاب الكهربائية وموقد الفرن، مما يؤدي إلى توليد درجات حرارة بينهما1600 درجة و2000 درجة (2912 درجة فهرنهايت - 3632 درجة فهرنهايت).
عند درجات الحرارة هذه، يقلل الكربون من أكاسيد السيليكون والكالسيوم. العملية معقدة لأن الكالسيوم لديه ضغط بخار مرتفع، مما يعني أنه يميل إلى التبخر عند درجات الحرارة هذه. يساعد وجود السيليكون على تثبيت الكالسيوم والاحتفاظ به في السبائك المنصهرة.
3. التنصت والصب:
بشكل دوري، يتم فتح فتحة الصنبور في الجزء السفلي من الفرن.
تتدفق سبيكة الكالسيوم والسيليكون المنصهرة، وهي أكثر كثافة، إلى مغرفة.
تطفو الولاعة الناتجة عن-المنتج، وهي خبث سيليكات الكالسيوم، في الأعلى ويتم فصلها.
يتم بعد ذلك صب السبائك المنصهرة في قوالب أو تحبيبها/تكويرها باستخدام نفاثات ماء عالية الضغط لتكوين حبيبات صغيرة وموحدة لسهولة استخدامها في عمليات صناعة الفولاذ اللاحقة.
4. التكسير والتحجيم (للمنتج المصبوب):
إذا تم صبها في الخنازير أو السبائك، يتم سحق السبائك المبردة وغربلتها إلى أجزاء ذات حجم محدد حسب طلب العملاء (على سبيل المثال، 0-10 مم، 10-50 مم).
التحدي الصناعي الرئيسي:
الصعوبة الرئيسية في الإنتاج هي إدارة تقلبات الكالسيوم. يجب أن يعمل الفرن بطبقة شحن عميقة "مغمورة" للحفاظ على ظروف الضغط ودرجة الحرارة العالية التي تساعد على ذوبان بخار الكالسيوم مرة أخرى في ذوبان السيليكون، وتشكيل السبيكة المستقرة. يعد التحكم الدقيق في مزيج المواد الخام ودرجة الحرارة وتشغيل الفرن أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الكفاءة وتحقيق الدرجة المستهدفة (على سبيل المثال، Ca 28-32%، Si 58-62%).
