1. Desoxidation – Entfernung schädlichen Sauerstoffs
Bei der Stahlherstellung bleibt Sauerstoff in der Stahlschmelze gelöst. Wenn es nicht entfernt wird, führt es zu Porosität, Sprödigkeit und schlechten mechanischen Eigenschaften. Ferro-Silizium wirkt kraftvollDesoxidationsmittel. Silizium hat eine hohe Affinität zu Sauerstoff und bildet Siliziumdioxid (SiO₂), das als Schlacke an der Oberfläche schwimmt. Ein typischer Kohlenstoffstahl erfordert 0,1–0,3 % Silizium, während höhere Qualitäten mehr erfordern. Ohne Ferrosilizium wäre die Herstellung von sauberem, einwandfreiem Stahl nahezu unmöglich.
2. Legierungselement – Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
Über die Desoxidation hinaus ist Silizium ein SchlüsselelementLegierungselementsowohl aus Stahl als auch aus Gusseisen:
Aus Stahl:Silizium erhöht Festigkeit, Härte, Elastizität und Oxidationsbeständigkeit. Federstähle (z. B. 55Si7) enthalten 1,5–2,2 % Silizium für eine hohe Streckgrenze. Elektrostähle (Siliziumstähle) enthalten 1–4,5 % Silizium, um den Hystereseverlust zu reduzieren und die magnetische Permeabilität zu verbessern.
Aus Gusseisen:Silizium fördert die Graphitbildung, kontrolliert den Karbidgehalt und verbessert die Fließfähigkeit. Grauguss enthält typischerweise 1,5–2,5 % Silizium, während Sphäroguss je nach Abschnittsdicke zwischen 2,0–3,0 % liegt.
3. Impfung – Kontrolle der Mikrostruktur
In Gießereien wird Ferrosilizium (besonders hoch-Siliziumqualitäten mit Kalzium und Aluminium) als Werkstoff verwendetImpfmittelsowohl für Grauguss als auch für Sphäroguss. Durch die Zugabe von 0,1–0,3 % FeSi unmittelbar vor dem Gießen werden die Graphitkeimbildungsstellen erhöht, was zu feinerem, gleichmäßig verteiltem Graphit führt. Dies eliminiert Abkühlung (harte Karbide) in dünnen Abschnitten, verbessert die Bearbeitbarkeit und erhöht die Zugfestigkeit um 10–20 %.
4. Typische Qualitäten und Anwendungen
| Grad | Siliziumgehalt | Hauptverwendung |
|---|---|---|
| FeSi 75 % | 75 % Si | Standard-Desoxidationsmittel und Legierungszusatz für Stahl |
| FeSi 65 % | 65 % Si | Kostengünstige Alternative zur Gusseisenimpfung |
| FeSi 45 % | 45 % Si | Minderwertige-Anwendungen, oft aus recycelten Materialien |
| Hoch-reines FeSi | 75–90 % Si | Elektrostähle, Speziallegierungen (mit niedrigem Al-, Ca- und Ti-Gehalt) |
5. Produktionsprozess
Ferrosilicium wird in Unterpulveröfen unter Verwendung von Quarz (SiO₂), Eisenquellen (Zunder, Schrott) und Kohlenstoffreduktionsmitteln (Koks, Kohle) hergestellt. Die Reaktion verbraucht etwa 8.000–9.000 kWh pro Tonne, wodurch die Energiekosten ein wesentlicher Faktor sind. Auf China entfallen über 70 % der weltweiten FeSi-Produktion, gefolgt von Russland, Norwegen und Brasilien.
Abschluss
Von der Desoxidation von flüssigem Stahl über die Stärkung von Federn bis hin zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften und der Impfung von Gusseisen kommt Ferrosilicium mit fast jeder Tonne Metall in Berührung, die weltweit produziert wird. Seine Vielseitigkeit und wesentlichen Funktionen erklären, warum es mit einer Jahresproduktion von über 7 Millionen Tonnen nach wie vor eine der am häufigsten verwendeten Ferrolegierungen weltweit ist.
Kurz gesagt: Ohne Ferrosilizium würde die moderne Stahl- und Gusseisenherstellung an Effizienz, Qualität und Konsistenz verlieren.
