Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Физико-химические условия получения ферросилиция FeSi

Восстановление кремнезема SiO2 твердым углеродом в условиях электрической печи протекает по суммарной реакции:

  • SiO2 (ж) + 2С(т) = Si(ж) + 2СО(г);
  • G° = 666 664 — 364,96Г Дж/моль (159 230 — 87,177 кал/моль),

теоретическая температура начала которой равна 1554° С (в формуле буквами «ж», «т» и «г» обозначены соответственно жидкое, твердое и газообразное состояния). Исследования показали, что кремнезем SiO2 восстанавливается углеродом и кремнием с образованием промежуточных продуктов — моноокиси кремния и карбида кремния. В печи также могут протекать процессы испарения и диссоциации кремнезема по следующим возможным схемам:

SiO2--> SiO ——> Si;

Роль отдельных компонентов системы Si—С—О в процессах восстановления кремнезема не уточнена до настоящего времени. Большое влияние на ход реакции восстановления кремнезема оказывает присутствие железа, которое, растворяя кремний, понижает его активность в растворе и улучшает условия его перехода в сплав.

Отсутствие железа, с одной стороны, ухудшает условия протекания в печи процесса восстановления кремнезема до кремния, с другой стороны, способствует повышенному улету восстановленного кремния, достигающему 25—30% при производстве кристаллического кремния.

Железо значительно снижает температуру начала процесса восстановления, что видно из следующих цифр:

Содержание кремния всплаве, %1020457590100
Температура начала восстановления кремнезема, °С122512571400151015301579

Благотворное влияние железа определяется также тем, что оно разрушает карбид кремния по реакции:

mFe + nSiC = FemSin +nC

и способствует тем самым сдвигу реакции восстановления в сторону образования кремния. Эта реакция начинается при 1500° С и интенсивно проходит в интервале температур 1500—1600° С.

Наряду с восстановлением кремнезема в электропечи происходит частичное восстановление примесей кварцита и золы восстановителей: Аl2O3, СаО, MgO и др. до элементов или карбидов, которые затем могут разрушаться железом, кремнием или кремнеземом.

Восстановление примесей часто осуществляется за счет кремния. Возможно также образование силицидов металлов в результате взаимодействия их карбидов и кремнезема. Это подтверждается наличием в промышленных сортах ферросилиция значительных количеств алюминия, магния, бария, фосфора.

Восстановление окислов железа, содержащихся в шихтовых материалах для производства ферросилиция, протекает практически полностью. Имеющаяся в шихте сера в основном улетучивается в виде летучих соединений SiS и SiS2.

Входящие в состав шихтовых материалов глинозем, окись кальция, окись бария, окись магния и др., которые по физико-химическим условиям процесса получения ферросилиция не могут быть полностью восстановлены, ошлаковываются кремнеземом.

Поскольку наибольшую часть примесей составляет глинозем, он наряду с кремнеземом является главной составляющей шлака. При недостатке восстановителя в результате разрушения гарниссажа шлак обогащается карборундом.

Обычно на тонну ферросилиция ФС 45 образуется 25—40 кг шлака и на тонну ферросилиция ФС 75 35—60 кг шлака, содержащего около 30—45% SiO2; 2— 10% SiC; 20—30% Аl2O3; 12—25% СаО; 0,2—20% ВаО; 0,3—2,0% MgO и другие примеси. Температура плавления шлаков очень высока (1500—1700° С), а вязкость их составляет 1—5 Н-с/м2 (10—50 пз) даже при температуре 1700° С.

Вследствие высокой вязкости шлак частично остается в ванне печи и служит причиной ее зарастания, что снижает производительность печи, увеличивает удельный расход электроэнергии и сокращает продолжительность кампании печи. Из этого следует, что нужно использовать чистые материалы и добиваться полного удаления из печи образовавшегося шлака; это достигается глубокой и устойчивой посадкой электродов, достаточным количеством восстановителя в шихте, вращением ванны печи и в отдельных случаях присадкой флюса (извести или плавикового шпата). Читать далее >>

Источник [4] → список литературы.



Читайте также:

Вернуться в начало раздела: Производство ферросплавов
Вернуться на главную: Черная металлургия