Окисление кремния в процессе плавки можно записать в виде реакции:
- [Si] + 2 (FeO) = 2 [Fe] + (SiO2),
При плавке в основных дуговых печах образующийся кремнезем связывается в шлаке в прочные соединения типа силикатов, видимо, главным образом ортосиликата кальция 2CaОSiO2. Вследствие этого активность кремнезема в основном шлаке очень мала и при достаточно высокой активности закиси железа, характерной для периода плавления и окислительного периода плавки, окисление кремния проходит практически полностью. Более того, обычно окисление кремния Si полностью происходит во время плавления.
Лишь в восстановительный период плавки в основных дуговых печах при понижении содержания закиси железа до величины менее 0,5% может происходить некоторое восстановление кремния, не превышающее 0,08—0,12%.
Иначе дело обстоит при плавке в кислой печи, где наводится шлак с высоким содержанием кремнезема.
Кислый шлак, как отмечалось, состоит преимущественно из трех окислов: SiO2, FeO, МnО. Рассмотрим для простоты бинарную систему SiO2—FeO; система SiO2—МnО аналогична и введение МnО качественно не изменит результат.
Cтепень окисления кремния уменьшается, т. е. возможность восстановления кремния увеличивается с увеличением активности SiO2 в шлаке. Максимальная активность SiO2 достигается в том случае, когда образуется насыщенный им раствор, равновесный с твердым кремнеземом.
В бинарной системе FeO—SiO2 предел насыщения достигается при составе, соответствующем линии ликвидуса, что при температурах сталеплавильного процесса составляет примерно 50% кремния. При таком содержании SiO2 активность его, как и твердого кремнезема, с которым раствор равновесен, равна единице. Вместе с тем при состоянии, соответствующем линии ликвидуса, достигается не только максимальная активность SiO2, но и минимальная активность закиси железа, которая полностью связана кремнеземом и не существует в «свободном» состоянии. При этом достигается минимальная окислительная способность шлака и создаются наиболее благоприятные условия для восстановления кремния.
Высокая активность в кислом шлаке SiO2, содержание которого превышает 50%, и низкая активность закиси железа приводят к тому, что при кислом процессе окисление кремния проходит не полностью. К концу окислительного периода в результате повышения содержания кремнезема, который, находясь в шлаке частично в виде взвешенных кристалликов, повышает вязкость шлака и уменьшает интенсивность массопереноса к металлу закиси железа, а также в результате повышения температуры кремний даже восстанавливается и содержание его в стали повышается до 0,15—0,30%.
Переход кремния в металл происходит не вследствие диссоциации SiO2, а главным образом в результате восстановления кремния его углеродом:
- SiO2 + 2 [С] = [Si] + 2СО(г).
Реакция эта протекает на поверхности пода в результате участия материала футеровки печи.
Смотрите видео на металлургическую тематику в нашем новом разделе - "ВИДЕО"
