Классификация ферросплавных процессов. Физико-химические основы получения ферросплавов. Производство силикокальция силикотермическим процессом. Производство углеродистого феррохрома, страница 9

·  Кристаллический кремний имеет серо-стальнй цвет и отличается металлическим блеском. Плотность кристаллического кремния при 293 К составляет 2,33 г/см³. Температура плавления кремния равна 1690К, кремнии плавиться с уменьшением объема на 9%. Кипения 3516 К.

·  В твердом состоянии железо и кремний образуют силициды Fe_mSi_n с температурой плавления 1410^оС.

·  Первая эвтектика 20% кремния, вторая 50% и третья эвтектика 59%. Температура плавления 1195, 1212 и 1207^оС.

·  Температура плавления ферросилиция стандартных марок не превышает 1370^оС.

·  Сплавы кремния с железом изучены П.В. Гельдом. В сплавах этого сосстава происходит целый ряд превращений, значительно влияющих на качество ферросилиция различных марок.

·  Дисилицид кремния стабиле только при низких температурах менее 1213 или менее 1255 К. при высоких температурах устойчива его высокотемпературная модификация – лебоит. Содержание кремния в этой фазе колеблется в пределах 53 – 56%. При охлаждении лебоит при температуре меньше 1213К разлагается по эвтектоидной реакции.

·  Fe₂Si₅→2FeSi₂+Si

·  А сплавов с 33,86 – 50,07% Si при температуре меньше 1255К – по перитектоидной реакции – эти превращения сопровождаются изменением объема силицида.

·  Поэтому сплавы содержащие лебоит, теряют сплошность, растрескиваются и даже рассыпаются.

·  При медленной, равновесной кристаллизации лебоит может выделяться при кристаллизации как сплава ФС75, так и ФС45.

·  Второй причиной, является то что образование трещин по границам позволяет фосфору, мышьяку, сульфидам и карбидам алюминия реагировать с влагой воздуха. В результате образуются водород PH₃, PH₄, AsH₄ и т.д. а в трещинах – рыхлые оксиды Al₂O₃, SiO₂ и другие соединения, которые способствуют рассыпанию.

·  Предотвратить рассыпание сплавов можно из модифицированием магнием, легированием добавками элементов, измельчающих зерно (V, Ti, Zr и др.) или делающих его более пластичным.

·  Измельчение зерна уменьшает на его границах концентрацию примесей. (P, Al, Ca) способствуют рассыпанию.

SiO2 – обладает высоким электросопротивлением, однако с повышением температуры электросопротивление SiO2 понижается, а в жидком состоянии кремнезем – неплохой проводник;

SiO2 – высокая вязкость. Объясняется она, тем, что SiO2 подобен органическим соединениям способен образовывать цепочки. Образуется вещество типо полимера.

SiO2 – высокая термическая устойчивость.

SiO - Оксид термодинамически устойчив только при высоких температурах свыше 1773 К. при охлаждении оксид диспропорционирует по реакции 2SiO(г)=Si(ж)+SiO2.

Термодинамически очень стоек и при повышении температуры его термодинамическая стойкость увеличивается.

В системе Si-C известно прочное соединение SiC. Этот карбид имеет:

·  Температуру возгонки 2700С

·  В сплавах не растворяется.

Физико-химические основы восстановления кремния

При производстве ферросилиция кремний восстанавливается углеродом до кремнезема при температурах, когда (G0)CO<(Gот)SiO2

По суммарной реакции SiO₂+2Cn=Si+2CO. Gот=666664-364,98 Т, Дж/моль. – эндотермические реакции

Константа равновесия этой реакции равна:

Кр=Р²со, так как активность SiO₂=1, a_c=1, a восстановленный кремний ни с CO, ни c SiO₂ и C не образует растворов.

На ряду с реакцией также протекает реакция:

SiO₂+3C=SiC+2Co

SiO₂+C=SiO+CO – реакции газофикации.

Плавка ферросилиция – процесс бесшлаковый, поэтому необходимо использовать чистое сырье, с низким содержанием оксидов алюминия, кальция, титана, фосфора.

В качестве кремнийсодержащих руж используют кварц, кварцит, халцедон. Горные породы с содержанием SiO2 от 95 до 98%. Ограничивают содержанием примесей (CaO+Mg) < 0,1%.

Технологическая схема подготовка кварцита включает в себя: подготовку по крупности, промывку с целью удаления глинистых соединений.

Для производства сплавов с содержанием до 45 используют кварцит с крупностью 25…80мм, а сплав с 75 и 90% - 50…120 мм.