title-icon
Яндекс.Метрика
» » Восстановление кремния

Восстановление кремния

Все сырые материалы доменной плавки содержат кремнезем. Как известно, кремнезем имеет восемь модификаций. Теплота образования одного моля SiO2 видна из реакции:
Siтв + О2газ = SiО2а кварц + 206 000 ккал.

Кроме того, кремний может соединяться с кислородом в моноокись SiO.
Как показали исследования П.В. Гельда, моноокись кремния при высоких температурах легко испаряется.
Кремнезем имеет очень низкую упругость диссоциации. Таким образом, кремнезем является соединением значительно более прочным, чем закись железа.
Лабораторные исследования показали, что кремний из кварцевого песка восстанавливается за счет твердого углерода при 1360° С по реакции:
SiО2 кристоб + 2Скокса = Si + 2СО — 150090 ккал.

Степень восстановления за 2 часа составила при 1300° С 7%, при 1400° — 21% и при 1500° — 50%.
В присутствии железа, с которым кремний образует силициды, температура начала восстановления кремния снижается до 1050° С по тем же причинам, которые были указаны при рассмотрении восстановления марганца.
Лабораторные исследования условий восстановления кремния из синтетических доменных шлаков различного состава показали, что при 1400—1500° С из шлака переходит в чугун лишь 0,2—0,7% Si. При длительной выдержке при 1600° С в металл переходило около 3% Si.
Можно предполагать, что кремний восстанавливается в значительной мере из свободной кремнекислоты или моноокиси кремния, находящихся в парообразном состоянии.
При производстве чугунов, богатых кремнием, состав шлака и его количество оказывают влияние на успешность выплавки кремнистых чугунов. Кремнезем, как кислотный окисел, будет соединяться с основными окислами, поэтому для успешного перехода кремния в чугун полезны кислые шлаки. Так как в условиях работы на коксовых доменных печах кислые шлаки неприменимы (исключая случаи применения внедоменной десульфации), то целесообразно работать на основных шлаках с повышенным содержанием глинозема. В таких шлаках отношение CaO : SiO2 выше, чем в малоглиноземистых, что способствует лучшему удалению серы; с другой стороны, высокоглиноземистые шлаки более тугоплавки и горячее, а это способствует повышению температуры в горне и тем самым усилению восстановления кремния.
Количество шлака также имеет значение при выплавке высококремнистых чугунов. М.А. Павлов отмечает, что в этом случае желательно иметь увеличенное против обычного количество шлака по следующим причинам. Большее количество шлака облегчает переход кремния в чугун, во-первых, потому что при одном и том же количестве восстанавливающегося кремния концентрация кремнезема в шлаке понижается в меньшей степени, во-вторых, потому что при большем количестве шлака всякие временные изменения в составе чугуна, пустой породы руды и т. д. будут меньше отражаться на составе шлака.
Влияние последнего обстоятельства М.А. Павлов иллюстрирует следующим небольшим расчетом. При работе на богатой криворожской руде с относительным количеством шлака 0,4, изменение содержания кремния в чугуне на 1 % отвечает изменению содержания кремнезема в шлаке примерно на 5,4% (чугуна 1000 кг, шлака 400 кг, 1% в чугуне 10 кг), что отвечает
Восстановление кремния

Такое изменение состава шлака окажет весьма большое влияние на свойства шлака и на ход печи.
С другой стороны, при высоком относительном количестве шлака, например 1,5 (по примеру Кливленда), получим, что при том же изменении содержания кремния в чугуне содержание в шлаке изменится только на

что не может оказать существенного влияния на свойства шлака.
Однако учитывая, что увеличение относительного количества шлака вызывает большой перерасход кокса, в современных условиях при плавке литейного чугуна нужно стремиться не к увеличению относительного количества шлака, а к достижению постоянства хода печи, при котором исключается возможность резких колебаний в нагреве печи и тем самым в содержании кремния в чугуне.
Большая затрата тепла на восстановление кремния и необходимость поддерживать высокую температуру в горне имеют своим следствием то обстоятельство, что при выплавке высококремнистых чугунов расход горючего сильно возрастает.
При выплавке литейных чугунов с содержанием кремния 2,5—4% расход горючего увеличивается на 15—20%, по сравнению с расходом на передельный; при выплавке же ферросилиция расход горючего возрастает до двух единиц, иногда и более на тонну сплава.
Высокий нагрев дутья, способствуя повышению температуры горна, облегчает восстановление кремния. Поэтому при выплавке высококремнистых чугунов необходимо держать нагрев дутья на максимально возможном высоком уровне. Весьма желательно также применять дутье, обогащенное кислородом.
Практика выплавки ферросилиция в доменных печах показывает, что даже при всех благоприятных условиях в горне и заплечиках доменной печи может быть получен сплав с предельным и сравнительно невысоким содержанием кремния. Это объясняется следующим. По мере восстановления кремния концентрация кремнезема в шлаке падает, с другой стороны, концентрация кремния в металле возрастает. Действие обоих факторов направлено в одну сторону и ограничивает процентное содержание кремния в металле, выплавляемом в доменных печах.
При выплавке мартеновских чугунов, содержание кремния в которых должно быть невелико, во всяком случае менее 1%, не требуется принимать каких-либо мер по обеспечению надлежащего восстановления кремния; наоборот, иногда приходится заботиться о предотвращении излишнего восстановления кремния.
Практиками доменного производства было уже давно замечено, что кремнекислота в некотором количестве возгоняется и выносится газами из печи. За пределами доменной печи газообразная кремнекислота конденсируется, оседая на железных конструкциях в виде тончайшего порошка белого цвета.
Количество возгоняющейся кремнекислоты тем больше, чем горячее работает печь, однако более или менее точных данных о количестве возгоняющейся кремнекислоты нет. А.Н. Рамм рекомендует принимать количество возгоняющейся кремнекислоты при плавке ферросилиция равным примерно 10—20%, при выплавке литейного чугуна — не более 5%.

title-icon Подобные новости