ОКИСЛЕНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ КРЕМНИЯ


Кремний растворяется в железе в лю­бых соотношениях. При растворении выделяется заметное количество теп­ла. Изменение энергии Гиббса при рас­творении кремния (в области темпера­тур сталеплавильных процессов) со­ставляет ΔGo = -131 800-17,32 Т. Для раствора кремния в железе характерно отрицательное отклонение от закона Рауля, что свидетельствует о наличии определенных связей между кремнием и железом. На диаграмме Fe-Si при 33 мас.% Si (50 ат.%) на линии ликви­дуса наблюдается максимум. На кри­вых изменения вязкости и поверхнос­тного натяжения о также наблюдается перелом при этих соотношениях со­держания кремния и железа в сплаве. На основании этого можно заклю­чить, что кремний присутствует в сплавах с железом в форме группиро­вок, близких по составу к FeSi. Рас­творенный в железе кремний принято обозначать [Si].

11.3.1. Влияние температуры.Крем­ний—легко окисляющийся элемент. Окисление кремния, растворенного в металле, может происходить в резуль­тате его взаимодействия с кислородом:

а) растворенным в металле:

[Si] + 2[0] = (Si02),

ΔGo = -542 000 + 202,83 Т;

б) содержащимся в газовой фазе:

[Si] + 02(г) = (Si02),

ΔGo = -775 000 + 198,04Т;

в) содержащимся в оксидах железа шлака:

[Si] + 2(FeO) = (Si02) +2Fe ;

ΔGo =-29 900+98,04T

Во всех случаях при окислении кремния выделяется значительное ко­личество тепла. При точных термоди­намических расчетах необходимо учи­тывать также изменение энергии Гиб­бса растворения образующейся при окислении кремния SiO2 в шлаке кон­кретного состава. Из приведенных значений ΔGo следует, что окисление кремния может протекать интенсивно при наличии окислителя во всем ин­тервале температур, характерном для сталеплавильных процессов.

11.3.2. Влияние состава шлака.В агрегатах с основными шлаками реак­ция окисления кремния протекает практически до конца, так как образу­ющийся кремнезем взаимодействует с основными оксидами и активность SiO2 в основных шлаках ничтожно мала. Кислые шлаки, по крайней мере в конце плавки, насыщены кремнезе­мом. Активность кремнезема в кис­лых шлаках близка к единице (аSiО2~l). Если при работе под кис­лыми шлаками отсутствует интенсив­ный подвод окислителей (кислорода, воздуха, железной руды), то между на­сыщенным кремнеземом шлаком и компонентами расплава возможно взаимодействие:

(SiO2) + 2[Mn] = 2(MnO) + [Si],

ΔGo = 32 200 -132,807;

(SiO2) + 2[C] = 2COr+[Si],

ΔGo = 611300 -336,47Т.

Реакции эти идут с поглощением тепла. Значения ΔGoсвидетельствуют о том, что протеканию реакций вос­становления кремния способствуют высокие температуры. Кроме темпе­ратуры на процесс восстановления кремния влияют составы металла и шлака. Влияние температуры для рас­плава, , тем

Рис. 11.5.Кривые равновесия реакции SiO2 + 2C ↔ Si + 2CO в расплавах Fe-C

 

шлака. Влияние температуры для рас­плава, содержащего кремний и угле­род, показано на рис. 11.5. Константа равновесия реакции (SiO2) + 2Fеж = 2(FeO) + [Si] K =а2 (FeO)a[Si]/a(SiQ2); B насыщенных SiO2 шлаках a(SiQ2);=1 и К= а (FeO) * а[Si], откуда а[Si] = К/ а (FeO)

Чем ниже активность оксидов же­леза в шкале, тем дальше пойдет про­цесс восстановления кремния. Такие компоненты расплава, как углерод или марганец, понижают окислен­ность и металла, и шлака, повышая степень восстановления кремния. Ос­новной оксид железа FeO в кислых шлаках связан с кремнеземом в сили­каты железа, и его активность мала. Если в шлак ввести более сильный основный оксид, например СаО, то он разрушит силикаты железа, образуя силикаты кальция, и активность ок­сидов железа в шлаке возрастет, соот­ветственно затормозится процесс вос­становления кремния. Таким образом, можно считать, что процесс восста­новления кремния из кислых шлаков идет по схеме

(SiO2) + 2Fex = 2(FeO) + [Si],

 

K =а2 (FeO)a[Si]/a(SiQ2)

а компоненты металла или шлака вли­яют на а (FeO) смещая равновесие в сторону восстановления или окисле­ния кремния. Если в ванну интенсив­но подают окислитель, то имеет место окисление железа, значение а (FeO) возрастает и в металле остаются лишь сле­ды кремния.

 

 

11.4. ОКИСЛЕНИЕ И



Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 2213;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.009 сек.