К.т.н. Колесников А.С., д.т.н., Капсалямов Б.А., к.т.н. Каратаева Г.Е., Утеева Р.А., Аринова Д.Б., Карымбаева М.П., Тойшыбек А.М., Жолан О.М., Бердыбаев М.К.

РГП «ЮКГУ им. М. Ауезова», Шымкент, Казахстан

Образование силицида железа (Fe₃Si) с отгонкой цинка в системe ZnSiO₃-Fe₃C-C

В клинкерах вельцевания различных материалов железо находится в восстановленном состоянии в форме Fe, FeO, Fe₃O₄, а также в виде цементита (Fe₃C), а цинк в виде силикатов в форме ZnSiO₃, углерод же представлен в виде непрореагировавшего кокса в процессе вельцевания цинковых руд [1-3].

В настоящей статье рассматривается возможность образования силицида железа (Fe₃Si) на основе термодинамического моделирования в интервале температур 1600-2400К и давлении P=0,1МПа. Для количественного термодинамического моделирования процессов образования ферросилиция был использован программный комплекс «Астра-4», разработанный в МВТУ им. Баумана [4,5] и основанный на принципе максимума энтропии- фактора, связанного со степенью упорядоченности энергетического состояния микрочастиц, из которого состоит рабочее тело.

В системe ZnSiO₃-Fe₃С-C рассмотрено взаимодействие цементита (Fe₃С) с силикатом цинка (ZnSiO₃) и углеродом.

При рассмотрении взаимодействия в системе ZnSiO₃-Fe₃С-C была принята реакция ZnSiO₃+ Fe₃С+2C=Zn+Fe₃Si+3CO.

Влияние температуры на распределение цинка (Zn), железа (Fe), кремния (Si), углерода (C) и кислорода (О₂) в системе ZnSiO₃-Fe₃С-C характеризуется образованием 4 элементами и соединениями: Zn, Fe, Fe₃Si, Si, Si₂, SiО, ZnО, CO и CO₂. Из рисунка 1, следует, что степень перехода Zn в газовую фазу в системе ZnSiO₃-Fe₃С-C достигает до 100% уже при 1600К, затем в температурном интервале от 1800 до 2400К наблюдается понижение до 99,99%.

Степень перехода Fe в силицид железа (Fe₃Si) в системе ZnSiO₃-Fe₃С-C при соотношении ZnSiO₃/Fe₃С/С равном 1/1/2 соответственно составляет от 0,99% при Т=1700К до 93,37% при Т=1900К.

Степень перехода Si в ферросплав (Fe₃Si) в системе ZnSiO₃-Fe₃С-C при вышеназванном соотношении показана на рисунке 1. Из которого следует, что степень перехода Si в ферросплав составляет для соединения Fe₃Si от 0,76% (при 1700К) до 71,96% (при Т=1900К).

Таким образом, как видно из рисунка 1, в системе Fe₃O₄-ZnSiO₃-C цинк полностью отгоняется в газовую фазу со степенью перехода α_Zn=99,99-100%, при этом также возможно образование низкомарочного ферросилиция (Fe₃Si) с содержанием кремния в прогнозируемом ферросплаве ≈ 14% (что соответствует марке (ISO) ферросилиция FeSi15 (с содержанием Si в сплаве 14-20%, согласно ГОСТ 1415 - 93 (ISO 5445 - 80)), со степенью извлечения в сплав кремния α_Si от 0,76 до 71,96%, железа α_Fe от 0,99 до 93,37% при температурном оптимуме 1900К.

Литература

1 Колесников А.С. Разработка комплексной электротермической технологии извлечения цветных металлов и железа из клинкера вельцевания оксидных руд: автореф. … канд. техн. наук. - Алматы.: ЦНЗМО, 2008. -23 с.

2 Колесников А.С. Разработка комплексной электротермической технологии извлечения цветных металлов и железа из клинкера вельцевания оксидных руд: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук- Алматы.: ЦНЗМО, 2008. -132с.

3 Синярев Г.В., Ватолин Н.А., Моисеев Г.К. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов.-М.: Наука, 1962.-263 с.

4 Трусов Б.Г. Термодинамический метод анализа высокотемпературных состояний и процессов и его практическая реализация: дис. на соискание докт. техн. наук – М., 1984. -272с.

5 Трусов Б.Г. Термодинамический метод анализа высокотемпературных состояний и процессов и его практическая реализация: дис. на соискание докт. техн. наук – М., 1984. -272с.