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., Абенов Б.А., Ажиров Ә.К.,

Аманов Ж.А.

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

Моделирование образования ферросилиция в системe SiO₂-Fe₃С-C

В настоящей статье рассматривается возможность образования силицидов железа на основе термодинамического моделирования в интервале температур 1600-2200К и давлении р=0,1МПа. Для количественного термодинамического моделирования процессов образования ферросилиция был использован программный комплекс «Астра-4», разработанный в МВТУ им. Баумана [1,2] и основанный на принципе максимума энтропии- фактора, связанного со степенью упорядоченности энергетического состояния микрочастиц, из которого состоит рабочее тело.

В соответствии с [3-5] в клинкерах вельцевания различных материалов железо находится в восстановленном состоянии в форме Fe, FeO, Fe₃O₄, а также в виде цементита (Fe₃C), углерод же представлен в виде непрореагировавшего кокса в процессе вельцевания цинковых руд.

В системe SiO-Fe₃C-C рассмотрено взаимодействие монооксида кремния (SiO) с цементитом (Fe₃C) и углеродом.

При рассмотрении взаимодействия в системе SiO-Fe₃C-C была принята реакция 3SiO+Fe3C+2C=3FeSi+3CO.

Влияние температуры на распределение железа (Fe), кремния (Si), углерода (C) и кислорода (О₂) в системе SiO-Fe₃C-C характеризуется образованием 4 элементами и соединениями: Fe, FeSi, Fe₅Si₃, Fe₃Si, Si, Si₂, Si₃, CO, CO₂ и т.д. Из рисунка 1, можно наблюдать, что степень перехода Fe в силициды железа (Fe_mSi_n) в системе SiO-Fe₃C-C при соотношении SiO/Fe₃C/С равном 3/1/2 соответственно составляет для соединения Fe₃Si до 36,48% (при Т=2500К), для соединения Fe₅Si₃ от 9,76% (при Т=1900К) до 99,99% (при Т=1800К), для соединения FeSi до 90,23% (при Т=1900К).

Степень перехода Si в ферросплав (Fe_mSi_n) в системе SiO-Fe₃C-C при вышеназванном соотношении показана на рисунке 1. Из которого следует, что степень перехода Si в ферросплав составляет для соединения Fe₃Si до 12,21% (при Т=2500К), для соединения Fe₅Si₃ до 60,26% (при Т=1800К), для соединения FeSi до 90,63% (при Т=1900К).

Таким образом, как видно из рисунка 1, в системе SiO-Fe₃C-C возможно образование ферросилиция группой силицидов кремния (Fe₃Si, Fe₅Si₃, FeSi) с содержанием кремния в прогнозируемом ферросплаве от 20% до 29% (что соответствует маркам ферросилиция ФС20, ФС25, согласно ГОСТ 1415 - 93 (ISO 5445 - 80)), со степенью извлечения в сплав кремния α_Si от 12,21 до 90,63%, железа α_Fe от 36,48 до 99,99% с температурным оптимумом при 1800К.

Литература

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

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

3 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.

4 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.

5 Шевко В.М., Капсалямов Б.А., Бишимбаев В.К., Колесников А.С., Картбаев С.К. Комплексная электротермическая переработка клинкеров вельцевания оксидных ачисайских цинксодержащих руд (монография)-Шымкент,2009.-153с.