К.т.н. Колесников А.С.

РГКП «Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова», Казахстан

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ SiO C SiC

При получении сплавов железа с кремнием одной из определяющих реакций являются процессы восстановления SiO₂ углеродом с образованием SiC и SiO, которому посвящено немало работ[1-3]. Однако дальнейшее взаимодействие SiC и SiO изучено не достаточно глубоко. С разработкой программного комплекса «Астра», основанного на принципе максимума энтропии [4] возможно устранение данного пробела. Многоцелевой программный комплекс «Астра» созданный в МВТУ им. Баумана предназначен для моделирования равновесных состояний и процессов в высокотемпературных системах с химическими и фазовыми превращениями. Основу информации в базе данных комплекса составляют термодинамические, термохимические свойства индивидуальных веществ систематизированных в РАН и Национальном бюро стандартов США [4].

В настоящей работе нами приводятся результаты взаимодействия в системе SiC -SiO с учетом прогнозируемой реакции:

SiO+SiC=2Si+CO (1)

Исследования проводили при давлениях 0,1; 0,01; 0,001 мПа, температурная область исследований составила – 3000К.

На рисунке 1 приведена информация о влиянии температуры (Т) и давления (Р) на содержание компонентов в системе SiC-SiO. Необходимо отметить, что число соединений и элементов принимающих участие в реакции составляет в зависимости от температуры и давления 20: CO, Si, SiO₂, Si₂O, CO₂, Si₂, SiC_к, Si₃C, Si_к, Si₃, SiC₂, SiO, Si₂C, SiC, Si₂C₂, C, C₃, C₂O, C₂, O. Как видно из рисунка 1а при давлении Р=0,1мПа повышение температуры от 2000К до 3000К ведет к увеличению содержания конденсированного кремния и газа СО и достигает максимума при Т=2800К Si_к=42,6 и при Т=2900К, СО=44,4%. При этом падает содержание SiO до 5,6% (Т=2900К) и SiC_к до 0,0 % (Т=3000К), что говорит об активном протекании реакции (1). Достигнув максимума (42,6%), содержание конденсированного кремния идет на снижение и уже через 100 градусов падает на 4,2%. Предпосылкой снижения активности реакции (1) является то, что начиная с Т=2100К в газовой фазе появляется элементный кремний и соединения: SiO₂, Si₂O, CO₂, Si₂, Si₃C, Si₃, SiC₂. При Т=2400К соединение SiO₂ исчезает, вызывая появление фаз: Si₂C, SiC, Si₂C₂. При Т=2600К, очевидно в следствии распада SiC в газовой фазе появляется элементный углерод следующих модификаций и соединений: C, C₃, C₂O, а уже приТ=2700К - C₂ и при Т=3000К элементный кислород.

а) Р=0,1мПа; б) Р=0,01мПа; в) Р=0,001мПа;

Рисунок 1- Влияние температуры (Т) и давления (Р) на содержание компонентов в системе SiC-SiO

Таким образом на основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

- реакция взаимодействия SiC c SiO протекает активно и заканчивается в зависимости от давления в интервале 2300-2800К;

- повышение температуры приводит к возгону кремния, раложению карбида кремния, которое интесифицируется с понижеием давления в системе;

- низкое давление в совокупности с высокой температурой приводит к газификации всех составляющих системы.

Литература:

1 М.А.Рысс Производство ферросплавов. М.: «Металлургия». 1968, 392 с.

2 Ф.П.Еднерал Электрометаллургия стали и ферросплавов. М.: «Гос.науч. техн.изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии» . 1963, 640 с.

3 М.И.Гасик, Н.П.Лякишев, Б.И.Емлин Теория и технология производства ферросплавов . М.: «Металлургия» . – 1988, 764 с.

4 СиняревГ.Б., Ватолин Н.А. и др. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов. М.: Наука. 1982. -269с.