Восстановление кремния
ВОССТАНОВЛЕНИЕ КРЕМНИЯ И ВЫПЛАВКА
КРЕМНИСТЫХ ЧУГУНОВ
Кремний присутствует в рудах главным образом в виде кремнезема, а в агломерате — в виде силикатов. Сродство кремния к кислороду весьма велико, поэтому он может восстанавливаться в печи только прямым путем. Более того, вряд ли есть основания
считать, что в доменной печи может найти широкое развитие известная реакция восстановления кремния углеродом:
Si02 + 2C = Si + 2CO.
Термодинамический анализ и опытные данные показывают, что для протекания этой реакции слева направо нужна высокая температура — около 1450° С. Вместе с тем установлено, что в доменной печи кремний восстанавливается при более низкой температуре. Следовательно, есть факторы, которые понижают температуру восстановления кремния. Прежде всего образуется соединение кремния с железом — силицид железа FeSi и кремний переходит в металлический расплав.
В условиях доменного процесса реакцию восстановления кремния можно представить в таком виде:
Si02 + 2 С + Fe = FeSi + 2CO;
ДЯ298 = 554 709 кдж/кмоль (132 499 ккал/кмоль).
Такая реакция, как показали опыты, протекает при 1050— 1150° С. В условиях доменной печи и эта реакция не может получить широкого развития, так как для ее протекания необходимо, чтобы железо и кремнезем не переходили в жидкие фазы — чугун и шлак. По-видимому, при высоких температурах кремний восстанавливается также углеродом карбида железа из жидкого шлака:
2Fe3C + Si02 = FeSi + 5Fe + 2СО.
Для улучшения условий восстановления кремния необходимо:
а) повысить расход кокса; б) нагревать дутье до максимально высокой температуры; в) обогащать дутье кислородом; г) применять легковосстановимую железосодержащую шихту с тугоплавкой пустой породой, кремнезем которой равномерно распределен в массе окислов железа; д) работать на тугоплавких шлаках с повышенным содержанием глинозема.
Для разных чугунов требования по содержанию кремния неодинаковы. Например, в передельных чугунах содержание кремния должно быть пониженным. При хорошо подготовленной и тщательно усредненной шихте содержание кремния в чугуне может быть около 0,3%. Для предупреждения снижения температуры в нижней части печи, обусловленного случайным изменением состава шихты, приходится выплавлять передельный чугун с более высоким содержанием кремния 0,5—0,8% и выше.
В литейном чугуне разных марок содержится 0,75—3,75% Si. В доменных печах можно выплавлять также и бедный ферросилиций, содержащий 9—18% Si. Верхний предел относится к работе печей с применением дутья, обогащенного кислородом. Ферросилиций выплавляют обычно при высоком расходе металлодобавок (около 450 кг на 1 т сплава). Расход кокса составляет 1000—1300 кг на 1 т сплава.
Чем выше содержание кремния в чугуне, тем больше расход горючего. На каждый процент кремния в чугуне расход кокса повышается на 5—10%. Применение дутья, обогащенного кислородом до 30%, позволяет повысить производительность печи примерно на 40% и снизить расход кокса на 15—20%.