Восстановление кремния

Кремний попадает в доменную печь с шихтой в виде SiO₂, который является трудновосстановимым оксидом с высокой теплотой диссоциации:

SiO₂ = Si + O₂ – 872.63 МДж

В связи с этим восстановление кремния протекает при высоких температурах и сопровождается значительным расходом тепла. Водород и монооксид углерода кремнезем не восстанавливают, т.е.

SiO₂ + 2CO = Si + 2CO₂

lgKp = (-16520/T) – 0.65lgT + 2.34

при Т=1500 К Kp = 10^-11

Таким образом, восстановить кремний можно только с затратами твердого углерода:

SiO₂ + 2C = Si + 2CO – 636.76 МДж

Эксперментально показано, что восстановление кремния в доменной печи начинается около 1400°С. полагают, что восстановление кремния происходит с образованием промежуточного соединения – монооксида кремния (SiO):

SiO2 + C = SiO + CO

SiO + C = Si + CO

-----------------------

SiO2 + 2C = Si + 2CO

…

Кремний может образовывать силициды железа, например Fe + Si = FeSi + 83.64 МДж или

SiO2 + 2C + Fe = FeSi + 2CO

 

На восстановление кремния определенное влияние оказывает давление в печи: чем оно выше, тем в меньшей степени и позднее восстанавливается кремний.

по данным В.М. Щедрина, температура начала восстановления кремния

T_Si = 17942/(9.91 - lgp_CO)

Содержание кремния в чугуне (в %) можно определять из соотношения

[Si] = k/pⁿ_д

где p_д – давление дутья, Па; k и n – константы.

Предельное содержание кремния в ферросплаве (ферросилиции) можно рассчитать по реакции Fe + Si = FeSi, где [Si]_пред = 28/84 ~33%

В реальных условиях в доменный ферросилиций переходит не выше 10-14% Si. Выплавка кремнистых чугунов (литейного чугуна, ферросилиция) требует высоких температур в печи, больших затрат тепла, что обуславливает, как и в случае выплавки ферромарганца, значительный перерасход кокса. Улучшению восстановления кремния способствует плавка на кислых шлаках.