2 Спеціальна частина

2.1 Фізико-хімічні процеси, що проходять у ванні печі.

Силікомарганець отримують шляхом відновлення окислів марганцю та кремнію вуглецем коксу. Фізико-хімічна сторона процесу взагалі може бути представлена слідучими реакціями:

У верхній горизонтах печі мають місце реакції побічного відновлення вищих окислів заліза до елементарного і манганозита (MnO),

3Fe2O3 + CO = 3Fe3O4 + CO2

ΔGt = - 32970 - 53.85 T, Дж/моль

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2

ΔGt = 29790 - 34,53 T, Дж/жоль

FeO + CO = Fe + CO2,

ΔGt = - 228002 + 24,26 T, Дж/моль,

2MnO2 + CO = Mn2O3 + CO2

ΔGt = -212400 – 19,84 T, Дж/моль

Mn2O3 + СO = 2MnO + CO2

ΔGt = -51218 – 46,39 T,Дж/моль

Закис марганцю (MnO), який утворюється у ванні печі як вибір розвитку непрямого відновлення вищих окислів марганцю, може бути відновлений до металу (карбіду) тільки твердим вуглецем.

MnO + (I + X) = MnCx + CO,

ΔGt = 196293 – 123 T, Дж/моль

Велечина ΔGt = 0 має місце при 1597К, а для реакції (8) і (9) 1701 і 1579 відносно.

2MnO + 2C = 2Mn +2CO,

ΔGt = 545490 – 320,7T.

2MnO + 20/7C = 2/7 Mn7C3 + 2CO,

ΔGt = 531110 - 336T.

За величиною хімічної спорідненості елементів до кисню можна зробити висновок, що при нагріві шихти насамперед вуглець взаємодіе з окислами заліза та фосфору, а потім з закиссю марганцю.

Відновлення фосфору вуглецем протікае за реакціею:

2/10P4O10 + 4C = 2/5P2 + 2CO,

ΔGt = 416300 - 381,5T, Дж/моль;

ΔGt = 0 при 1093К.

Відносно невелика температура відновлення фосфору, дуже близька до температури відновлення заліза, сприяє виникненню міцних фосфідів заліза на першому етапі відновлення, а потім фосфодів марганцю і складних фосфодів марганцю та заліза. Паралельно у зоні підвищених температур помітній розвиток отримує реакція відновлення кремнію з кремнезему. В металевому розплаві термодинамічно забезпечуються процес відновлення кремнію:

SiO2 + 2C = Si + 2CO,

ΔGt = 697390 - 359,07 T, Дж/моль

І виникнення силікомарганцю, що може бути описано схемою:

(SiO2) + 2C +[mnCx] = [Mn - Si - Cx] + 2CO

Тереотична температура проходження реакції за цією схемою залежить від рівноваги складу кремнію в силікомарганці і складає 1748, 1770 і 1782К для вмісту кремнію у сплаві 14, 17 і 20% відносно. При проводжені складних залізомарганцевих карбідів через окисний розплав, а також на кордоні шлак-метал, мають місце процеси відновлення кремнію вуглецем карбідів:

(Mn,Fe)7C3 + (SiO2) = [Si]C,Mn,Fe + 2CO

(SiO2) + mncx = [Mn - Si - Cx - 1] + 2CO

Процес утворення силікомарганцю може бути описаний такою схемою:

MnO + SiO2 + 4C = (Mn,Si,C) + 3CO

В рідних сплавах системи Mn - Si - С розчинить вуглецю знижується з підвищенням складу кремнію у сплаві, що пояснюється більш високою термодинамічною міцністю силіцидів в порівнянні з карбідами марганцю. Вуглець при цьому виділяеться у вигляді вільного або карбіду кремнію.