Некоторые примеси вызывают рассыпание лебоитсодержащего ферросилиция. В ряде случаев рассыпание ферросилиция но влажной атмосфере сопровождалось выделением фосфористого водорода РН3 и мышьяковистого водорода AsH3, что приводило к отравлениям. Иногда образовывалось самовоспламеняющееся жидкое соединение фосфора с водородом – Р2Н4. Все это заставило обратить внимание на содержание в ферросилиции фосфора и других примесей. Н.С. Курнаков и Г.Г. Уразов (1914 г.) установили, что сплавы, содержащие от 50 до 60% Si, ~ 3% Аl и 0,03% ? в присутствии влаги быстро рассыпаются. По данным работы [39] наиболее вредной примесью является фосфор, особенно в присутствии кальция. По Де-Лемини в ферросилиции нельзя допускать содержания алюминия более 2,5%. По Г. Фолькерту [118] причиной рассыпания ферросилиция является наличие в нем карбида алюминия, а также [16] фосфидов, сульфидов, карбида кальция. По данным К. Кинтцингера и Г. Фолькерта 45 – 48%-ный ферросилиций распадается, если в нем содержится около 0,2% Р. По американским исследованиям (А. Преструд и др.) фосфористые и мышьяковистые соединения кальция, алюминия, титана и кремния при ликвации слитка ферросилиция сосредоточиваются в легкоплавкой (эвтектической) зоне, и если в ней содержится около 55% Si и > 1,7 Al, то сплав быстро разрушается влагой воздуха с образованием РН3 и AsH3. Этому вопросу было посвящено несколько отечественных работ.
По данным Института ферросплавов ЦНИИЧМ [119] (руководитель работы ? П. Хазанова) охлажденные с большой скоростью (скорость охлаждения в интервале 1330 – 600° в среднем 200° в минуту) высокопроцентные (>69% Si) сплавы устойчивы при длительном хранении, если содержат не более 0,5% Al; 0,4% Са и 0,04% Р. Сплавы с 93 – 98% Si устойчивы при содержании алюминия до 2,5% и фосфора 0,09%. Повышение содержания фосфора выше указанных пределов даже на сотые воли процента резко понижает стойкость сплава. Повышение содержания кальция сказывается в том случае, если оно составляет десятые доли процента. Еще менее влияет повышение содержания алюминия; оно сказывается только если составляет 0,5 – 1,0%, Порошок рассыпавшегося высокопроцентного ферросилиция имеет крупность 18 – 120 меш. Чем мельче фракция порошка, тем больше он содержит железа, алюминия и фосфора.
И.А. Зоткин установил, что ферросилиций, разлитый в лаборатории в графитовые изложницы в слитки толщиной не более 30 мм (для предупреждения ликвации), не рассыпается. При введении только одного фосфора в количестве свыше 0,06% рассыпаются сплавы, содержащие 55 – 65% Si. Одновременное введение в сплав более 5% Al или более 4,5% Са приводит к рассыпанию сплавов этой (лебоитной) области уже при содержании фосфора >0,04%. Изменение содержания алюминия в пределах 1 – 3% незначительно влияет на рассыпаемость ферросилиция. Установлено [103], что совместное наличие в ферросилиции алюминия и фосфора тормозит эвтектоидный распад лебоита; еще резче сказывается присутствие кальция (0,2 – 0,4%). И.Н. Струков и П.В. Гельд вновь подтвердили, что ферросилиций в отсутствии примесей не рассыпается; влага ускоряет процесс рассыпания. В лабораторных опытах И.Н. Струкова и П.В. Гельда длительный стабилизирующий отжиг при 800° предотвращал рассыпание образцов, содержавших 52 – 58% Si и 1,7 – 2,0% Аl, 0,16 – 1,0% Р, 0,36 – 0,5% Са.
Заводские слитки ферросилиция обычно толще, объемистей лабораторных, более подвержены ликвации вследствие медленной кристаллизации и рассыпаются, по данным И.А. Зоткина, уже при содержании фосфора 0,03 – 0,04%. По материалам 1934 г. [27] при производстве 45%-ного ферросилиция переходит в сплав 64% фосфора шихты; остальной фосфор, по-видимому, летит в восстановленном виде, поскольку Р2О5 принадлежит к числу легко восстановимых окислов. По материальным балансам, опубликованным в 1954 г. В.Д. Мароном и Е.И. Корочкиным [120], переход фосфора в сплав при производстве 45%-ного ферросилиция составил 66,6%, а при производстве 75%-ного – 53,8%.
По данным материального баланса, приведенного в сентябре 1956 г. металлургической лабораторией челябинского завода (Н.А. Агаркова и др.), переход фосфора в сплав при производстве 75%-ного ферросилиция составил 88%. При этом содержание фосфора в сплаве было 0,043%, т.е. достаточно большим.
Источниками фосфора являются коксик и стальная стружка. Если в балансе В.Д. Марона и Е.И. Корочкина стружка содержала 0,044% Р, то по челябинскому балансу в стружке обнаружено 0,10% Р. С железом фосфор образует несколько фосфидов, в том числе Fe3P (?H = – 51 000 кал; по другим данным – 35200 кал); с кремнием образуется фосфид SiP (?Н = – 15000 кал); с алюминием – нестойкие фосфиды (Аl3Р и др.).
Необходимо для выплавки 75%-ного ферросилиция подбирать малофосфористые материалы; коксик должен содержать в золе не более 0,25% Р. В частности, в условиях Урала для выплавки этого сплава следует частично использовать низкофосфористый губахинский коксик. При составлении материального баланса в Челябинске содержание фосфора в золе коксика было 0,27%, а по данным В.Д. Марона и Е.И. Корочкина – 0,42%. Приходится признать, что этому вопросу не уделяется должного внимания.
Содержание фосфора в коксике для производства ферросплавов действующими техническими условиями (МПТУ 1418 – 54) не оговаривается. В связи с этим надлежит проделать технико-экономический расчет потерь ферросилиция от рассыпания, затрат на специальные меры при разливке, транспортировке, а особенно – затрат на упаковку для длительного хранения, одновременно уточнив возможности обеспечения низкофосфористым коксиком хотя бы производство 75%-ного ферросилиция; этот расчет покажет необходимость внесения изменений в указанные технические условия.
Переход в сплав алюминия из шихты по данным 1934 г. для 45%-ного ферросилиция составлял 87%, а для 75%-ного – 74%. Балансы 1954 – 1956 гг. дали для 45%-ного ферросилиция переход алюминия шихты в сплав 68,8%, 84,5%, 77,3% и 55%, а для 75%-ного – 79,5% и 60,0%. Интересно сопоставить с данными о переходе алюминия в сплав данные о содержании Al2O3 в шлаках. Соответственно они таковы: 1934 г. – 45,24% и 36,5% Al2O3; 1956 г. – 24,88%, 29,57%, 25,38% и 30,12%. Снижение содержания глинозема в шлаках связано с изменением состава шихтовых материалов. В частности, в 1934 г. при выплавке ферросилиция употребляли челябинский бурый уголь. Данные 1956 г. говорят о том, что при различных условиях в шлак переходит различная часть глинозема шихты (9,8%, 17,3% и 36% для выплавки сплава марки Си45); при наибольшем переходе глинозема в шлак содержание алюминия в сплаве снизилось с 0,9% до 0,6%. По данным Теплицки (Новогуты Истебне, Чехословакия) переход алюминия в сплав колеблется от 24 до 89%.
Алюминий образует с железом пять соединений (Al3Fe, Al3Fe2, Al2Fe, AlFe2 и AlFe3), хотя и ие очень прочных, а с кремнием соединений не дает (рис. 38).
В системе Al – Si – Fe (рис. 39) имеются тройные соединения.
Г.Г. Уразов и А.В. Шашин установили существование ?- и ?-фаз переменного состава. Л.Н. Сергеев и Б.И. Риммер назвали ?-фазу «x-конституентом» (Al4-5 FeSi),а ?-фазу «?-конституентом» (Al4FeSi2). Эти тройные соединения содержат от 49,1% до 61,5% Al. Имеются указания на существование Al1,5Fe0,5Si, Al6Fe1,5Si и Al12Fe3Si Основными источниками глинозема являются коксик и кварцит. Мойка содержащих глинистую примазку кварцитов может снизить содержание алюминия в сплаве не менее, чем на 0,5%, что равносильно экономии 1% электроэнергии – т.е. при выплавке 1 т кремния экономится ~ 0,5 руб. только на электроэнергии. Приняв стоимость кварцитомойки, например, в 70 тыс. руб., получаем, что ее постройка окупается за три года при производстве 100 тыс. т. 45%-ного ферросилиция в год.
Снижение содержания алюминия в 75%-ном ферросилиции ниже 0,5%, или по крайней мере ниже 1,0%, считается необходимым при употреблении ферросилиция для получения электротехнической (трансформаторной) стали, обладающей возможно меньшими ваттными потерями. Имеется американский патент на способ снижения содержания алюминия (или других примесей) в ферросилиции, содержащем 65% Si, путем обработки сплава шлаком (65% SiO2 и 35% СаО); в шлак для повышения его подвижности добавляют также плавиковый шпат или силикат натрия или другие материалы. Другой патент (Бреннана) предлагает продувать сплав хлором при 1500 – 1700° в течение 30 – 40 мин.; при расходе хлора от 14 до 21,5 кг на тонну сплава в опытах было снижено содержание алюминия с 0,34 – 0,48% до 0,007 – 0,015% и кальция с 0,11 – 0,17 до 0,01 – 0,003. Этот способ основан на образовании летучего выше 183° хлорида алюминия AlCl3 (теплота образования из элементов 161,4 ккал/г-моль) [13].
Как показал опыт советских заводов, содержание алюминия в 75%-ном ферросилиции снижается до 0,7% при замене в шихте 60% каменноугольного коксика нефтяным коксом и при специальном подборе кварцита, а также при обработке жидкого сплава со специальными шлаками. Переход кальция в сплав по данным 1934 г. составил для 45%-ного ферросилиция 55% от заданного с шихтой, для 75%-ного – 43%. По данным 1956 г. переход кальция шихты в сплав Си45 никогда не превышает 20%; переход в сплав Си75 составлял 6,3%, мри этом содержание кальция в сплаве не превышало для Си45 0,09%, а для Си75 оно составляло 0,08%; в сплаве Си90 содержание кальция может подняться до 1,7%. Кальций совершенно не растворяется в железе; с кремнием в расплавленном состоянии кальций образует прочное соединение CaSi (?Н298 = – 36 ккал/моль [6]). На рис. 40 показана система Са – Si.
В твердом состоянии существуют также соединения Ca2Si и CaSi2. Вредная роль последнего (CaSi2) заключается, по-видимому, в уменьшении в высокопроцентных сплавах количества свободного кремния, что ведет к снижению механической прочности сплава.
По увеличению лебоитной составляющей (точнее – эвтектики, содержащей лебоит) при повышении в сплаве содержания алюминия; по коричневому оттенку шлифа при повышении содержания фосфора и по голубому оттенку при повышении содержания кальция – Т.П. Хазанова и Ю.П. Васин заключают, что Al, Са и ? растворяются в лебоите. Алюминий и кальций, имеющиеся в составе высокопроцентного ферросилиция. Реагируя с влагой не менее активно, чем кремний, окисляются и выделяют из воды водород. Фосфиды в результате реакции водой образуют фосфористый водород.
В опытах И.А. Зоткина, при взаимодействии ферросилиция – водой, наряду с выделением ограниченного количества Фосфористого водорода, наблюдалось прогрессирующее выделение водорода. Виртц [118] считает, что рассыпание ферросилиция является следствием сродства кремния к водороду, причем мелкозернистый ферросилиций реагирует в 3 – 5 раз быстрее, чем кусковой. К. Мэль по этому поводу указал, что рассыпается ферросилиций, не отличающийся повышенным содержанием водорода.
По данным Айлендера и др. (1940 г.) ферросилиций, содержавший 74% Si, имел 0,019% O2, следы N2 и 0,001% Н2 (или 11,1 см3/100 г). В.И. Явойский (1945 г.) установил, что доменный (10% Si) и электротермический (75% Si) ферросилиции содержит 0,0010 – 0,0021% Н2, а 45%-ный ферросилиций, особенно в пористых и самопроизвольно рассыпающихся образцах вдвое больше (0,0021 – 0,0045%). Он отмечал неравномерность распределения водорода в образцах ферросилиция и рост содержания водорода со временем. Еще раньше В.И. Явойский установил, что в чистых жидких сплавах Fe – Si с повышением содержания кремния от 0 до 12% растворимость водорода понижается. В 1947 г. Лиенг, Бевер и Фло подтвердили эту зависимость вплоть до 33% Si, т.е. до соединения FeSi (рис. 41).
|
Номер пробы |
Марка сплава |
Содержание водорода в пробах. % |
|||
|
летка |
желоб |
ковш |
слиток |
||
|
1 |
Си75 |
0,00 237 |
0,00 200 |
0,00 187 |
0,00 189 |
|
2 |
Си75 |
0,00 291 |
0,00 290 |
– |
0 00 250 |
|
3 |
Си75 |
0,00 166 |
0,00217 |
– |
0,00 220 |
|
4 |
Си75 |
– |
0,00 206 |
– |
0,00 205 |
|
5 |
Си75 |
– |
0,00 121 |
0,00 089 |
0,00 137 |
|
6 |
Си45 |
0,00 113 |
0,00 089 |
0,00 073 |
0,00 074 |
|
7 |
Си45 |
0,00 103 |
– |
0,00 089 |
0,00 094 |
С дальнейшим повышением содержания кремния (выше 3%) растворимость водорода уже не снижается, а наоборот, увеличивается, во всяком случае до 65% Si в сплаве. Известно, что гидриды кремния устойчивы лишь до 100 – 150°. Однако в пробах жидкого ферросилиция обнаруживается более высокое содержание водорода, чем по кривым растворимости. В пробах ферросилиция, взятых при выпуске, найдено 0,0025 и даже 0,003% водорода Грануляция 75%-ного ферросилиция в воде повышает содержание водорода на 50% (рис. 42).
По данным Христенсена и Гьермундсена (121] в норвежском промышленном ферросилиции содержится при 29% Si до 11 мл водорода на 2100 г сплава, при 45 – 49% Si до 7, при 70% Si до 9, при 75 – 77% Si до 15, при 78 – 98% Si – до 9 мл на 100 г. В мелочи 75%-ного ферросилиция гораздо больше водорода (а также Са. Al, ? и С), чем в кусках.
Растворимость азота в ферросилиции показана на рис. 43.
Растворимость углерода в ферросилиции зависит от содержания в сплаве кремния и температуры. По данным Беккера углерод растворяется в. сплаве, содержащем 1% Si, лишь при температурах выше 910°; при 940 растворяется 0,7% С По Чипмэну в сплаве с 20% Si растворяется при 1700° 0,73% С. а при 1400° 0,57% С. В промышленных сплавах, содержащих более 40% Si, находят до 0,2% С, при 24,7% Si до 0,28% С, при 16,37% Si до 1,17% С [99]. С понижением растворимости при застывании выделяется графитовая «спель», характерная для сплава Си18. В зависимости от конкретного назначения промышленный ферросилиции может иметь различный состав и различное содержание примесей. В американской практике наряду со сплавами, содержащими 45 – 51% и 73 – 78% Si, применяют иногда сплавы с 64,5 – 69,5%, 83 – 88%, и 92 – 95% Si. При употреблении 65%-ного ферросилиция, склонного к рассыпании при значительном содержании примесей, иногда оговаривается что сумма Si + Fe должна быть не менее 99,15%. В специальных случаях ограничивается содержание алюминия С другой стороны, иногда выплавляют сплав с 50% Si с примесью бора (? 0,04%) или магния (7,5 – 9,5%), а также сплав с 85% Si с примесью кальция (> 0,5); такие сплавы могут являться не только раскислителями, но и модификаторами и лигатурами Шлаковая фаза. При выплавке ферросилиция используют кремнеземистые материалы, содержащие различные примеси, и каменноугольный коксик; это не дает возможности осуществить бесшлаковый процесс. Уже Груббе [123] указывал, что в печи, помимо расплавленного ферросилиция, образуется жидкий шлак, в котором собираются в виде силикатов примеси, находившиеся в исходных материалах. Первые попытки определить количество и качество шлака в период освоения производства 45%-ного ферросилиция на челябинском заводе дали следующие результаты [27]: 45,24% Al2O3; 3,52% FeO; 20,84% СаО; 1,39% MgO; 0,15% ?2?5; 16,22% SiO2 и 12,61% SiO. Кратность шлака составляла 1,46%. Содержание SiO принято по расчету Шлак достаточно текучий, цвет по застывании темно-зеленый, излом форфоровидный или камневидный.
Кратность шлака для этого сплава по материальным балансам 1956 г. составляла 0,77%; 1.27% и 2,73%.
Кратность шлака для 75%-ного ферросилиция естественно была больше – 3,94% (1934 г.); шлак носил более кислый характер. В нем содержалось 36,5% Al2O3; этот шлак менее текуч. Хотя по тройной диаграмме Al2O3 – СаО – SiO2 (рис. 44) температура его застывания примерно та же, что и шлака, образующегося при выплавке 45%-ного ферросилиция, вязкость его в два раза больше.
Удаление из печи вязких шлаков представляло большую трудность.
На запорожском заводе при выплавке 45%-ного ферросилиция образовывались достаточно жидкотекучие шлаки; шлак выходил равномерно при каждом выпуске. Состав шлаков отличался от челябинских вследствие употребления в то время на запорожском заводе железной руды. Кратность шлака при выплавке 75%-ного ферросилиция по балансу 1956 г. составляла 4,77%.
По балансам В.Д. Марона и Е.И. Корочкина кратность шлака для 45%-ного ферросилиция оказалась больше, чем для 75%-ного (4,58% и 2,15%). Этот результат связан с загрязнением стружки.
Вязкость ферросилициевых шлаков не характеризует их подлинного состава. Дело в том, что в лаборатории челябинского завода в ферросилициевых шлаках было обнаружено заметное количество карборунда; карборунд не может находиться в растворе в шлаковой фазе и является механически увлекаемой из печи примесью. В табл. 33 приведены составы некоторых шлаков (в том числе по данным В.Д. Марона и Е.И. Корочкина – шлак № 17).
|
№ |
Марка ферросилиция |
Al2O3 |
SiO2 |
SiC |
СаО |
BaO |
MgO |
FeO |
Pi |
S |
C |
|
1 |
39.28 |
22,20 |
14,61 |
9,50 |
7,00 |
2,56 |
2,06 |
1,88 |
– |
0,95 |
|
|
2 |
37,29 |
26,31 |
9,68 |
15,00 |
7,62 |
3,85 |
0,18 |
– |
– |
- |
|
|
3 |
34,90 |
22,58 |
7,14 |
18,80 |
12,88 |
1,44 |
1,48 |
0,39 |
– |
||
|
4 |
Си75 |
29,52 |
26,88 |
10,92 |
16,90 |
14,75 |
1,00 |
2,06 |
- |
0,07 |
|
|
5 |
Си75 |
28,56 |
22,70 |
5,48 |
18,50 |
18,68 |
1,88 |
0,77 |
– |
0,07 |
|
|
6 |
Си75 |
26,60 |
25,79 |
7,82 |
19,50 |
16,86 |
0,85 |
2,06 |
0,16 |
||
|
7 |
Си75 |
27,04 |
25,40 |
9,20 |
15,60 |
17,88 |
2,60 |
1,81 |
– |
0.26 |
|
|
8 |
Си75 |
27,20 |
26,38 |
14,60 |
15,30 |
13,98 |
2,52 |
2,32 |
– |
0,07 |
– |
|
9 |
Си75 |
21,88 |
25,78 |
22,12 |
12,70 |
11,86 |
1,40 |
4,39 |
– |
0,09 |
- |
|
10 |
Си75 |
20,88 |
25,53 |
9,32 |
16,90 |
15,95 |
1,62 |
0,77 |
– |
0,21 |
|
|
11 |
Си75 |
34,64 |
21,90 |
13,40 |
16,50 |
12,53 |
0,69 |
2,32 |
– |
0,26 |
|
|
12 |
Си75 |
36,60 |
32,73 |
12,00 |
7,00 |
8,23 |
2,40 |
2,06 |
– |
0,09 |
– |
|
13 |
Си75 |
36,28 |
29,34 |
10,84 |
11,80 |
8,63 |
1,65 |
2,06 |
– |
0,02 |
|
|
14 |
Си45 |
24,88 |
33,5 |
13,58 |
12,26 |
7,69 |
1,37 |
6,69 |
– |
– |
|
|
15 |
Си45 |
29,57 |
27,07 |
14,16 |
14,34 |
9,56 |
1,20 |
4,05 |
– |
||
|
16 |
Си45 |
25,38 |
47,28 |
5,55 |
9,83 |
9,26 |
1,22 |
1,47 |
– |
– |
- |
|
17 |
Си45 |
40,9 |
27,3 |
2,1 |
24,4 |
– |
2,9 |
2,3 |
– |
0,03 |
|
|
18 |
Си75 |
30,12 |
36,55 |
3,43 |
12,64 |
11,33 |
0,60 |
0,32 |
– |
– |
|
|
19 |
Си75 |
24,2 |
36,0 |
10,9 |
25,4 |
– |
– |
– |
– |
||
|
20 |
Си18 |
18,5 |
39,2 |
5,2 |
34.6 |
– |
– |
– |
– |
Отметим, что химический анализ ферросилициевых шлаков очень труден и может быть иногда неточен, о чем говорит, например, неправдоподобно высокое во многих случаях содержание FeO.
В табл. 34 составы шлаков №№ 5, 9, 11, 12 и 16 табл. 33 пересчитаны на тройную систему Al2O3 – SiO2 – СаО, причем в количество «СаО» включены также ВаО и MgO, приведенные к СаО по отношению молекулярных весов. В таблице рассмотрен широкий диапазон шлаков, от самых основных (шлак №5) до самых кислых (шлак № 16).
|
Номер шлака |
Состав шлака, % |
Поле кристаллизации |
Температура плавления шлака, °С |
Вязкость шлака при 1600° пуазы |
||
|
Al2O3 |
SiO2 |
СаО |
||||
|
5 |
36,05 |
28,65 |
35,30 |
Геленит* |
1500 |
7 |
|
9 |
32,81 |
38,66 |
28,53 |
Анортит** |
1450 |
15 |
|
11 |
44,09 |
27,87 |
28,04 |
Анортит |
1500 |
15 |
|
12 |
44,25 |
39,58 |
16,17 |
Анортит |
1600 |
30 |
|
16 |
28,9 |
53,9 |
17,2 |
Анортит |
1500 |
50 |
|
17 |
44,2 |
29,3 |
26,4 |
Al2O3 |
1550 |
20 |
Весьма кислый шлак № 16 является примером шлака, образующегося при неполном восстановлении кварцита в результате недостатка восстановителя в ванне (расход кокса на единицу кварцита в данном случае был на 3% ниже, чем при получении обычных шлаков №№ 14 и 15). Столь вязкий шлак, накапливаясь в печи, очень мешает выпуску из нее ферросилиция Высокоглиноземистые и в то же время низкоосновные шлаки (№ 12) обладают повышенной температурой плавления и большой вязкостью, резко возрастающей при увеличении содержания SiO2 (например, при недостатке восстановителя). Наличие в шлаках механически увлекаемого карборунда делает их еще менее подвижными. По сообщению В.В. Рукавишникова и В.А. Кравченко [124], в шлаках запорожского завода карборунд не обнаружен, но в пробах, взятых в 1960 г., оказалось не менее 4,7% SiC.
Ферросилициевые шлаки, рассмотренные в работе [1], имеют в своем составе от 44,64 до 62,27% Al2O3, значит – весьма высокую температуру плавления, около 1700°. Естественно, что такие шлаки нелегко удалять из печи. Из тройной диаграммы (рис. 45) видно, что для перехода в более легкоплавкие области геленита или анортита в таких случаях необходимо увеличить содержание извести до 20% и больше.
Для облегчения выхода из печи тугоплавких и густых шлаков неоднократно предлагалось дополнительно вводить известь.
В.В. Рукавишников и В.А. Кравченко объясняют хорошие показатели производства ферросилиция на запорожском заводе в числе других факторов применением в необходимых случаях извести. За 1955 г. в ферросилициевые печи одного цеха челябинского завода было задано с указанной целью в общей сложности 50,2 т извести, а за первый квартал 1956 г. – 57,9 т. Однако применение извести себя не оправдало и во II квартале 1956 г было полностью прекращено. Действительно, в 1955 г. удельный расход энергии на этих печах составил 8987 квт-ч/т 75%-ного ферросилиция и 4974 квт-ч/т 45%-ного; в I квартале 1956 г., соответственно, 9364 квт-ч/т и 5067 квт-ч/т, а в период апрель – октябрь 1956 г. (т.е. без употребления извести) – 9090 квт-ч/т 75%-ного ферросилиция и 4870 квт-ч/т 45%-ного.
На одной из печей в марте 1956 г. было введено в среднем 3 кг извести на 1 т 45%-ного ферросилиция и израсходовано 5131 квт-ч/т, а в апреле при работе без извести расход составил 4891 квт-ч/т.
Наибольшей подвижностью обладает в тройной системе состав (рис. 46, 47, 48): около 10% Al2O3, 40% SiO2 и 50% СаО, близкий к тройной эвтектике CaO • SiO2 + 2CaO • SiO2 + 2СаО • Al2O3 • SiO2 (геленит), а в более широких пределам малой вязкостью обладают алюмосиликаты кальция, содержащие 40 – 50% СаО, кристаллизующиеся вдоль эвтектики, состоящей из геленита и 2CaO • SiO2 с температурой плавления порядка 1500°.
Теплота образования соединения 2СаО • SiO2 из окислов ?Н298 = – 33,2 ккал. Наиболее легкоплавкая тройная эвтектика SiO2 – СаО • SiO2 – СаО • Al2O3 • 2SiO2, содержащая 62% SiO2, 15% Al2O3 и 23% СаО, отличается высокой вязкостью [111]. М.А. Павлов подчеркивал, что нельзя основываться на легкоплавкости, не учитывая вязкости.
При скоплении в ванне значительного количества низкоосновных шлаков для доведения их до жидкотекучего состояния нужно внести довольно много извести, чтобы конечное ее содержание было около 45%. Такой метод сводится к проплавлению всего содержимого ванны при помощи извести и может быть применен лишь как выход из аварийного положения. При введении же небольших порций извести некоторая часть ее действительно образует подвижной шлак и удалится с ним из печи, Другая же часть войдет в состав более тугоплавких соединений, Увлекая в них невосстановленный кремнезем. В результате увеличивается количество шлака, хорошо выходящего из печи, но также и количество шлака, задерживающегося в ванне. Увеличение кратности шлака неблагоприятно сказывается на процессе и ухудшает показатели производства, в первую очередь – удельный расход электроэнергии.
Кроме того, по данным кузнецкого завода, введение в ванну извести (1 – 2% от веса кварцита) повышает в 75%-ном ферросилиции содержание Са с 0,2 – 0,3 до 0,4 – 0,7%.
Задача технолога заключается поэтому в другом, а именно, ? изучении сырых материалов, подборе наиболее чистых из них. в частности глинозема, в правильном составлении шихты и обслуживании печи таким образом, чтобы в шлак уходило наименьшее количество кремнезема. Это ограничит развит шлаковой фазы и обеспечит ее приемлемый состав. В условиях Урала замена бакальского кварцита первоуральским уменьшает на 20 – 40% количество вводимого глинозема и образующегося шлака и на 1 % удельный расход электроэнергии.
Вследствие своей вязкости ферросилициевые шлаки увлекают за собой большое количество жидкого ферросилиция. В «шлаковых» отходах, как установлено материальным балансом 1956 г. на челябинском заводе, находится от 28 до 57% ферросилиция (57,5; 48,19; 29,74; 27,84)*, т.е. примерно один процент годного сплава.