blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2015-4-230-234blackmet-647Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕХНОГЕННОГО МИКРОКРЕМНЕЗЕМА С БУРОУГОЛЬНЫМ ПОЛУКОКСОМTHERMODYNAMIC MODELING OF THE INTERACTION OF TECHNOGENIC SILICA FUME WITH BROWN-COAL SEMI-COKEАникинА. Е.AnikinA. E.

старший преподаватель кафедры теплоэнергетики и экологии

Senior Lecturer of the Chair “Thermal power and Ecology”

ГалевскийГ. В.GalevskyG. V.

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой металлургии цветных металлов и химической технологии

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair “Non-ferrous metallurgy and chemical engineering”

kafcmet@sibsiu.ruРудневаВ. В.RudnevaV. V.

д.т.н., профессор кафедры металлургии цветных металлов и химической технологии

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Nonferrous metallurgy and chemical engineering”

Сибирский государственный индустриальный университет 654007, Россия, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42РоссияSiberian State Industrial University 42, Kirova str., Novokuznetsk, Kemerovo Region, 654007, RussiaRussian Federation201510062015584230234Copyright © Аникин А.Е., Галевский Г.В., Руднева В.В., 20152015Аникин А.Е., Галевский Г.В., Руднева В.В.Anikin A.E., Galevsky G.V., Rudneva V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/647

Проведено термодинамическое моделирование высокотемпературных взаимодействий микрокремнезема и буроугольного полукокса. Расчет равновесных составов систем Si – O – C и Si – O – C – H проводился «константным» методом с использованием программы компьютерного моделирования высокотемпературных химических взаимодействий PLASMA. Установлено, что в обеих системах процесс карбидообразования является доминирующим. При стехиометрическом составе шихты максимальное содержание в продуктах восстановления карбида кремния достигается при температуре 1700 К, а при 10 %-м недостатке углерода – при 1900 К. Введение в систему водорода фактически не влияет на процесс карбидообразования, что обусловлено низким (менее 0,001 моль) содержанием углеводородов и углеводородных радикалов в газовой фазе при температурах карбидообразования. В системе Si – O – C равновесная степень превращения кремния в карбид не превышает 0,97, что соответствует содержанию монооксида кремния в газовой фазе 0,02 моль, вследствие чего из шихты стехиометрического состава (SiO2 + 3C) получить однофазный, не содержащий свободный углерод, карбид кремния невозможно. Этого можно избежать при использовании шихты с некоторым (примерно 10 %) недостатком углерода-восстановителя.

Thermodynamic modeling of high-temperature interactions of microsilica and brown-coal semi-coke was carried out. Calculation of equilibrium structures of Si – O – C and Si – O – C – H systems was defi ned by a “constant” method with the use of the computer modeling program of high-temperature chemical interactions of “PLASMA”. It was established that in both systems the formation process of carbide was dominating. At stoichiometric composition of furnace charge the maximum contents in products of restoration of silicon carbide can be reached at 1700 K, and at 10 % a lack of carbon – 1900 K. The introduction of hydrogen to system doesn’t actually infl uence on the process of carbide formation that is caused by low (less than 0,001 mol) contents in a gas phase at temperatures of carbide formation of hydrocarbons and hydrocarbonic radicals. In Si – O – C system the equilibrium extent of transformation of silicon into carbide doesn’t exceed 0,97, that corresponds to the content of monoxide of silicon in a gas phase of 0,02 mol, owing to what from furnace charge of stoichiometric structure (SiO2 + 3C) it is impossible to receive the single-phase, not containing free carbon, carbide of silicon. It can be avoided using furnace charge with some (~ 10 %) lack of carbon reducer.

кремнезембуроугольный полукокстермодинамическое моделирование«константный» методкарбид кремнияsilicabrown-coal semi-cokethermodynamic modeling«constant » methodsilicon carbideReferencesGalevskii G.V., Protopopov E.V., Temlyantsev M.V. Use of technogeneous metallurgical waste in the technology of silicon carbide. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2014, no. 4, pp. 103–110. (In Russ.).Galevskii G.V., Protopopov E.V., Temlyantsev M.V. Use of technogeneous metallurgical waste in the technology of silicon carbide. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2014, no. 4, pp. 103–110. (In Russ.).Anikin A.E., Galevskii G.V. Brown-coal semi-coke of Beresovskiy deposit of Kansk-Achinsk basin: production, properties, usage. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial’nogo universiteta. 2014, no. 3, pp. 52–59. (In Russ.).Anikin A.E., Galevskii G.V. Brown-coal semi-coke of Beresovskiy deposit of Kansk-Achinsk basin: production, properties, usage. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial’nogo universiteta. 2014, no. 3, pp. 52–59. (In Russ.).Yakushevich N.F. Vzaimodeistvie ugleroda s oksidami kal’tsiya, kremniya, alyuminiya [Interaction of carbon with oxides of calcium, silicon, aluminum]. Novokuznetsk: izd. SibGIU, 1999. 250 p. (In Russ.).Yakushevich N.F. Vzaimodeistvie ugleroda s oksidami kal’tsiya, kremniya, alyuminiya [Interaction of carbon with oxides of calcium, silicon, aluminum]. Novokuznetsk: izd. SibGIU, 1999. 250 p. (In Russ.).Zel’berg B.I., Chernykh A.E., Elkin K.S. Shikhta dlya elektrotermicheskogo proizvodstva kremniya [Charge for electroheat silicon production]. Chelyabinsk: Metall, 1994. 320 p. (In Russ.).Zel’berg B.I., Chernykh A.E., Elkin K.S. Shikhta dlya elektrotermicheskogo proizvodstva kremniya [Charge for electroheat silicon production]. Chelyabinsk: Metall, 1994. 320 p. (In Russ.).Garshin A.P., Shumyacher V.M., Pushkarev O.I. Abrazivy i materialy konstruktsionnogo naznacheniya na osnove karbida kremniya [Abrasives and materials of constructional materials on the basis of silicon carbide]. Volgograd: izd. VolGASU, 2008. 189 p. (In Russ.).Garshin A.P., Shumyacher V.M., Pushkarev O.I. Abrazivy i materialy konstruktsionnogo naznacheniya na osnove karbida kremniya [Abrasives and materials of constructional materials on the basis of silicon carbide]. Volgograd: izd. VolGASU, 2008. 189 p. (In Russ.).Porada A.N., Gasik M.I. Elektrotermiya neorganicheskikh materialov [Electrothermics of inorganic materials]. Moscow: Metallurgiya, 1990. 232 p. (In Russ.).Porada A.N., Gasik M.I. Elektrotermiya neorganicheskikh materialov [Electrothermics of inorganic materials]. Moscow: Metallurgiya, 1990. 232 p. (In Russ.).Zubov V.L., Gasik M.I. Elektrometallurgiya ferrosilitsiya [Electrometallurgy of ferrosilicon]. Dnepropetrovsk: Sistemnye tekhnologii, 2002. 704 p. (In Russ.).Zubov V.L., Gasik M.I. Elektrometallurgiya ferrosilitsiya [Electrometallurgy of ferrosilicon]. Dnepropetrovsk: Sistemnye tekhnologii, 2002. 704 p. (In Russ.).Suris A.L. Termodinamika vysokotemperaturnykh protsessov [Thermodynamics of high-temperature processes]. Moscow: Metallurgiya, 1985. 568 p. (In Russ.).Suris A.L. Termodinamika vysokotemperaturnykh protsessov [Thermodynamics of high-temperature processes]. Moscow: Metallurgiya, 1985. 568 p. (In Russ.).JANAF Thermochemical tabls. Wash.: Gov. print. off, 1966–1975.JANAF Thermochemical tabls. Wash.: Gov. print. off, 1966–1975.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.