blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2015-12-884-890blackmet-758Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ КРЕМНИСТЫЙ СПЛАВ – ШЛАК – ГАЗTHERMODYNAMIC EQUILIBRIUM IN THE SYSTEM OF SILICON ALLOY ‒ SLAG ‒ GASЯкушевичН. Ф.YakushevichN. F.

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

654007, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

N.F. , Dr.Sci. (Eng.), Professor of Chair “Nonferrous Metallurgy and Chemical Engineering”,

42, Kirova str., Novokuznetsk, Kemerovo Region, 654007

ПоляхО. А.PolyakhO. A.

к.т.н., доцент кафедры цветных металлов и химической технологии,

654007, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Cand. Sci. (Eng.), Аssist. Рrofessor of Chair “Non-ferrous Metallurgy and Chemical Engineering”,

42, Kirova str., Novokuznetsk, Kemerovo Region, 654007

kafcmet@sibsiu.ruГалевскийГ. В.GalevskiiG. V.

д.т.н., профессор, директор Института металлургии и материаловедения,

654007, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

G.V. , Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair “Non-ferrous Metallurgy and Chemical Engineering”, Director of the Institute of Metallurgy and Materials,

42, Kirova str., Novokuznetsk, Kemerovo Region, 654007

Сибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation2015210120165812884890Copyright © Якушевич Н.Ф., Полях О.А., Галевский Г.В., 20162016Якушевич Н.Ф., Полях О.А., Галевский Г.В.Yakushevich N.F., Polyakh O.A., Galevskii G.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/758

Проанализировано состояние исходных термодинамических данных базовых химических реакций взаимодействия кремния с кислородом, протекающих с образованием монооксида и диоксида кремния. В качестве базового параметра для оценки фазово-химических равновесий в системах, содержащих кислород, принимается парциальное давление кислорода в газовой фазе. Для кремнистых сплавов со значениями X|Si| = 0,1 – 1,0 в диапазоне температур 1700 – 2300 К рассчитаны равновесные значения PSiO и PO2 в газовой фазе, состоящей из кислорода и монооксида кремния. Для систем сплав – шлак – углерод – газ определено влияние активности оксида кремния в шлаковом расплаве на равновесный состав газовой фазы. Показано, что в высококремнистых сплавах (aSi > 0,2) наибольшее влияние на состав газовой фазы оказывает температура. На диаграмме фазово-химических равновесий системы Si – O – C показано, что границы моновариантных равновесий SiO2 – C – газ, SiO2 – SiC – газ и SiO2 – Si – газ при уменьшении активности SiO2 в шлаковом расплаве смещаются в сторону высоких температур и при заданной температуре концентрации монооксида кремния и кислорода понижаются.

The condition of the original thermodynamic data of base chemical reactions between silicon and oxygen fl owing to form carbon monoxide and silicon dioxide have been analyzed. As a base for the parameter estimation of phase and chemical equilibrium in systems containing oxygen, the oxygen partial pressure was taken in the gas phase. The equilibrium value PSiO and PO2 was calculated for silicon alloys with values X|Si| = 0.1–1.0 at temperature range 1700 – 2300 K in a gas phase consisting of oxygen and silicon monoxide. The eff ect of the silicon oxide activity in the slag melt on the equilibrium composition of the gas phase was determined for systems “alloy – slag – carbon – dioxide”. It has been shown that temperature has the greatest eff ect on the gas phase composition at high-silicon alloys (aSi > 0.2). The diagram of phase and chemical equilibrium of Si – O – C shows that the boundaries of the monovariant SiO2 – C – gas, SiO2 – SiC – gas and SiO2 – Si – gas with a decrease in activity SiO2 in the melted slag are shifted toward higher temperatures and at a given temperature the concentration of silicon monoxide and oxygen are reduced.

кремнистый сплавшлаковый расплавактивноститермодинамические равновесияsilicon alloysmolten slagactivitythermodynamic equilibriumReferencesТермодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. 1 – 4 / Под ред. В.П. Глушко. – М.: Наука, 1979 – 1982. – 1620 с.Termodinamicheskie svoistva individual’nykh veshchestv. T. 1–4 [Thermodynamic properties of individual substances, vols. 1-4]. Glushko V.P. ed. Moscow: Nauka, 1979–1982, 1620 p. (In Russ.).Елютин В.П. Производство ферросплавов. – М.: Металлургия, 1957. – 436 с.Elyutin V.P. Proizvodstvo ferrosplavov [Ferroalloy production]. Moscow: Metallurgiya, 1957, 436 p. (In Russ.).Гельд П.В., Есин О.А. Процессы высокотемпературного восстановления. – Свердловск : Металлургиздат, 1957. – 645 с.Gel’d P.V., Esin O.A. Protsessy vysokotemperaturnogo vosstanovleniya [Processes of high-temperature reduction]. Sverdlovsk: Metallurgizdat, 1957, 645 p. (In Russ.).Richardson F.D., Joff ers J.H.T. / Iron and steel Inst. 1948. 160. 4.3. P. 261 – 270.Richardson F.D., Joff ers J.H.T. Iron and steel Inst. 1948. 160. 4.3, pp. 261–270.Эллиот А.Ф., Глейзер М., Рамакришна В. Термохимия сталеплавильных процессов / Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1969. – 252 с.Elliott John F., Gleiser Molly, Ramakrishna V. Thermochemistry for Steelmaking. Addison - Wesley Inc. 1963. (Russ.ed.: Elliott J., Gleiser M., Ramakrishna V. Termokhimiya staleplavil’nykh protsessov. Moscow: Metallurgiya, 1969, 252 p.).JANAF Termochemical Tables. Sec. NBS USA, Washington, 1971. P. 1100.JANAF Termochemical Tables. Sec. NBS USA, Washington, 1971. P. 1100.JANAF Termochemical Tables. Michigan, US. Departament of Commerce / National Berean of Standards / Institute for Applild Technology, 1965–1968, Juni 1971, Supplements 1974, 1975.JANAF Termochemical Tables. Michigan, US. Departament of Commerce. National Berean of Standards. Institute for Applild Technology, 1965–1968, Juni 1971, Supplements 1974, 1975.Кулико в И.С. Термодинамика оксидов. Справочник. – М.: Металлургия, 1986. – 344 с.Kulikov I.S. Termodinamika oksidov. Spravochnik [Thermodynamics of oxides. Reference-book]. Moscow: Metallurgiya, 1986, 344 p. (In Russ.).Кубашевский О., Олкокк К.Б. Металлургическая т ермохимия / Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1982. – 392 с.Kubaschewski O., Alcock C.B. Metallurgical Thermochemistry. Oxford, New York, Pergamon Press. 1967. (Russ.ed.: Kubaschewski O., Alcock C.B. Metallurgicheskaya termokhimiya. Moscow: Metallurgiya, 1982. 392 p.).Толстогузов Н.В. Теоретические основы и технология плавки кремнистых и марганцевых сплавов. – М.: Металлургия, 1992. – 239 с.Tolstoguzov N.V. Teoreticheskie osnovy i tekhnologiya plavki kremnistykh i margantsevykh splavov [Thermal basis and melting technologies of silicon and manganese alloys]. Moscow: Metallurgiya, 1992, 239 p. (In Russ.).Зубов В.Л., Гасик М.И. Электрометаллургия ферросилиция. – Днепропетровск : Системные технологии, 2002. – 704 с.Zubov V.L., Gasik M.I. Elektrometallurgiya ferrosilitsiya [Electrometallurgy of ferrosilicon]. Dnepropetrovsk: Sistemnye tekhnologii, 2002. 704 p. (In Russ.).Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы сталеплавильных процессов. – М.: Металлургия, 1979. – 256 с.Grigoryan V.A., Belyanchikov L.N., Stomakhin A.Ya. Teoreticheskie osnovy staleplavil’nykh protsessov [Theoretical basics of steel-smelting processes]. Moscow: Metallurgiya, 1979, 256 p. (In Russ.).Самсонов Г.В. Физико-химические свойства окислов. – М.: Металлургия, 1969. – 455 с.Samsonov G.V. Fiziko-khimicheskie svoistva okislov [Physical and chemical properties of oxides]. Moscow: Metallurgiya, 1969, 455 p. (In Russ.).Зайцев А.И., Могутнов Б.М., Шахназов Е.Х. Физическая химия металлургических шлаков. – М.: Интерконтакт Наука, 2008. – 352 с.Zaitsev A.I., Mogutnov B.M., Shakhnazov E.Kh. Fizicheskaya khimiya metallurgicheskikh shlakov [Physical chemistry of metallurgical slags]. Moscow: Interkontakt Nauka, 2008, 352 p. (In Russ.).Гельд П.В., Баум Б.А., Петрушевский Н.С. Расплавы ферросплавного производства. – М.: Металлургия, 1973. – 288 с.Gel’d P.V., Baum B.A., Petrushevskii N.S. Rasplavy ferrosplavnogo proizvodstva [Melts of ferroalloy production]. Moscow: Metallurgiya, 1973, 288 p. (In Russ.).Kriwsky W.A., Schuman K. // Trans of metals. Soc. AJME. 1961. Vol. 221. P. 898–903.Kriwsky W.A., Schuman K. Trans of metals. Soc. AJME. 1961, vol. 221, pp. 898–903.Рябчиков И.В. Термодинамическое исследование системы Si – О – С при высоких температурах // Изв. АН СССР. Металлы. 1966. № 2. С. 14 – 18.Ryabchikov I.V. Thermodynamic investigation of C – O – C system at high temperatures. Izvestiya AN SSSR. Metally. 1966, no. 2, pp. 14–18. (In Russ.)Müller M.B., Olsen S.E., Tuset I.K. Heat and Mass Transfer in the ferrosilicon process // Scandinavion of metallurgy. Scand. Journ. of Met. 1972. № 1. P. 145–155.Müller M.B., Olsen S.E., Tuset I.K. Heat and Mass Transfer in the ferrosilicon process. Scand. Journ. of Met. 1972, no. 1, pp. 145–155.Якушевич Н.Ф., Галевский Г.В. Взаимодействие углерода с оксидами кальция, кремния, алюминия. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 1999. – 250 с.Yakushevich N.F., Galevskii G.V. Vzaimodeistvie ugleroda s oksidami kal’tsiya, kremniya, alyuminiya [Interaction of carbon with oxides of calcium, silicon, aluminum]. Novokuznetsk: SibGIU, 1999, 250 p. (In Russ.).Якушевич Н.Ф, Коврова О.А. Физико-химические взаимодействия в руднотермических печах при плавке кремния // Изв. вуз. Черная металлургия. 1997. № 8. С. 3 – 8.Yakushevich N.F, Kovrova O.A. Physical and chemical interactions in ore-thermal furnaces at silicon smelting. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1997, no. 8, pp. 3–8. (In Russ.).Полях О.А., Галевский Г.В., Якушевич Н.Ф. Анализ физико-химических процессов образования и исследование свойств микрокремнезема // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. 2005. Вып. 15. С. 49–55.Polyakh O.A., Galevskii G.V., Yakushevich N.F. Analysis of physical and chemical processes of formation and researches of microsilica properties. Vestnik gorno-metallurgicheskoi sektsii Rossiiskoi akademii estestvennykh nauk. Otdelenie metallurgii. 2005, vol. 15, pp. 49‒55. (In Russ.).

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