ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Производство алюминиевокремниевых сплавов методом прямого восстановления в электропечах большой мощности из "Металлургия алюминия " В качестве сырья для прямого получения алюминиевокремниевых сплавов путем рудовосстановительной плавки могут быть использованы различные природные алюмосиликаты каолины, кианиты, силлиманиты, дистенсиллиманиты. [c.368] Установлено, что удельный расход электроэнергии на выплавку сплава практически не зависит от минералогического состава кремнезем-глиноземного сырья. Это объясняется тем, что теплота превращения одних модификаций в другие и разница в тепловых эффектах муллитизации различных модификаций кремнезем-гли-ноземистых веществ представляются незначительными в сравнении с тепловым эффектом реакции восстановления глинозема и кремнезема. [c.368] Общим требованием для всех видов глиноземсодержащего сырья является ограничение суммы окислов железа и титана, которая не должна превышать 1,5%. [c.368] Ограничения по содержанию окиси кальция обусловлены ее способностью к шлакообразованию в процессе рудовосстановительной плавки. Восстановленный кальций, содержащийся в в сплаве, удаляется в процессе рафинирования. Наличие щелочей в сырье приводит к спеканию колошника, а при большом их количестве — и к его оплавлению. [c.369] Следует ограничивать содержание окиси магния в сплаве, так как на ее восстановление и испарение необходимо дополнительный расход электроэнергии. [c.369] Типом используемого восстановителя в основном определяются физико-химические свойства шихты и показатели технологического процесса. Для процесса получения алюминиевокремниевых сплавов главным физико-химическим свойством углеродистых восстановителей является величина объемного содержания восстановителя в шихте или степень развитости его поверхности на единицу твердого углерода. От этого свойства зависит тугоплавкость шихты, характер спекания брикетов на колошнике печи, газопроницаемость и равномерность схода шихты в процессе плавки. [c.369] Величина пористости окомкованной шихты мало изменяется в зависимости от типа углеродистых восстановителей, поэтому не является определяющим фактором для выбора типа восстановителя и методов окускования шихты. Относительная механическая прочность брикетов обратно пропорциональна объемному содержанию восстановителя в шихте. Требования, предъявляемые к углеродистым восстановителям, зависят от типа используемого кремнезем-глиноземного сырья (каолин, кианит и др.) и содержания алюминия в сплаве. [c.369] Восстановление кремнезема углеродом. Общие закономерности восстановления кремнезема углеродом могут быть определены путем термодинамического анализа системы 31 — О — С. [c.369] На основе кинетических исследований, химического, кристаллооптического и рентгеноструктурного анализов продуктов взаимодействия кремнезема с углеродом подтверждена определяющая роль в восстановительном процессе промежуточных соединений — моноокиси и карбида кремния. Процесс идет с участием окисла в газообразном состоянии. Таким окислом в системе Si — О может быть только моноокись кремния. [c.370] Заметное восстановление двуокиси кремния из окомксванных шихт начинается при 1300° С и резко возрастает до 1450° С при дальнейшем повышении температуры до 1900° С суммарная скорость процесса изменяется практически прямо пропорционально температуре. Единственным конденсированным продуктом восстановления является карбид кремния. Скорость карбидо-образования значительно возрастает при температуре около 1600° С, что находится в соответствии с данными термодинамических расчетов. [c.370] Кинетика процесса определяется образованием жидкой фазы (при 1400° С и выше), которая обеспечивает большую поверхность взаимодействия между окислом и углеродом. По мере повышения температуры наблюдаются улучшение кристаллизации карбида кремния и рост его зерен. При температурах 2000—2200° С Si имеет гексагональную кристаллическую решетку. [c.370] Элементарный кремний в зависимости от соотношения кремнезема и углерода в шихте образуется при 1800—1900° С. [c.370] При восстановлении кремнезема углеродом имеет место перенос активных частиц окисла к восстановителю и адсорбция на нем, химическое взаимодействие окисла и углерода с образованием твердого продукта и десорбция газообразных окислов углерода с поверхности восстановителя. В связи с указанным большое влияние па эффективность восстановительного процесса имеет способность углеродных материалов к сорбции моноокиси кремния. Для предварительной оценки реакционной способности восстановителя может служить величина его удельной поверхности или насыпная масса. [c.370] Окись алюминия в условиях восстановительной плавки не способна разлагать образующиеся карбиды и оксикарбиды алюминия. В этом главное отличие процесса от восстановления кремнезема. [c.371] Повышенная энергия образования окиси алюминия, наличие большого количества промежуточных соединений и нх взаимная растворимость исключают возможность получения чистого металла восстановлением углеродом. [c.371] В результате восстановления получается смесь металлического алюминия (60—80%), карбида алюминия (20—35%) и окиси алюминия (3—5%). [c.371] Термодинамический анализ системы А1 — О — С дает ориентировочное представление о протекании процесса, так как термодинамические данные о промежуточных соединениях не достаточно надежны, а надежные данные о взаимной их растворимости и вовсе отсутствуют. [c.371] Взаимодействие окиси алюминия с углеродом до 1650° С протекает в небольшой степени. В результате реакции образуется алюминиевая шпинель AI3O4. С ростом температуры и появлением жидкой фазы взаимодействие резко усиливается. Образование жидкой фазы способствует ускорению процесса. Основным конденсированным продуктом восстановления на этой стадии является карбид алюминия, содержание которого возрастает до 1950° С. Металлический алюминий появляется при 1900° С. [c.371] В процессе восстановления при температурах, близких к 2000° С, содержание карбида алюминия снижается и возрастает содержание свободного углерода. Это явление обусловлено разложением карбида алюминия. [c.371] Вернуться к основной статье