К.т.н. Колесников А.С.
РГКП «Южно-Казахстанский государственный университет
им. М. Ауезова», Казахстан
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ SiO C SiC
При получении сплавов железа с кремнием
одной из определяющих реакций являются процессы восстановления SiO2 углеродом с образованием SiC и SiO,
которому посвящено немало работ[1-3]. Однако дальнейшее взаимодействие SiC и SiO изучено не достаточно глубоко. С разработкой
программного комплекса «Астра», основанного на принципе максимума энтропии [4] возможно устранение данного пробела. Многоцелевой
программный комплекс «Астра» созданный в МВТУ им. Баумана предназначен для
моделирования равновесных состояний и
процессов в высокотемпературных системах с химическими и фазовыми
превращениями. Основу информации в базе данных комплекса составляют
термодинамические, термохимические свойства индивидуальных веществ
систематизированных в РАН и Национальном бюро стандартов США [4].
В настоящей работе нами приводятся результаты
взаимодействия в системе SiC -SiO с учетом прогнозируемой
реакции:
SiO+SiC=2Si+CO (1)
Исследования
проводили при давлениях 0,1; 0,01; 0,001 мПа, температурная область исследований составила – 3000К.
На
рисунке 1 приведена информация о влиянии температуры (Т) и давления (Р) на
содержание компонентов в системе SiC-SiO. Необходимо отметить, что число соединений и
элементов принимающих участие в реакции составляет в зависимости от температуры
и давления 20: CO, Si, SiO2, Si2O, CO2, Si2, SiCк, Si3C, Siк, Si3, SiC2, SiO, Si2C, SiC, Si2C2, C, C3, C2O, C2, O. Как
видно из рисунка 1а при давлении Р=0,1мПа повышение температуры от 2000К до
3000К ведет к увеличению содержания конденсированного кремния и газа СО и
достигает максимума при Т=2800К Siк=42,6 и при
Т=2900К,
СО=44,4%. При этом падает содержание SiO до 5,6% (Т=2900К) и SiCк до 0,0 % (Т=3000К), что
говорит об активном протекании реакции (1). Достигнув максимума (42,6%),
содержание конденсированного кремния
идет на снижение и уже через 100
градусов падает на 4,2%. Предпосылкой снижения активности реакции (1) является
то, что начиная с Т=2100К в газовой фазе появляется элементный кремний и соединения: SiO2, Si2O, CO2, Si2, Si3C, Si3, SiC2. При Т=2400К соединение SiO2 исчезает, вызывая появление
фаз: Si2C, SiC, Si2C2. При
Т=2600К, очевидно в следствии распада SiC в газовой фазе появляется
элементный углерод следующих модификаций и соединений: C, C3, C2O, а уже приТ=2700К - C2 и при Т=3000К элементный кислород.
а) Р=0,1мПа; б) Р=0,01мПа; в) Р=0,001мПа;
Рисунок 1- Влияние температуры (Т) и давления (Р) на
содержание компонентов в системе SiC-SiO
Таким образом
на основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
- реакция взаимодействия SiC c SiO протекает
активно и заканчивается в зависимости от давления в интервале 2300-2800К;
- повышение температуры приводит к возгону кремния, раложению карбида кремния, которое
интесифицируется с понижеием давления в системе;
- низкое давление в совокупности с высокой
температурой приводит к газификации всех составляющих системы.
Литература:
1
М.А.Рысс Производство ферросплавов. М.: «Металлургия». 1968, 392
с.
2 Ф.П.Еднерал
Электрометаллургия стали и ферросплавов. М.: «Гос.науч. техн.изд-во лит-ры по черной и цветной
металлургии» . 1963, 640 с.
3 М.И.Гасик,
Н.П.Лякишев, Б.И.Емлин Теория и
технология производства ферросплавов . М.: «Металлургия» . – 1988,
764 с.
4 СиняревГ.Б., Ватолин Н.А. и др. Применение ЭВМ для
термодинамических расчетов металлургических процессов. М.: Наука. 1982. -269с.