Физико-химические условия получения ферросилиция

В условиях электрической печи, восстановление кремнезема твердым углеродом протекает по суммарной реакции

(SiO₂) + 2C_тв = [Si] + 2 CO.

Температура начала этой реакции составляет 1554°С.

Так же восстановление кремнезема осуществляется углеродом и кремнием с образованием промежуточных продуктов — монооксида кремния и карбида кремния. Восстановление кремнезема происходит ступенчато. Вначале кремнезем восстанавливается до моноокиси по реакции

SiO_2тв + С_тв = {SiO} + CO.

Моноокись кремния при высоких температурах является газообразным веществом и удаляется из зоны реакций вместе с газами. Встречая на своем пути куски кокса, моноокись кремния взаимодействует с ним с образованием карборунда

{SiO} + 2С_тв = SiC_тв + CO

Кроме кремния, при выплавке ферросилиция восстанавливаются и другие оксиды, содержащиеся в шихтовых материалах. Оксиды алюминия и кальция являются наиболее трудновосстановимыми оксидами. Однако вследствие высоких температур в зоне электрических дуг происходит частичное восстановление и этих оксидов

Большое влияние на ход реакции восстановления кремнезема оказывает присутствие железа, которое, растворяя кремний, понижает его активность, улучшая термодинамические условия восстановления и сокращая потери кремния. Железо также значительно снижает температуру начала процесса восстановления (от 1530°С для сплава с 90% Si до 1225°С для сплава с 10% Si). Благотворное влияние железа определяется и тем, что оно легко разрушает карбид кремния по реакции Fe + SiC = FeSi + С и способствует сдвигу реакции восстановления в сторону образования кремния. Эта реакция начинается с 1500°С и интенсивно проходит в интервале 1500—1600°С.

Оксиды железа, марганца, хрома, фосфора восстанавливаются значительно легче кремнезема, поэтому эти оксиды, содержащиеся в шихтовых материалах, восстанавливаются почти полностью.

Обычно на 1 т ФС45 образуется 25-40 кг и на 1 т ФС75 35-60 кг шлака, содержащего 30-40% SiO₂, 2-10% SiC, 20-30% Аl₂О₃, 12-25% СаО, 0,2-20% ВаО, 0,3-2,0% МgО и другие примеси.

Шлаки имеют очень высокие температуры плавления (1500-1700°С) и вязкость, составляющую 1-5 Па с даже при 1700 °С. При нормальном ходе плавки шлак выходит из печи вместе с ферросилицием.