1. Рисунок 2.14 – Зависимость перехода основных фаз

2. От температуры для шихтовой смеси №2

4. Рисунок 2.15 – Зависимость перехода основных фаз от температуры для шихтовой смеси №3

Основной составляющей газовой фазы является монооксид углерода СО. В интервале температур 1800-2100К наблюдается резкое увеличение монооксида углерода с 9,50% до 25,09% и 7,46% до 22,37%, а при 2500К содержание его достигает 56,69% и 58,25% соответственно.

- алюмосилицид кальция (Ca₂Al₂Si₇) появляется при высоких температурах, начиная от 1900-2100К его содержание составляет 35,16% и 40,66% соответственно. Далее с ростом температуры содержания фазы (Ca₂Al₂Si₇) снижается до полного его исчезновения. Это связано с появлением другой фазы алюминат кальция (CaAl₂O₄) содержанием 9,38%. Из рисунка 2.13 видно, что в интервале температур 2000-2100К содержание фазы (CaAl₂O₄) постепенно повышается, при температуре 2200К наблюдается резкое увеличение фазы от 9,67% до 24,65%. На рисунке 2.14 процесс идет иначе, алюминат кальция (CaAl₂O₄) появляется только при температуре 2200-2300К, при этом его содержание достигает 17,42%. Фаза (CaAl₂O₄) с повышением температуры как самостоятельная фаза исчезает;

- при температуре 2200К происходит связывание кальция и твердого углерода с образованием карбида кальция (СаС₂), содержание которого достигает 5,28% и 6,30%, далее с ростом температуры содержание увеличивается до 9,38% и 8,59% соответственно, а при температуре 2500К содержание данной фазы снижается, это связано с появленим 4,05% и 7,01% кальция (Са). Затем содержание кальция постепенно увеличивается достигая 4,76% и 8,74% соответственно;

- концентрация алюмината марганца (MnAl₂O₄) сохраняется на уровне 23,88% и 25,63% в интервале температур 800-1700К. Выше температур 1700К наблюдается снижение содержания этой фазы с последующим её полным исчезновением.

Для выплавки КАМС с недостатком восстановителя использовали следующее содержание рабочего тела %: MnO – 14,89; SiO₂ – 28,74; Al₂O₃ – 14,42; FeO -1,29; CaO -22,20; C -18,45; Ar – 0,01%.

Анализ кривых представленных на рисунке 2.15 показал:

- что содержание твердого углерода (С_тв) в интервале температур 1000 – 1700К составляет 18,16%, а в температурном интервале 1700-1900К наблюдается снижение данной фазы до 9,15%, далее с ростом температуры данная фаза полностью исчезает.

- при температурах 1800-2100К происходит резкое увеличение основной составляющей газовой фазы СО с 6,33% до 38,20%, а при 2500К достигает 54,47%;

- при температуре 2200К (Ca₂Al₂Si₇) распадается образуя новые фазы: Са, Al и SiО. Содержание Ca в интервале температур 2200-2500К постепенно увеличивается до 12,44%, содержание Al и SiО в интервале температур 2200-2500К достигает 3,76% и 13,51% соответственно.

В результате термодинамических исследований с использованием программного комплекса «АСТРА-4» выявлена и установлена динамика возможного изменения содержания основных конденсированных и газообразных фаз, существующих при выплавке КАМС в исследованных шихтовых смесях. Термодинамический расчет показал, что наиболее оптимальным для выплавки этого уникального сплава из отвальных марганцевых шлаков и высокозольных углей является расход шлака в количестве 17 кг – шихтовка №2 (таблица 2.3). Это объясняется тем, что при расходе 10 кг шлака на 20 кг угля при температурах 2300К и 2500К в конденсированной фазе присутствует карбид кремния 18,61% и 17,28%, карбид кальция 9,39%% и 7,03% соответственно, а также остаточный твердый углерод в количестве 1,24%. Понятно, что образование карбидов в реальном технологическом процессе выплавки кальцийалюмосиликомарганца будет приводить к зарастанию подины и к аварийной остановке печи. В шихтовке №3 – расход шлака 25 кг, наоборот происходит образование избыточного количества шлака: 27,9% Ca₃Al₂O₆ и 4,52% CaAl₂O₄. Кроме этого происходит образование повышенного количества газообразного SiO – 13,51%, а также и карбида кремния 13,37%. Однако при данной шихтовке фиксируется наибольшее количество кальция 12,44%, что объясняется повышенным расходом шлака, который вносит основное количество оксида кальция. В шихтовке №3 фиксируется наибольшее количество CaSi₂ - 7,55%, что является положительным фактором. Существующие при 2300К оксиды Ca₃Al₂O₆ и CaAl₂O₄ исчезают при нагревании до 2500К. Во второй шихтовой смеси наблюдается небольшое карбидообразование, но в реальных условиях небольшое количество углерода будет выгорать на колошнике, что выравнит процесс по твердому углероду к оптимальному режиму [78].

Самое главное необходимо отметить, что основное количество кремния, кальция и алюминия, как видно из таблицы 2.5 находится в газообразной форме. Это требует принятия технических мер по их конденсированию и улавливанию, что в принципе осуществляется всегда и во всех технологиях ферросплавного производства.

Таблица 2.5 – Содержание основных газообразных и конденцированных фаз (%), сосуществующих при 2300-2500К при разных шихтовках

Фаза	Расход шлака на 20 кг высокозольного угля
	10 кг		17 кг		25 кг
	Температура, К
	2300	2500	2300	2500		2300	2500
CO	48,08	56,30	42,80	58,26		38,20	54,48
Mn	4,46	4,45	5,72	6,07		4,23	7,45
SiO	0,87	1,73	1,70	5,05		2,14	13,51
Al	1,21	5,71	0,04	5,18		0,24	3,76
Al2O	2,18	2,17	0,03	2,39		0,19	3,13
Ca	1,24	4,73	2,52	8,74		1,83	12,44
к-C	1,86	0,00	0	0		0	0
к-Ca3Al2O6	0	0	6,32	0,00		27,90	0,00
к-CaSi2	0	0	0	7,55		0,00	4,35
к-SiC	18,61	17,28	17,08	6,67		13,37	0
к-CaAl2O4	11,30	0,00	17,38	0		4,52	0
к-CaC2	9,39	7,03	5,16	0		0	0
к-MnSi	0	0	0	0		6,41	0,00
Сумма	100,0	99,4	98,8	99,9		92,6	99,1

Таким образом, проведенные термодинамические расчеты позволили в полной мере рассмотреть все физико-химические процессы, протекающие при выплавке КАМС карботермическим методом.