بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش اثر مقاومت الکتریکی و تخلخل زغالسنگ و زغال چوب مورد استفاده در کوره قوس الکتریکی تولید فروسیلیسیم - FeSi - در دماهای مختلف، بر میزان بازیابی سیلیسیم از سنگ کوارتز - 2 - ، بررسی شد. برای انجام این پژوهش، ابتدا تخلخل این مواد توسط روش غوطه وری مطابق با استاندارد ISO 5017 اندازهگیری شد. سپس تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - از سطح مقطع هر کدام تهیه شد و ابعاد تخلخلهای موجود، توسط نرم افزار Image Analyzer مشخص شد. برای اندازهگیری مقاومت الکتریکی، دستگاهی طراحی و ساخته شد. اساس کار این دستگاه به این صورت است که مواد مورد آزمایش در یک محفظه عایق تا دمای 700 درجه سانتیگراد حرارت داده می شوند و در هر دما مقاومت الکتریکی مواد توسط مقاومت سنج متصل به محفظه اندازهگیری میشود. نتایج این آزمون در دمای محیط مطابق با نتایج حاصل از استاندارد ASTM G57 بود. به منظور بررسی تاثیر مقاومت الکتریکی و تخلخل بر میزان بازیابی کوارتز، هر کدام از این مواد به طور جداگانه در کوره قوس الکتریکی تولید فروسیلیسیم آزمایش شدند. به طوری که مقدار کربن مورد نیاز برای احیای کوارتز، یک بار از طریق زغالسنگ و یک بار از طریق زغال چوب تامین شد. بررسی نتایج نشان داد که بازدهی کوره در زمان استفاده از زغال چوب و زغالسنگ به ترتیب 92/3 و 77/4 درصد است. علت این امر این است که مقاومت الکتریکی زغال چوب بیشتر از زغال سنگ است. همچنین بیشتر بودن میزان تخلخل زغال چوب سبب سهولت عبور گاز SiO از ماده کربنی شده و موجب واکنشپذیری بیشتر و کاهش مصرف انرژی الکتریکی به ازای هر تن محصول فروسیلیسیم می-شود.
-1 مقدمه کروگروس و همکاران، مقاومت الکتریکی ویژه کک متالورژی و کک گازی برای تولید فروکروم را مورد بررسی قرار دادند. آنها نتیجه گرفتند فروسیلیسیم یکی از آمیژانهای مورد استفاده در صنایع مختلف که استفاده از کک گازی در مقایسه با کک متالورژی باعث بیشتر شدن بخصوص صنایع متالورژی است و از این نظر اهمیت نسبتاً بالایی یافته مقاومت الکتریکی و تولید محصول بیشتر میشود.[3] در سال 2004 است. فروسیلیسیم در طی یک فرآیند کربوترمیک در کوره قوس آقای مانسن و همکاران استفاده از زغال چوب به همراه کک متالورژی الکتریکی تولید میشود. کوره دارای سه الکترود است که با زوایه 120 برای تولید سیلیکومنگنز را بررسی کردند. نتایج نشان داد که استفاده درجه نسبت به هم قرار گرفتهاند. در شکل 1 شماتیک کوره قوس از 10 درصد زغال چوب در ترکیب شارژ ورودی به کوره، نسبت به الکتریکی تولید فروسیلیسیم نشان داده شده است. گرمای لازم برای شارژ بدون زغال چوب موجب افزایش بازدهی میشود که علت افزایش انجام فرآیند احیا از طریق جریان الکتریکی وارد شده به الکترودها بازدهی افزایش واکنشپذیری در هنگام استفاده از 10 درصد زغال تامین میشود. تولید فروسیلیسیم توسط احیای سنگ کوارتز - 2 - چوب در ترکیب مواد است.[4] در سال 2010 آقای ایدم و همکاران در کوره قوس الکتریکی و در حضور کربن به عنوان عامل احیا کننده تاثیر اندازه دانه بندی کک بر مقاومت الکتریکی دانهها را بررسی کردند. مطابق با واکنش کلی زیر انجام میشود.[1]
نتایج نشان داد که استفاده از کک با دانه بندی کوچکتر موجب افزایش SiO2 - s, l - + 2C - s - = Si - l - + 2CO - g - , H = 870.241kJ/mol مقاومت الکتریکی شده و این امر سبب افزایش بازدهی کوره میشود. به این معنی که با مصرف یک مقدار مشخص انرژی الکتریکی، دانه بندی ریزتر کک سبب تولید مقدار بیشتری از فروسیلیسیم می شود.[5] در سال 2013 آقای بوریاک و همکاران وی مقاومت الکتریکی ویژه و تخلخل مواد کربنی مورد استفاده در فرآیندهای احیایی را بررسی کردند. نتایج نشان داد که با افزایش تخلخل مواد کربنی، مقاومت الکتریکی افزایش یافته و این موضوع سبب بالا رفتن بازدهی کوره میشود.[6]
شکل 1-1 شماتیک کوره قوس الکتریکی تولید فروسیلیسیم[1]
بنابراین انتخاب مواد حامل کربن برای انجام فرآیند احیا بسیار حائز اهمیت است. انتخاب مواد حامل کربن باید به گونهای باشد که این مواد بتوانند منجر به بیشترین بازدهی در کوره شوند. به عبارت دیگر مواد حامل کربن باید دارای خواص الکتریکی و فیزیکی ویژهای باشند تا واکنشپذیری بیشتری داشته باشند. از جمله خواص این مواد، مقاومت الکتریکی و تخلخل مواد حامل کربن است. به طوری که در صورت وجود مقاومت الکتریکی و تخلخل بهینه در ماده حامل کربن، شرایط احیایی و واکنشپذیری بهبود مییابد.[2] در سال 2006 آقای
-2مواد و روش تحقیق
همانطورکه مقدمه ذکر شد، از پارامترهای مهم در بازیابی میزان سیلیسیم، تاثیر تخلخل ومقاومت الکتریکی مواد کربنی است، بطوریکه مواد کربندار و سنگ حامل سیلیسیم - کوارتز - ، درمنطقه حفره واکنشی در زیرالکترودهای زودربرگ، واکنش شیمیایی بین آنها انجام میگیرد و با توجه به شرایط ترمودینامیکی حاکم درآن منطقه، گازهایSiO، CO، و فلز Si مذاب بوجود میآید، حال خروج گاز SiO ازلایههای مواد کربنی از طریق حفرات و خلل وفرج موجود در آنها صورت میگیرد. ازاین رو نقش تخلخل مواد احیا کننده کربنی بسیار حائز اهمیت خواهد بود. زیرا جذب گازSiO توسط کربن، از طریق تخلخل بوده که باعث تولید ماده کربنی به نام کاربید سیلیسیم می-شود و در نهایت این ماده با SiO2 وارد واکنش شده و در نتیجه منجر
