Исследование процесса восстановления церия алюминием и карбидом кальция из церий-содержащих шлаков

В условиях все более возрастающих требований к свойствам сталей одним из путей получения высококачественного продукта является микролегирование такими редкоземельными элементами, как церий, который способен даже при небольших концентрациях значительно влиять на механические свойства стали. Для снижения себестоимости выплавляемой стали рационально его вводить в сталь не за счет присадки ферросплавов, а методом прямого восстановления из оксидных систем. В целях исследования данного процесса проведено термодинамическое моделирование восстановления церия из шлаков системы CaO–SiO₂–Ce₂O₃, содержащих 15% Аl₂O₃ и 8% МgO, алюминием и карбидом кальция при температурах 1 550 и 1 650°С. Моделирование выполнено с использованием программного комплекса HSC 6.12 Chemistry (Outokumpu), основанного на минимизации энергии Гиббса, с применением метода симплексных решеток планирования. Результаты термодинамического моделирования представлены в виде диаграмм состав – свойство (равновесное содержание церия в металле) для температур 1 550 и 1 650°С. При применении металлического алюминия в качестве восстановителя повышение основности шлака (CaO/SiO₂) c 2 до 5 при температуре 1 550°С приводит к повышению равновесного содержания церия в металле от 2 до 20 ppm в области концентрации 0–15% Ce₂О₃, т.е., рост основности шлака благоприятно сказывается на развитии процесса восстановления церия. Рост температуры металла также оказывает положительное влияние на процесс восстановления церия алюминием. С повышением температуры до 1 650°С равновесное содержание церия в металле увеличивается от 4 до 30 ppm в области концентраций 0–15% Ce₂О₃. Применение в качестве восстановителя карбида кальция приводит к увеличению концентрации церия в металле до 30 и 40 ppm при температурах 1 550 и 1 650°С соответственно при основности 5. Подтверждена решающая роль основности шлака, концентрации оксида церия и температурного фактора в развитии процесса восстановления церия алюминием и карбидом кальция.