Результаты многочисленных исследований показали, что при выплавке ферросилиция протекают сложные процессы, включающие образование монооксида и карбида кремния и сопровождающиеся испарением и диссоциацией кремнезема.

Суммарная реакция восстановления кремнезема углеродом опишется уравнением

(SiO2) + 2CT = [Si] + 2 {СО}

На ход реакции восстановления кремнезема в значительной степени влияет присутствие железа, которое, растворяя кремний, выводит его из зоны реакции, улучшая тем самым термодинамические условия ее протекания и сокращая потери кремния, достигающие 25-30% при производстве кристаллического кремния.

Присутствие железа в сплаве Fe—Si значительно снижает температуру начала процесса восстановления:

таблица

Благотворное влияние железа также определяется тем, что оно легко разрушает карбид кремния по реак­ции mFe+nSiC=FemSin+nC и способствует сдвигу ре­акции восстановления в сторону образования кремния. Эта реакция начинается при 1500° С, и проходит интен­сивно при более высоких температурах.

Наряду с восстановлением кремнезема в электропечи происходит частичное восстановление примесей кварци­та и золы восстановителей (Al2O3, CaO, MgO и т. д.) до элементов или карбидов.

Примеси, которые по физико-химическим условиям процесса не могут быть полностью восстановлены (гли­нозем, оксиды кальция, бария, магния и т. п.), ошлаковываются кремнеземом. При недостатке восстановителя шлак обогащается карборундом вследствие разрушения гарниссажа. (Обычно на 1 т 45%-ного ферросилиция об­разуется 25—40 кг шлака и на 1 т 75%-ного ферросили­ция 35—60 кг шлака. Примерный состав шлака следую­щий: 30—45% SiO2; 2—10% SiC; 2O—30% Al2O3; 12—25% CaO; 0,2—2,0% BaO; 0,3—2,0% MgO.

Заметного различия в составе шлака при выплавке сплавов ФС18, ФС25, ФС45, ФС65, ФС75 и ФС90 не наблюдается. Шлаки имеют очень высокую температуру плавления (1500—1700° С) и вязкость, составляющую 1—5 Па·с (10—50 П) даже при температуре 1700° С.

Вследствие высокой вязкости шлак частично остает­ся в печи и служит причиной зарастания ванны, что сни­жает производительность печи, увеличивает удельный расход электроэнергии и сокращает продолжитель­ность кампании печи. Поэтому следует использовать чис­тые материалы и добиваться полного удаления из печи образовавшегося шлака, что достигается глубокой и устойчивой посадкой электродов, достаточным количест­вом восстановителя в шихте, вращением ванны печи и в отдельных случаях присадкой флюса: извести или плавикового шпата.