Studying the Phase Equilibria in MnO-SiO2 System by the Differential Scanning Calorimetry (DSC) Method
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
National Academy of Sciences of Ukraine, Publishing House Akademperiodyka
Abstract
ENG: Introduction. The formation of rational composition of molten slag is critical for smelting of manganese ferroal-loys. From seventy to ninety per cent of manganese ferroalloy slags are presented by manganese and silicon oxides. Information about phase equilibrium in MnO—SiO2 system has an important value for the development of new and the improvement of operating processes of beneficiating and agglomerating manganese raw material, manufacturing manganese ferroalloys, and smelting high-manganese electrical steels. Problem Statement. The analysis of scholarly research data on the diagram of the equilibrium state of MnO—SiO2 system has shown a difference between the temperature of eutectic melting and that of peritectic melting and a fundamental difference in the nature of these two types of melting. The diagram does not show the polymorphic transformation of rhodonite. Purpose. The purpose of this research is to study the behavior of manganese orthosilicate and metasilicate and the eutectic between them for specifying the structure of the MnO—SiO2 system equilibrium state diagram. Materials and Methods. The DSC method has been used to determine the temperature of phase transformations, melting and crystallization, of the samples that correspond to rhodonite (MnSiO3), tephroite with rhodonite (Mn2SiO4 + MnSiO3), and the eutectic located between them in terms of composition. Results. The temperature of tephroite congruent melting, the solidus and the liquidus of rhodonite incongruent melting have been determined more accurately. For the first time, the temperature of rhodonite polymorphic trans-formation at the phase transition γ-MnSiO3↔β-MnSiO3 accompanied with a volume fluctuation of up to 2% has been experimentally established. This has made it poss ible to plot the horizontal line of polymorphic transformation on the MnO—SiO2 system diagram. Conclusions. The obtained data on the equilibrium state of MnO—SiO2 system have given a clear idea of the slag system structure, which allows us to optimize cooling during the manganese agglomerate production; to ratio-nally select the slag melting conditions for the ferrosilicon manganese production; to improve slag thickening after the release of smelting products; to justify slag crystallization behavior for the production of slag-cast products.
UKR: Вступ. Під час виплавки марганцевих феросплавів важливе значення має формування раціонального складу шлакового розплаву. Шлаки марганцевих феросплавів на 70—90 % представлені оксидами марганцю та кремнію. Відомості про фазові рівноваги в системі MnO–SiO2 є вагомим показником для розробки нових і вдосконаленні діючих процесів збагачення та огрудкування марганцевої сировини, отримання марганцевих феросплавів, а також виплавки електросталі з підвищеним вмістом марганцю. Проблематика. Аналіз наведених в літературі даних стосовно діаграми рівноважного стану системи MnO–SiO2 показав різницю температур евтектичного й перитектичного плавлення та принципову розбіжність у характері плавлення. На діаграмі відсутні дані щодо поліморфного перетворення родоніту. Мета. Вивчення поведінки орто- і метасилікату марганцю, а також евтектики між ними для уточнення будови діаграми рівноважного стану системи MnO–SiO2. Матеріали та методи. Методом ДСК визначено температури фазових перетворень, плавлення й кристалізації зразків, що відповідають за складом родоніту (MnSiO3), тефроіту з родонітом (Mn2SiO4 + MnSiO3) та евтектиці, розташованої між ними. Результати. Уточнено температури конгруентного плавлення тефроіта, солідус і ліквідус інконгруентного плавлення родоніту. Вперше експериментально визначено температуру поліморфного перетворення родоніту при фазовому переході γ-MnSiO3 ↔ β-MnSiO3, що супроводжується зміною об’єму до 2 %. Це дозволило нанести на діаграму стану системи MnO–SiO2 горизонтальну лінію поліморфного перетворення. Висновки. Отримані дані про рівноважний стан системи MnO—SiO2 розширюють уявлення про будову шлакових систем, що дозволяє: оптимізувати процес охолодження під час виробництва марганцевого агломерату, раціонально підібрати шлаковий режим плавки при виробництві феросилікомарганцю, скорегувати процес загущення шлаку після випуску продуктів плавки, обґрунтувати режим кристалізації шлаку при виробництві шлаколитих виробів.
UKR: Вступ. Під час виплавки марганцевих феросплавів важливе значення має формування раціонального складу шлакового розплаву. Шлаки марганцевих феросплавів на 70—90 % представлені оксидами марганцю та кремнію. Відомості про фазові рівноваги в системі MnO–SiO2 є вагомим показником для розробки нових і вдосконаленні діючих процесів збагачення та огрудкування марганцевої сировини, отримання марганцевих феросплавів, а також виплавки електросталі з підвищеним вмістом марганцю. Проблематика. Аналіз наведених в літературі даних стосовно діаграми рівноважного стану системи MnO–SiO2 показав різницю температур евтектичного й перитектичного плавлення та принципову розбіжність у характері плавлення. На діаграмі відсутні дані щодо поліморфного перетворення родоніту. Мета. Вивчення поведінки орто- і метасилікату марганцю, а також евтектики між ними для уточнення будови діаграми рівноважного стану системи MnO–SiO2. Матеріали та методи. Методом ДСК визначено температури фазових перетворень, плавлення й кристалізації зразків, що відповідають за складом родоніту (MnSiO3), тефроіту з родонітом (Mn2SiO4 + MnSiO3) та евтектиці, розташованої між ними. Результати. Уточнено температури конгруентного плавлення тефроіта, солідус і ліквідус інконгруентного плавлення родоніту. Вперше експериментально визначено температуру поліморфного перетворення родоніту при фазовому переході γ-MnSiO3 ↔ β-MnSiO3, що супроводжується зміною об’єму до 2 %. Це дозволило нанести на діаграму стану системи MnO–SiO2 горизонтальну лінію поліморфного перетворення. Висновки. Отримані дані про рівноважний стан системи MnO—SiO2 розширюють уявлення про будову шлакових систем, що дозволяє: оптимізувати процес охолодження під час виробництва марганцевого агломерату, раціонально підібрати шлаковий режим плавки при виробництві феросилікомарганцю, скорегувати процес загущення шлаку після випуску продуктів плавки, обґрунтувати режим кристалізації шлаку при виробництві шлаколитих виробів.
Description
Yu. Proidak: ORCID 0000-0001-7380-055X; A. Gladkykh: ORCID 0000-0002-7279-8133; A. Ruban: ORCID 0000-0001-6553-6568
Keywords
MnO—SiO2 system, DSC, phase equilibrium, γ-MnSiO3 ↔ β-MnSiO3 polymorphic transformation, система MnO—SiO2, ДСК, фазова рівновага, поліморфне перетворення γ-MnSiO3 ↔ β-MnSiO3, КЕМ (ІПБТ)
Citation
Proidak Yu. S., Gladkykh V. A., Ruban A. V. Studying the Phase Equilibria in MnO-SiO2 System by the Differential Scanning Calorimetry (DSC) Method. Science and Innovation. 2022. No. 18(2). P. 100–107. DOI: https://doi.org/10.15407/scine18.02.100.