فروسیلیکو منگنز؛ فروآلیاژی کلیدی در صنعت فولاد
آلیاژهای سیلیکو منگنز از عناصری مانند منگنز، سیلیکون، آهن و مقدار کمی‌کربن تشکیل شده اند. آلیاژ سیلیکومنگنز یک اکسیدزدای ترکیبی است که معمولاً در فولادسازی استفاده می‌شود. فروسیلیکو منگنز با فرمول شیمیایی (FeSiMn) اولین بار در اوایل قرن بیستم تولید شد. ترکیب شیمیایی معمولی فروسیلیکو منگنز، شامل 65 درصد سیلیکون، 14 تا 16 درصد منگنز و 2 درصد یا کمتر کربن است. لازم به ذکر است که سیلیکون، حلالیت کربن در آلیاژهای منگنز را کاهش می‌دهد. بنابراین طبیعی است که محتوای کربن با محتوای سیلیکون نسبت معکوس داشته باشد. جهت شناخت بهتر ماهیت این فروآلیاژ و همچنین آشنایی با نقش آن در صنعت فولاد و چدن، مطالعه این مطلب را از دست ندهید.
فروآلیاژ و بهبود خواص فولاد و چدن
فروآلیاژها، آلیاژهای مختلف آهن فروسیلیس، فرومولبیدن، فروبور، فروتیتانیوم، فرووانادیوم و با محتوای بالای یک یا چند عنصر دیگر همچون منگنز، کروم، نیکل یا سیلیکون هستند. مهم‌ترین کاربرد آن‌ها مربوط به تولید فولاد و آلیاژهای مختلف است. این محصولات، خواص خاصی به فولاد و چدن می‌دهند و نقش مهمی‌در تولید آن‌ها دارند. به همین دلیل است که فروآلیاژها ارتباط تنگاتنگی با صنعت آهن و فولاد داشته و این صنایع، مصرف‌کننده اصلی فروآلیاژها به شمار می‌آیند. به تعریفی دیگر، فروآلیاژها، آلیاژهای انتقالی هستند که حاوی مقادیر معینی آهن و اغلب یکی از عناصر متعلق به فلزات غیرآهنی یا نیمه فلزات هستند. فروآلیاژها عمدتاً به‌عنوان آلیاژهای انتقالی در صنعت آهن استفاده می‌شوند، زیرا اقتصادی‌ترین راه برای وارد کردن یک عنصر آلیاژی به حمام فولادی هستند.
علاوه‌بر این، فروآلیاژهای ویژه نیز برای تولید آلیاژهای آلومینیوم و به‌عنوان ماده اولیه در شرایط شیمیایی خاص مورد نیاز هستند. استفاده از فروآلیاژهای مختلف به‌عنوان یک افزودنی در تولید فولاد، موجب بهبود خواص فولاد مانند استحکام کششی و مقاومت در برابر سایش و خوردگی می‌شود. لازم به ذکر است که بسته به ماده خام مورد استفاده، تولید فروآلیاژها می‌تواند به‌عنوان یک فرآیند اولیه یا ثانویه انجام شود.
نقش گرافیت در الکترودهای فروسیلیکو منگنز یا به اختصار SiMn
فروسیلیکو منگنز یا به اختصارSiMn ، یک ترکیب شیمیایی است که از ترکیب سیلیکون طبیعی با منگنز، (عنصری که به طور طبیعی در زمین وجود دارد) به دست می‌آید. پس از ترکیب این اجزا، می‌توان از این فروآلیاژ برای تولید طیف وسیعی از آلیاژهای فولادی ویژه استفاده کرد. فروسیلیکو منگنز خواص طبیعی فولاد را بهبود بخشیده و به آن استحکام و عملکرد بهتری می‌بخشد. علاوه‌بر بهبود جنبه عملکردی و استحکام فولاد، فروسیلیکو منگنزها می‌توانند ارزش زیبایی شناختی فولاد را نیز به طور قابل توجهی بهبود بخشند. این بدان معنا است که این فروآلیاژها را می‌توان در کاربردهایی فراتر از موارد مرتبط با محصولات فولادی استاندارد استفاده کرد.
این ترکیب را می‌توان به تنهایی یا در ترکیب با مواد دیگر و برای تشکیل آلیاژهای مختلف استفاده کرد. نسبت سیلیکون به منگنز را نیز می‌توان تنظیم کرد تا خواص مورد نظر را به فولاد بدهد. آلیاژهای استاندارد سیلیکو منگنز حاوی 14 تا 16 درصد سیلیکون و 68 درصد منگنز هستند. این فروآلیاژها، همچنین حاوی مقادیر کمی‌کربن هستند که برای واکنش شیمیایی فولاد با این ترکیبات ضروری است. در فولاد ضد زنگ یا محصولات فولادی خاص، محتوای سیلیکون می‌تواند تا 30 درصد باشد.
روند تولید فولادهای سیلیکونی منگنزی
به طور کلی از ماده فروسیلیکو منگنز به‌عنوان یک افزودنی در صنعت فولاد و یا در تولید سایر آلیاژهای منگنز استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که فروسیلیکو منگنز بسته به منابع موجود، یا از سنگ معدن سیلیسی منگنز یا از سرباره‌های غنی از منگنز که محصول جانبی تولید فرومنگنز هستند، استخراج می‌شود.
برای تولید فولادهای سیلیکونی منگنزی، تولیدکنندگان ابتدا باید این مواد را با استفاده از تکنیک‌های استخراج سنتی از زمین جمع‌آوری کنند. سپس این عناصر، با نسبت‌های دقیق ترکیب شده و در نتیجه یک ترکیب شیمیایی مایع ایجاد می‌شود. هنگامی‌که سنگ آهن و زغال سنگ در کوره ذوب می‌شوند، منگنز سیلیسی به مخلوط مذاب اضافه می‌شود. یک واکنش شیمیایی زمانی اتفاق می‌افتد که این اجزا با هم ترکیب شده و آهن را اکسیدزدایی می‌کنند. و نتیجه آن، تولید یک آلیاژ فولادی مقاوم در برابر زنگ‌زدگی است.
مزایای استفاده محصول در صنایع فولاد
استفاده از این فروآلیاژ در فرایند فولاد، مزایای زیادی را به همراه دارد. هر یک از این مواد(منگنز و سیلیس) به‌عنوان یک اکسیدکننده قوی عمل می‌کنند. با ترکیب هر دو، سازندگان می‌توانند خواص اکسیدزدایی را برای افزایش دوام فولاد به حداکثر برسانند. فولادهای ساخته شده با این فروآلیاژ ، سطح بالایی از مقاومت در برابر زنگ‌زدگی را ارائه داده و از این نظر جهت کاربردهای خارج از منزل یا مناطق مرطوب مناسب هستند. این فولادها همچنین در برابر خوردگی مقاوم بوده و می‌توانند در نزدیکی انواع خاصی از مواد شیمیایی یا در مناطق ساحلی استفاده شوند.
لازم به توضیح است که یک عامل کاهنده برای فرآیندهای حرارتی، فرومنگنز و الکتروسیلیکون کم کربن است. آلیاژهای سیلیکومنگنز را می‌توان به طور پیوسته در کوره های بلند بزرگ، متوسط و کوچک ذوب کرد. افزودن سیلیکون منگنز به فولاد همچنین موجب تولیدی یک آلیاژ فولادی تمیز می‌شود. این مواد شیمیایی عناصر طبیعی مانند فسفر را از فولاد استخراج می‌کنند و این به معنای آلودگی کمتر و تولید محصولی با کیفیت بهتر است. البته در نظر داشته باشید که در مقایسه با فولاد سنتی، آلیاژهای تولید شده با استفاده از این تکنیک، دارای فرایند تولید طولانی‌تر و هزینه بیشتر هستند. در یک طبقه‌بندی کلی‌تر، مزایای استفاده از این فروآلیاژ را می‌توان به این شرح ارائه داد:
- بهبود استحکام و مقاومت‌پذیری فولاد
- اکسید زادیی کامل انواع مختلفی از فلزات و فولادها
- کاهش ناخالصی‌هایی همچون گوگرد، فسفر و نیتروژن در فرایند تولید فولاد
بازار محصول
فرو سیلیکو منگنز که گاهی آلیاژ آهن فروسیلیس منگنز نامیده می‌شود، از منگنز، سیلیکون و آهن تشکیل می‌شود. منگنز و سیلیکون اجزای حیاتی در تولید فولاد هستند. لازم به ذکر است که ذخایر جهانی منگنز عمدتاً در آفریقای جنوبی، اوکراین، استرالیا، برزیل، هند و چین متمرکز شده است. چین، یک پایگاه مهم تولید این محصول است. در سال 2015، سهم تولید این ماده در کشور چین حدود 72.19٪ بود. انتظار می‌رود بازار جهانی سیلیکو منگنز به ارزش 16.34 میلیارد دلار در سال 2021 و تا پایان سال 2026 به 243.5 میلیارد دلار برسد. ایران نیز از جمله کشورهای شناخته شده در تولید انواع فروآلیاژهای مختلف از جمله فرو سیلیکو منگنز است. و در سالیان اخیر توانسته است نقش مهمی‌در تامین نیاز بازارهای جهانی به این فروآلیاژ ایفا کند.
نتیجه‌گیری
با نگاهی به تاریخچه، ترکیب شیمیایی، فرآیند تولید و کاربردهای گسترده فروسیلیکو منگنز، می‌توان دریافت که این فروآلیاژ نقش اساسی در بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی فولاد ایفا می‌کند. ترکیب منگنز و سیلیکون به عنوان دو عنصر فعال در فرآیند اکسیدزدایی، نه تنها استحکام و مقاومت فولاد را افزایش می‌دهد، بلکه باعث کاهش ناخالصی‌هایی چون گوگرد و فسفر نیز می‌شود؛ که این امر منجر به تولید فولادی تمیزتر و با کیفیت‌تر می‌گردد. همچنین ویژگی‌های مقاومتی این آلیاژ در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای استفاده در محیط‌های سخت و مرطوب تبدیل کرده است.
در کنار مزایای فنی، بازار جهانی رو به رشد این محصول نیز نشان از اهمیت بالای آن در صنعت جهانی فولاد دارد. نقش‌آفرینی کشورهایی همچون چین، هند و همچنین ایران در تولید و عرضه فروسیلیکو منگنز، بیانگر جایگاه استراتژیک این فروآلیاژ در زنجیره تأمین جهانی است. با توجه به ویژگی‌های منحصر به‌فرد و تقاضای روزافزون برای فولادهای با کیفیت بالا، انتظار می‌رود مصرف و تولید فروسیلیکو منگنز در سال‌های آینده رشد چشمگیری داشته باشد. در نتیجه، فروسیلیکو منگنز نه تنها یکی از اجزای ضروری در صنعت فولاد به شمار می‌رود، بلکه نقشی کلیدی در حرکت به‌سوی تولید فولادهای پیشرفته‌تر و سازگارتر با نیازهای صنعتی و محیطی ایفا می‌کند.
