نقش فرومنگنز در افزایش کیفیت تولید فولاد
بهطور کلی، فروآلیاژها برای اکسیدزدایی چدن و فولاد (فرومنگنز، فروسیلیس یا آلیاژسازی آنها) فرووانادیوم، فروکروم، فروتنگستن و…) استفاده میشوند. در نظر داشته باشید که تمام فروآلیاژها دارای نقطه ذوب کمتری نسبت به عناصر مربوطه بوده و همین امر ترکیب آنها با روند تولید فولاد مایع و چدن را تسهیل میکند. یکی از مهمترین فروآلیاژهای پرکاربرد در صنایع فولادسازی، فروآلیاژ فرومنگنز است.
شناخت ماهیت فروآلیاژ
فروآلیاژها، آلیاژهای مختلفی از آهن هستند که علاوهبر آهن، حاوی مقدار قابل توجهی از یک یا چند عنصر دیگر مانند منگنز، کربن یا سیلیکون هستند. در تمام فروآلیاژها، آهن بهعنوان عنصر اصلی و اولیه شناخته میشود. البته در بسیاری از انواع این فروآلیاژ ، مقدار آهن، کمتر از 50 درصد بوده و در ترکیب با یک یا چند عنصر راکتیو دیگر، از کاربرد بسیار گستردهای در صنعت فولاد و چدن برخوردار است. به این صورت که در صنایع تولید فولاد و چدن، این فروآلیاژها با فلز مذاب ترکیب شده و به این ترتیب فولاد و چدنی با خواص مکانیکی خارق العاده تولید میشود.
به بیانی دیگر، فروآلیاژها، آلیاژهای آهنی ترکیب شده با Si، Me ، Mo، V، Ni، Co و سایر عناصر بوده و برای اکسیدزدایی و آلیاژسازی فولاد، استفاده میشوند. از متداولترین فروآلیاژها میتوان به فروسیلیس، فرومنگنز، فروکروم، فروونادیم و فروتنگستن اشاره کرد. لازم به ذکر است که فروآلیاژ ممکن است از یک عنصر واکنشی منفرد یا چند عنصر واکنشی معروف به سیستم های آلیاژی مانند نیکل یا کبالت استفاده کند. این فروآلیاژها، تضمین کننده شکل گیری خواص منحصر به فرد در فولاد و چدن بوده و نقش کلیدی در چرخه تولید آهن و فولاد دارند.
کاربرد فروآلیاژها
در نظر داشته باشید که دامنه کاربرد فروآلیاژها بسیار گسترده بوده و در زمینه های مختلف متالورژی مورد تقاضا میباشند. فروآلیاژها را میتوان برای اکسیدزدایی فولاد در فرآیند ذوب، برای آلیاژسازی فلز و همچنین برای بهبود خواص فولاد و چدن مانند مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر استرس مکانیکی یا عوامل تهاجمی استفاده کرد.
عملکرد فرومنگنز
پیش از بررسی ماهیت و عملکرد فرومنگنز، سوالی که خوب است به آن بپردازیم این است که چرا عناصر به شکل خالص خود(منگنز ، کروم، سیلیس و…) در فرایند تولید فولاد اعمال نمی شوند؟ در پاسخ به این سوال لازم به توضیح است که بسیاری از این عناصر نقطه ذوب بسیار بالایی دارند و همین مسئله استفاده از آنها را در ذوب فلزات دشوار میکند. در همین راستا، استفاده از آلیاژهای پایه آهن به حل این مشکل کمک شایانی میکند.
خوب است بدانید که رایجترین اکسید زدا که صنعت آهن و فولاد نمیتواند بدون آن کار کند، فرومنگنز به انگلیسی (Ferromanganese) است. منگنز آزاد، یک فلز سفید با رنگ صورتی است؛ فرومنگنز نیز دارای رنگ صورتی است، اما ساختار کریستالی بسیار بزرگتری نسبت به عنصر منگنز دارد. اجزای اصلی این فروآلیاژ، آهن و منگنز است. به بیانی دیگر، فرومنگنز با فرمول شیمیایی( MnO2Fe2O3) ، آلیاژی با 70 تا 90 درصد منگنز بوده و برای گوگردزدایی و اکسیدزدایی فولاد مذاب استفاده میشود. شایان ذکر است که استفاده از عنصر منگنز در فرایند تولید فولاد، استحکام فولاد را افزایش داده و میتواند جایگزین نیکل در فولادهای آستنیتی شود. بهطور کلی، استفاده از منگنز در فولادسازی به دستیابی به نتایج زیر کمک می کند:
- سختی فولاد ذوب شده افزایش مییابد.
- فلزات در برابر خوردگی مقاومت پیدا میکنند.
- مقاومت فولاد در برابر گسیختگی را افزایش می دهد.
ویژگیهای کلیدی فرو منگنز
- فرومنگنز آلیاژی متشکل از آهن، منگنز و کربن است.
- محتوای منگنز در این فروآلیاژ، عمدتا بین 30 تا 80 درصد و محتوای کربن آن بین 2 تا 8 درصد است.
- این فروآلیاژ از ذوب سنگ آهن و منگنز، عمدتاً در کوره احیاء ذوب که کوره قوس الکتریکی زیر آب (SAF) نیز نامیده می شود و به میزان کمتری در کوره بلند تولید می شود.
مصرف عمده فرو منگنز
شایان ذکر است که در ساختار کلی مصرف منگنز، بیش از 90 درصد مصرف این عنصر ، مربوط به صنعت فولادسازی و به شکل فروآلیاژهای مختلف منگنز میباشد. به همین دلیل است که معمولا از سنگ معدن، منگنز خالص استخراج نمیشود. بلکه درصد بالایی از منگنز، به صورت فرومنگنز و محصولی متشکل از آهن و کربن (فروآلیاژی حاوی 70 تا 90 درصد منگنز) به دست میآید.
به طور کلی، میانگین مصرف منگنز در صنعت فولاد در کشورهای مختلف جهان به عوامل مختلفی بستگی دارد که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- درجه و گرید فولاد ذوب شده
- روش تولید فلز (مبدل اکسیژن، کوره الکتریکی، اجاق باز)
- فرآیندهای تکنولوژیکی و غیره
به طور کلی، انواع گریدها و آلیاژهای فولادی، تولید منگنز و فروآلیاژهای منگنز در طیف وسیعی را ضروری می کند. خوب است بدانید که در کشورهای CIS ، مصرف ویژه فرو منگنز زیاد است و بین 7 تا 9 کیلوگرم در هر تن فولاد متغیر میباشد.
تولید فرو منگنز
به طور کلی، اغلب منگنز به شکل فرومنگنز و به صورت آلیاژی حاوی حدود 80 درصد منگنز و از احیای مشترک اکسیدهای منگنز و آهن به دست میآید. تولید این فروآلیاژ در کورههای بلند با گرمایش قوس الکتریکی و یا در کوره های الکتریکی با گرمایش اجباری (فرومنگنز کوره الکتریکی با محتوای کربن کاهش یافته – تا 2٪) انجام میشود. این فروآلیاژ، در متالورژی آهنی برای اکسید زدایی فولادها، استخراج گوگرد از آنها و آلیاژ کردن فولادهای خاص استفاده میشود.
شایان ذکر است که از آنجایی که منگنز عمدتا بهعنوان یک افزودنی در گریدهای مختلف فولاد استفاده می شود، معمولا منگنز خالص ذوب نمی شود! بلکه در فرایند ذوب از فرومنگنز استفاده میشود. منگنز همچنین از الکترولیز محلول آبی MnSO4 به دست می آید. مقدار کمی از منگنز فلزی نیز در آزمایشگاه به راحتی با روش آلومینوترمی تهیه میشود.
نتیجهگیری
فروآلیاژها نقشی اساسی در فرآیندهای تولید فولاد و چدن ایفا میکنند. در این میان، فرومنگنز به عنوان مهمترین و کاربردیترین فروآلیاژ، توانسته است نقشی کلیدی در اکسیدزدایی، گوگردزدایی و آلیاژسازی فولاد داشته باشد. با توجه به مزایای فنی و اقتصادی فرومنگنز، استفاده از آن به صورت گسترده در صنعت فولادسازی رایج است و سهم قابل توجهی از مصرف منگنز جهانی را به خود اختصاص میدهد. در نهایت، درک عمیقتر نسبت به ماهیت، کاربرد و فرآیند تولید فرومنگنز، میتواند به بهینهسازی مصرف و افزایش بازدهی در صنایع مرتبط کمک شایانی نمود.
[…] از آهن و مقدار زیادی از یک یا چند عنصر دیگر هستند. فرومنگنز، فروسیلیس و فروسیلیکومنگنز نمونه از این فرو آلیاژها […]