مقالات

تولید فروآلیاژ: قسمت دوم

فروآلیاژها معمولاً به دو گروه تقسیم می شوند: فروآلیاژهای توده ای یا حجیم (تولید شده در مقادیر زیاد در کوره های قوس الکتریکی) و فروآلیاژهای ویژه (تولید شده در مقادیر کمتر، اما با اهمیت بالا). فروآلیاژهای حجیم در فولادسازی و ریخته گری فولاد یا آهن به طور انحصاری مورد استفاده قرار می گیرند، در حالی که استفاده از فروآلیاژهای ویژه بسیار متنوع است.

با این حال، فروآلیاژها معمولاً با احیای یک سنگ معدنی فلزی (معمولاً اکسید) تولید می شوند.
• توسط کربن با افزودن انرژی الکتریکی در "کوره قوس" (فرایند ذوب).
• یا توسط فلزات (احیا متالوترمیک)، معمولاً آلومینیوم یا سیلیسیم.

فرآیند قوس یک عملیات احیا ذوب است. واکنش دهنده ها از سنگ معدن فلزی (اکسیدهای آهنی، اکسیدهای سیلیسیم، اکسیدهای منگنز، اکسیدهای کروم و غیره) و یک عامل کاهنده از منبع کربن، که معمولاً به شکل کک، زغال سنگ، یا خرده چوب تشکیل شده اند. سنگ آهک نیز ممکن است به سیستم اضافه شود. مواد خام خرد، اندازه و در برخی موارد خشک می شوند و سپس برای توزین و مخلوط کردن به انبار منتقل می شوند.
مواد فراوری شده به کمک نوار نقاله ها، سطل ها، بالابرها به مخازن و قیف های بالای کوره منتقل می کنند. سپس در صورت نیاز، مخلوط به صورت پیوسته یا متناوب با نیروی جاذبه از طریق یک لوله تغذیه به کوره انتقال می یابد. در دماهای بالا در منطقه واکنش، منبع کربن با اکسیدهای فلزی واکنش می دهد تا مونوکسید کربن ایجاد کند و کانه ها را به فلز پایه تبدیل کند.

ذوب در کوره قوس الکتریکی با تبدیل انرژی الکتریکی به گرما انجام می شود. جریان متناوب اعمال شده به الکترودها باعث می شود جریان از طریق شار بین نوک الکترودها عبور کند. این یک منطقه واکنش را در دمای تا 2000 درجه سانتیگراد (3632 درجه فارنهایت) فراهم می کند. نوک هر الکترود با عبور جریان متناوب بین نوک ها، قطبیت را به طور مداوم تغییر می دهد. برای حفظ بار الکتریکی یکنواخت، عمق الکترود به طور مداوم و به طور خودکار توسط ابزارهای مکانیکی یا هیدرولیکی تغییر می کند.

 

شکل 1: کوره الکتریکی مورد استفاده در تولید فروآلیاژ

فرآیند گرمازا (متالوترمیک).

فرآیند گرمازا معمولاً برای تولید آلیاژهای با عیار بالا با میزان کربن پایین استفاده می شود. آلیاژ مذاب تولیدی مورد استفاده در این فرآیند ممکن است مستقیماً از یک کوره قوس الکتریکی یا از نوع دیگری از کوره های گرمایشی باشد. سیلیکون یا آلومینیوم مورد استفاده با اکسیژن موجود در آلیاژ مذاب ترکیب می شود و منجر به افزایش شدید دما و هم زدن شدید حمام مذاب می شود.
فروکروم کم کربن و کربن متوسط (FeCr) و فرومنگنز (FeMn) با احیای سیلیسیم تولید می شوند. احیاء آلومینیوم برای تولید فلز کروم، فروتیتانیوم، فرووانادیوم و فروکلمبیوم نیز استفاده می شود. برای تولید فرومولیبدن و فروتنگستن از مخلوط آلومینو/سیلیکو استفاده می شود. اگرچه آلومینیوم گرانتر از کربن یا سیلیکون است، اما محصولات بدست امده خالص تر هستند. فروکروم کم کربن (LC) معمولاً از ذوب سنگ معدن کروم و آهک در یک کوره تولید می شود.
سپس مقدار مشخصی در یک پاتیل (پاتیل شماره 1)  قرار می گیرد. سپس مقدار مشخصی از فرو سیلیکوکروم با کربن متوسط به پاتیل اضافه می شود. این واکنش بسیار گرمازا است و کروم را از سنگ معدن خود آزاد می کند و فروکروم کم کربن LC و سرباره سیلیکات کلسیم تولید می کند. این سرباره که هنوز حاوی اکسید کروم قابل بازیافت است، در یک پاتیل دیگر (پاتیل شماره 2) با فروسیلیکو کروم مذاب کربن بالا واکنش داده و فروسیلیکوکروم کربن متوسط را تولید می کند. 

References

1. J.Kuenen: Ferroalloys production, 2.C.2 Ferroalloys production, Version EMEP/EEA emission inventory guidebook 2009, p.1-7;

2. Association of European ferro-alloy producers;

3. Ferroalloy Production, 10/86, Metallurgical Industry, 12.4-3: 12.4-20; Accessed 05-2016;

4. Manganese Ferroalloys, Chuo Denki Kogyo Co.LTD, Accessed 04-2016