آلیاژ آهنی

آلیاژ آهنی به آلیاژهایی گوناگون آهن گفته می‌شود. که به گونه‌ی نسبی بالای یک یا چند عنصر دیگر مانند منگنز، آلومینیوم یا سیلیسیم قرار دارد. و در تولید انواع فولاد در آلیاژها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این آلیاژها ویژگی‌های متمایزی را به فولاد و چدن می‌دهند. و با صنعت فولاد و فراورده‌های فلزی، ارتباط نزدیکی دارند. کشورهای پیشرو در تولید آلیاژهای آهن در سال 2014 چین، آفریقای جنوبی. هند، روسیه و قزاقستان بودند که 84 درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص دادند. تولید جهانی آلیاژهای آهنی 52.8 میلیون تن در سال 2015 برآورده شده است.

ترکیبات

• FeAl-فروش آلومینیوم
• FeB- فروبور -12-20% بور، حداکثر 3% سیلیکون، حداکثر 2% آلومینیوم، حداکثر 1% کربن
• FeCe-فروسریوم
• FeCr-فروکروم
• FeMg-فرومنیزیم
• FeMn-فرومنگنز
• FeMo-فرومولیبدن-حداقل 6% Mo، حداکثر 1% سیلیکون، حداکثر 0.5% مس
• FeNb-فرونیوبیم
• Fep-فرو فسفر
• FeSi-فروسیلیسیم-مقدار Si بین 15% تا 90%
• FeSiMg-فروسیلیکون منیزیم (با منیزیم 4% تا 25%) که به آن ندولایزر نیز می‌گویند.
• FeTi-فروتیتانیوم-10-30-65-75% تیتانیوم، حداکثر 5-6.5% آلومینیوم، حداکثر 1-4% سیلیکون
• Feu-فرو اورانیوم
• FeV-فرو وانادیوم
• FeW-فرو تنگستن

تولید بر اسای فرایندها

Evolution of the global ferroalloys production, by processes.

آلیاژهای آهن به طور کلی به دو روش تولید می‌شوند. در کوره بلند یا احیای مستقیم. تولید در کوره بلند در طول قرن بیستم به طور مداوم کاهش یافت. در حالی که تولید به روش احیای مستقیم همچنان در حال افزایش است. امروزه فرومنگنز را می‌توان به طور مؤثر در کوره بلند تولید کرد. اما حتی در این حالت نیز، تولید این آلیاژ به روش احیای مستقیم در حال گسترش است.

معمولاً آلیاژهای آهن توسط واکنش‌های کربوترمیک تولید می‌شوند. که شامل کاهش اکسیدها با کربن (به عنوان کک) در حضور آهن است. برخی از آلیاژهای آهن با افزودن عناصر به آهن مذاب تولید می‌شوند. همچنین امکان تولید برخی فروآلیاژها بافرآیندهای احیای مستقیم نیز وجود دارد. به عنوان مثال، فرایند کروپ-رن در ژاپن برای تولید فرونیکل استفاده می‌شود.

تولید و مصرف آلیاژهای آهنی

فرومنگنز

از میان آلیاژهای منگنز، دو آلیاژ فرومنگنز و سیلیکومنگنز، مواد اصلی برای فولادسازی هستند. بزرگترین تولید کننده فرو منگنز، چین است (2.7 میلیون تن) که با اختلاف بسیار از سایر کشورها در صدر تولیدکنندگان این آلیاژ قرار دارد. تولیدکنندگان بعدی این آلیاژ به ترتیب برزیل (0.34 میلیون تن)، آفریقای جنوبی (0.61 میلیون تن) و اوکراین (0.38 میلیون تن) هستند.

فروکروم

کشورهای پیشرو در تولید سنگ کروم در سال 2014 شامل آفریقای جنوبی (12 میلیون تن). قزاقستان (3.7 میلیون تن)، هند (3.5 میلیون تن) و ترکیه (2.6 میلیون تن) بودند. بیشتر تولید سنگ کرومیت تولید شده در کوره‌های قوس الکتریکی برای استفاده در صنعت متالورژی جهت تولید فروکروم برای صنعت متالورژی ذوب می‌شود.

کشورهای پیشرو در تولید فروکروم در جهان در سال 2014 چین (4.5 میلیون تن). آفریقای جنوبی (3.6 میلیون تن)، قزاقستان (1.2 میلیون تن) و هند (0.9 میلیون تن) بودند. میزان تولید فرو کروم در جهان 11.7 میلیون تن در سال بود که این عدد در سال 2014 به 41.7 میلیون تن در سال رسید. بیشتر فروکروم تولیدی در جهان صرف ساخت فولاد ضدزنگ می‌شود.

فرومولیبدن

اصلی‌ترین تولیدکنندگان این آلیاژ عبارتند از شیلی (16918)، چین (40000 تن). و ایالات متحده که حدود 78 درصد از تولید جهانی سنگ معدنی مولیبدنیت را در سال 2008 به خود اختصاص دادند. همچنین دیگر تولیدکنندگان آن شامل کانادا، مکزیک و پرو است. که باقی تولید را به خود اختصاص داده‌اند. کنستانتره‌های مولیبدنیت برای تشکیل اکسید مولیبدیک برشته می‌شوند.

که می‌تواند به فرومولیبدن، مواد شیمیایی مولیبدن یا فلز مولیبدن تبدیل می‌شوند. اگرچه ایالات متحده دومین کشور پیشرو در تولید مولیبدن در جهان در سال 2008 بود. اما بیش از 70 درصد فرومولیبدن مورد نیاز خود را در سال 2008 وارد نمود. که بیشتر آن را در صنایع فولاد مورد استفاده قرار داد.

فرو نیکل

بسیاری از شهاب‌سنگ‌هایی که به زمین می‌افتد از جنس فرونیکل بوده و به شکل کاماسیت یا تانیت هستند. ساختار کریستالی فرونیکل به شکل FCC بوده که می‌تواند به شکل‌های فریت، مارتنزیت یا آستنیت باشد.

در سال 2008 کشورهای پیشرو در تولید این آلیاژ شامل ژاپن (301000 تن) کالدونیای جدید (144000 تن). و کلمبیا (105000 تن) بودند که 51 درصد از تولید جهانی این آلیاژ را به خود اختصاص داده‌اند. با توجه به تولید بالای این آلیاژ توسط کشور چین، این کشور در این آمار محاسبه نشده است.

فروش سیلیسیم

فروسیلیسیم آلیاژی از آهن و سیلیسیم است که در کوره قوس التریکی و در درصدهای مختلف از جمله 10 تا 90 درصد تولید می‌گردد. این آلیاژ برای تولید فولاد و چدن مصرف می‌شود. که از آنها به عنوان اکسید زدا استفاده می‌شود. منظور از درصد میزان سیلیسیم موجود در آلیاژ است. اما درصدهای مورد نیاز صنعت به خصوص صنایع فولادسازی 70 تا 75 درصد است.

از جمله عناصر دیگر که در این آلیاژ وجود دارد و جز عناصر ناخواسته می‌باشند می‌توان به تیتانیوم، کروم، کربن، گوگرد، آلومینیوم، فسفر اشاره نمود. و معمولاً اکثر فولادها با درصد آلومینیوم زیر 2 درصد درخواست می‌نمایند. فرو سیلیسیم تولیدی در سه سایز (اندازه) به بازار مصرف ارائه می‌شود. 1-10 تا 60 میلیمتر 2-3 تا 10 میلیمتر که هر یک از صنایع با توجه به نوع مصرف از سایز مورد نیاز استفاده می‌کنند. به عنوان مثال در صنایع فولادسازی و ریخته‌گری مداوم بیشتر از اندازه 10 تا 60 میلیمتر استفاده می‌شود.

اصلی‌ترین تولیدکننده فروسیلیسیم چین با (4.9 میلیون تن) در سال 2008 بود. دیگر تولیدکنندگان این آلیاژ شامل نروژ (0.21 تن)، روسیه (0.85 تن) و ایالات متحده (0.23 میلیون تن) می‌شود.

آلیاژ آهنی

فروتیتانیم

تیتانیم در فولادسازی برای اکسیدزدایی، کنترل اندازه دانه و کنترل و تثبیت کربن و نیتروژن استفاده می‌شود. در طی فولادسازی، تیتانیم به دلیل دمای ذوب نسبتاً پایین و چگالی بالا معمولاً به عنوان فروتیتانیم استفاده می‌شود. فولادهایی که محتوای تیتانیم نسبتاً بالایی دارند. شامل فولاد ضدزنگ، فولاد کم آلیاژ پر استحکام و فولادهای بینابینی می‌شود. فروتیتانیم معمولاً از ذوب القایی قراضه تیتانیم با آهن یا فولاد تولید می‌شود. علاوه بر این، آن را نیز به طور مستقیم از کنستانتره معدنی تیتانیم نیز تولید می‌کنند. درصدهای استاندارد فروتیتانیم 30% و 70% تیتانیم هستند. همچنین فروسیلیکون – تیتانیم نیز به منظور امکان افزودن همزمان سیلیکون و تیتانیم تولید می‌شود. کشورهای پیشرو در تولید فروتیتانیم عبارتند از: برزیل، چین، هند، ژاپن، روسیه، اوکراین، بریتانیا و ایالات متحده.

فرو تنگستن

تنگستن یک عنصر آلیاژی مهم در فولادهای ابزار با سرعت بالا و سایر فولادها است. و به میزان کمتری در برخی از فولادهای ضدزنگ و ساختاری استفاده می‌شود. تنگستن اغلب به مذاب فولاد به عنوان فروتنگستن اضافه می‌شود. که می‌تواند تا 80 درصد تنگستن داشته باشد. تولید جهانی فروتنگستن تحت سلطه چین است که در سال 2008 به میزان 4835 تن (وزن ناخالص) از این آلیاژ را صادر کند. فروتنگستن قیمت نسبتاً بالایی داشته و قیمت آن حدود 31 تا 44 دلار برای هر کیلو تنگستن است.

آلیاژ آهنی

فرو وانادیم

در سال 2008 چین، روسیه (12000 تن) و آفریقای جنوبی (17000 تن) 98 درصد از تولید معدن وانادیم جهان را به خود اختصاص دادند. در این سه کشور، وانادیم عمدتاً از سنگ معدن مگنتیت حاوی تیتانیم که برای تولید آهن خام فرآوری شده بود، بازیابی می‌شود. به وسیله واکنش آلومینوترمیک، آلومینیوم (به عنوان عنصر احیا کننده) و آهن قراضه است. این سرباره حاوی 20 تا 24 درصد پنتوکسید وانادیم بوده که می‌توان آن را به فرو وانادیم حاوی 40 تا 50 درصد وانادیم تبدیل کرد.