آلیاژ آهنی
آلیاژ آهنی به آلیاژهای گوناگون آهن اطلاق می‌شود که به‌طور نسبی بالای یک یا چند عنصر دیگر مانند منگنز، آلومینیوم یا سیلیسیم قرار دارد و در تولید انواع فولاد و آلیاژها مورد استفاده قرار می‌گیرند. 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 ۲۰۱۴ چین، آفریقای جنوبی، هند، روسیه و قزاقستان بودند که ۸۴ درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص دادند. تولید جهانی آلیاژهای آهنی ۵۲٫۸ میلیون تن در سال ۲۰۱۵ برآورد شده‌است.
ترکیبات
- FeAl - فروآلومینیوم
- FeB - فروبور - ۱۲–۲۰٪ بور، حداکثر ۳٪ سیلیکون، حداکثر ۲٪ آلومینیوم، حداکثر ۱٪ کربن
- FeCe - فروسریوم
- FeCr - فروکروم
- FeMg - فرومنیزیم
- FeMn - فرومنگنز
- FeMo - فرومولیبدن – حداقل 60% Mo، حداکثر 1% Si، حداکثر 0.5% Cu
- FeNb - فرونیوبیم
- FeNi - فرونیکل (و نیکل چدن)
- Fep - فرو فسفر
- FeSi - فروسیلیسیم – مقدار Si بین ۱۵٪ تا ۹۰٪
- FeSiMg - فروسیلیکون منیزیم (با منیزیم ۴٪ تا ۲۵٪) که به آن ندولایزر نیز می‌گویند.
- FeTi - فروتیتانیوم – 10..30–65..75% Ti، حداکثر 5-6.5% Al، حداکثر 1-4% Si
- FeU - فرو اورانیوم
- FeV - فرووانادیوم
- FeW - فروتنگستن
تولید، بر اساس فرایندها
آلیاژهای آهن به‌طور کلی به دو روش تولید می‌شوند: در کوره بلند یا احیای مستقیم. تولید در کوره بلند در طول قرن بیستم به‌طور مداوم کاهش یافت، در حالی که تولید به روش احیای مستقیم همچنان در حال افزایش است. امروزه فرومنگنز را می‌توان به‌طور 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 با فرآیندهای 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 آلیاز فرومنگنز و سیلیکومنگنز، مواد اصلی برای فولادسازی هستند. بزرگ‌ترین تولیدکننده فرومنگنز، چین است (۲٫۷ میلیون تن) که با اختلاف بسیار از سایر کشورها در صدر تولیدکنندگان این آلیاژ قرار دارد. تولیدکنندگان بعدی این آلیاژ به ترتیب برزیل (۰٫۳۴ میلیون تن)، آفریقای جنوبی (۰٫۶۱ میلیون تن) و اوکراین (۰٫۳۸ میلیون تن) می‌باشند.
فروکروم
کشورهای پیشرو در تولید سنگ کروم در سال ۲۰۱۴ شا آفریقای جنوبی (۱۲ میلیون تن)، قزاقستان (۳٫۷ میلیون تن)، هند (۳٫۵ میلیون تن) و ترکیه (۲٫۶ 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 ۲۰۱۴ چین (۴٫۵ میلیون تن)، آفریقای جنوبی (۳٫۶ میلیون تن)، قزاقستان (۱٫۲ میلیون تن) و هند (۰٫۹ میلیون تن) بودند. میزان تولید فروکروم در جهان ۱۱٫۷ میلیون تن در سال بود که این عدد در سال ۲۰۱۴ به ۴۱٫۷ میلیون تن در سال رسید. بیشتر فروکروم تولید شده در دینا صرف ساخت فولاد ضدزنگ می‌شود.
فرومولیبدن
اصلی‌ترین تولیدکنندگان این آلیاژ عبارتند از شیلی (۱۶۹۱۸ تن)، چین (۴۰۰۰۰ تن) و ایالات متحده که حدود ۷۸ درصد از تولید جهانی سنگ معدن مولیبدنیت را در سال ۲۰۰۸ به خود اختصاص دادند. همچنین دیگر تولیدکنندگان آن شامل کانادا، مکزیک و پرو است که باقی تولید را به خود اختصاص داده‌اند. کنسانتره‌های مولیبدنیت برای تشکیل اکسید مولیبدیک برشته می‌شوند که می‌تواند به فرومولیبدن، مواد شیمیایی مولیبدن یا فلز مولیبدن تبدیل شوند. اگرچه ایالات متحده دومین کشور پیشرو در تولید مولیبدن در جهان در سال ۲۰۰۸ بود، اما بیش از ۷۰ درصد فرومولیبدن مورد نیاز خود را در سال ۲۰۰۸ وارد نمود که بیشتر آن را در صنایع فولاد مورد استفاده قرار داد.
فرونیکل
بسیاری از شهاب‌سنگ‌هایی که به زمین می‌افتند 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 ۲۰۰۸ کشورهای پیشرو در تولید این آلیاژ شامل ژاپن(۳۰۱۰۰۰تن) کالدونیای جدید(۱۴۴۰۰۰تن) و کلمبیا(۱۰۵۰۰۰تن) بودند که ۵۱ 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 نشده‌است.
فروسیلیسیم
فروسیلیسیم آلیاژی از آهن و سیلیسیم است که در کوره قوس الکتریکی و در درصدهای مختلف ازجمله ۱۰ الی ۹۰ 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 می‌باشد، اما درصدهای مورد نیاز صنعت به خصوص صنایع فولاد سازی ۷۰ الی ۷۵ درصد می‌باشد. از جمله عناصر دیگر که در این آلیاژ وجود دارد و جز عناصر ناخواسته می‌باشد، می‌توان به تیتانیوم، کرم، کربن، گوگرد، آلومنیوم، فسفر اشاره کرد و معمولاً اکثر فولادسازها با درصد آلومنیوم زیر ۲ درصد در خواست می‌نمایند. فرو سیلیسیم تولیدی در سه سایز (اندازه) به بازار مصرف ارایه می‌شود: ۱–۱۰ تا ۶۰ میلی‌متر ۲–۳ تا ۱۰ میلی‌متر ۳–۰ تا ۳ میلی‌متر که هر یک از صنایع با توجه به نوع مصرف از سایز مورد نیاز استفاده می‌کنند، به عنوان مثال در صنایع فولاد سازی و ریخته‌گری مداوم بیشتر از اندازه ۱۰ تا ۶۰ میلی‌متر استفاده می‌شود.
اصلی‌ترین تولیدکننده فروسیلیسیم چین با (۴٫۹ میلیون تن) در سال ۲۰۰۸ بود. دیگر تولیدکنندگان این آلیاژ شامل نروژ (۰٫۲۱ تن)، روسیه (۰٫۸۵ تن) و ایالات متحده (۰٫۲۳ میلیون تن) می‌شود.
فروتیتانیوم
تیتانیوم در فولادسازی برای اکسید زدایی، کنترل اندازه دانه و کنترل و تثبیت کربن و نیتروژن استفاده می‌شود. در طی فولادسازی، تیتانیوم به دلیل دمای ذوب نسبتاً پایین و چگالی بالا معمولاً به عنوان فروتیتانیوم استفاده می‌شود. فولادهایی که محتوای تیتانیوم نسبتاً بالایی دارند شامل فولاد ضدزنگ، فولاد کم‌آلیاژ پراستحکام و فولادهای بینابینی می‌شود. فروتیتانیوم معمولاً از ذوب القایی قراضه تیتانیوم با آهن یا فولاد تولید می‌شود. علاوه بر این، آن را نیز به‌طور مستقیم از کنسانتره معدنی تیتانیوم نیز تولید می‌کنند. درصدهای استاندارد فروتیتانیوم ۳۰٪ و ۷۰٪ تیتانیوم هستند. همچنین فروسیلیکون-تیتانیوم نیز به منظور امکان افزودن همزمان سیلیکون و تیتانیوم تولید می‌شود. کشورهای پیشرو در تولید فروتیتانیوم عبارتند از: برزیل، چین، هند، ژاپن، روسیه، اوکراین، بریتانیا و ایالات متحده.
فروتنگستن
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 ۸۰ درصد تنگستن داشته باشد. تولید جهانی فرونگستن تحت سلطه چین است که در سال ۲۰۰۸، ۴۸۳۵ تن (وزن ناخالص) از این آلیاژ را صادر کرد. فروتنگستن قیمت نسبتاً بالای داشته و قیمت آن حدود ۳۱ تا ۴۴ دلار برای هر کیلوگرم تنگستن است.
فرو وانادیوم
در سال ۲۰۰۸، چین، روسیه (۱۲۰۰۰ تن) و آفریقای جنوبی (۱۷۰۰۰ تن) ۹۸ درصد از تولید معدن وانادیوم جهان را به خود اختصاص دادند. در این سه کشور، وانادیوم عمدتاً از سنگ معدن مگنتیت حاوی تیتانیوم که برای تولید آهن خام فرآوری شده بود، بازیابی می‌شود. این فرایند مستلزم احیای اکسید وانادیم (V) به وسلیه واکنش آلومینوترمیک، آلومینیوم (عنوان عنصر احیاکننده)، و آهن قراضه است. این سرباره حاوی ۲۰ تا ۲۴ درصد پنتوکسید وانادیم بوده که می‌توان آن را به فرووانادیوم حاوی ۴۰ تا ۵۰ درصد وانادیم تبدیل کرد.
منابع
- ↑ Bedinger, George M. ; Corathers, Lisa A. ; et al. (October 2016). Ferroalloys (PDF). Minerals Yearbook 2014 (Report). I. U.S. Geological Survey. pp. 25.1–25.3. doi:10.3133/mybvi. Retrieved 2019-10-18.
- ↑ Singerling, Sheryl A. ; Tuck, Christopher A. ; et al. (June 2018). Ferroalloys (PDF). Minerals Yearbook 2015 (Report). I. U.S. Geological Survey. pp. 25.1–25.14. doi:10.3133/mybvi. Retrieved 2019-10-18
- ↑ Kudo, Akira. Japanese-German Business Relations: Co-operation and Rivalry in the Interwar. pp. 89–108. Archived from the original on 2014-10-20. Retrieved 2014-12-21.
- ↑ Corathers, Lisa A. ; et al. (October 2010). Ferroalloys (PDF). Minerals Yearbook 2008 (Report). I. U.S. Geological Survey. pp. 25.1–25.14. doi:10.3133/mybvi. Retrieved 2019-10-18.
- ↑ Bedinger, George M. ; Corathers, Lisa A. ; et al. (October 2016). Ferroalloys (PDF). Minerals Yearbook 2014 (Report). I. U.S. Geological Survey. pp. 25.1–25.3. doi:10.3133/mybvi. Retrieved 2019-10-18.
- ↑ Swartzendruber, L. J. ; Itkin, V. P. ; Alcock, C. B. (1991). "The Fe-Ni (iron-nickel) system". Journal of Phase Equilibria. 12 (3): 288–312. doi:10.1007/BF02649918. S2CID 198915324
- ↑ Tatsuya Tokunaga; Hiroshi Ohtani; Mitsuhiro Hasebe (2005). "Thermodynamic Study of Phase Equilibria in the Ni–Fe–B System". Materials Transactions. 46 (6): 1193–1198. doi:10.2320/matertrans.46.1193.
- ↑ Rudolf Fichte. "Ferroalloys". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a10_305.