تولید فروسیلیس و هر آنچه که باید در مورد آن بدانید!

فروسیلیس یک فروآلیاژ  ارزشمند!

اکسیدزدایی و آلیاژسازی فولاد و چدن از بزرگترین کاربردهای فروسیلیس است. این فروآلیاژ در صنعت فولادسازی به عنوان یک عنصر آلیاژی سبب تقویت محلول جامد در HLSA و برخی دیگر از فولادها می‌گردد. فروسیلیس موجب بهبود خواص مقاومت به اکسیداسیون فولادهای زنگ نزن علی الخصوص در دمای بالا می‌شود. به طوری که با کاهش اکسیداسیون عناصر ارزشمندی از جمله کروم، تولید این آلیاژ پرمصرف را بهینه می‌سازد.

همچنین سیلیس موجود در آن، یک عنصر آلیاژی برای افزایش خواص تسلیم کششی و مقاومت به بازپخت فولادها می‌باشد. از تلفات انرژی الکتریکی در فولادهای الکتریکی از جمله فولادهای نرم مغناطیسی مورد استفاده در ترانسفورماتورها، موتورهای الکتریکی و ژنراتورها جلوگیری می‌کند. این فرو آلیاژ در چدن‌ها همراه با عناصر دیگر به عنوان یک جوانه‌زا برای تشکیل و کروی کردن هسته گرافیت استفاده می‌گردد.

نحوه فرآوری و تولید فروسیلیس

سیلیس و فروسیلیس به صورت کربوترمال در کوره‌های قوس الکتریکی تولید می‌شوند. تفاوت عمده بین تولید سیلیس و تولید فروسیلیس، وجود یا عدم وجود آهن در سیستم است. آهن فعالیت سیلیس در فلز را کاهش می‌دهد. از این رو، تفاوت عمده در این خواهد بود که فروسیلیس می‌تواند در دمای پایین‌تری تولید شود و مصرف برق در هر تن فلز را کاهش دهد. فروسیلیس معمولاً در کوره‌های قوس با توان 22 تا 93 مگاوات با استفاده از ذوب و ترکیب مواد اولیه از جمله سنگ معدن حاوی منبع سیلیس و مقادیر مشخصی احیاکننده تولید می‌شود. در نهایت نیز پس از طی نمودن مرحله انجماد، بر اساس کاربرد و سفارش مشتری، معمولا با اندازه دانه‌های 0/2 تا 1 میلی‌متر، 1 تا 3 میلی‌متر و 3 تا 8 میلی‌متر ارسال می‌گردد.

مواد اولیه

منبع سیلیس برای تولید فروسیلیس معمولاً کوارتزیت‌هایی با اندازه توده 20 تا 80 میلی‌متر هستند که در صورت نیاز در معرض پیش شستشو، خرد کردن و گریدبندی قرار می‌گیرند.کوارتزیت‌های مناسب برای ذوب فروسیلیس نباید کمتر از 97 درصد SiO2 و بیش از 1/5 درصد Al2O3 داشته باشند.

احیا کننده کربن معمولا به اندازه 5 تا 20 میلی‌متر کک است، اما تولیدکنندگان مختلف می‌توانند دستورالعمل‌های احیاکننده خود را داشته باشند. احیاکننده باید دارای مقاومت الکتریکی بالا، واکنش‌پذیری بالا در رابطه با کاهش SiO2 و SiO و مقدار رطوبت ثابت باشد. وجود آهن در حین احیای کربوترمی کوارتزیت، فشار جزئی SiO مورد نیاز برای احیای سیلیس را کاهش می‌دهد و فعالیت آن را به دلیل تشکیل محلول‌های Fe-Si کاهش می‌دهد. بنابراین تلفات SiO در بالای کوره با افزایش مقدار آهن فروسیلیس کاهش می‌یابد، از اینرو بازیافت سیلیس (بیش از90 تا 95 درصد) برای گریدهای فروسیلیس با سیلیس کمتر از 50 درصد مرسوم است.

کوره‌

هسته اصلی فرآیند تولید، کوره ذوب است. کوره به طور کلی از یک پوشش فولادی تشکیل می‌شود که در داخل با موادی پوشانده می‌گردد که می‌تواند در برابر دماهای بالا، تنش‌های مکانیکی در هنگام حرکت مواد خام و سایش شیمیایی در هنگام جریان اکسیدهای مذاب/فلزها مقاومت کند. انرژی الکتریکی از طریق الکترودها به فرآیند وارد می‌شود. در کوره‌های AC برای ذوب سیلیس و فروسیلیس، جریان الکتریکی از یک الکترود از طریق یک حفره گاز به داخل حمام مایع و به الکترود بعدی می‌رود. حفره گاز در اطراف نوک الکترود تشکیل می‌شود و در آنجا یک قوس الکتریکی مشتعل می‌شود. قوس خود یک پلاسما با دمای بالا تا 20000 کلوین است و منبع گرمایش در کوره قوس می‌باشد و دمای مواد شارژ را به 1800 تا 2000 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهد.

انواع کوره‌ها

اکثر کوره ها نیمه بسته هستند، به این معنی که کوره دارای یک هود نیمه باز در بالای محفظه کوره است.  مزیت چنین کوره ای دسترسی به مواد موجود در کوره از طریق دریچه های بزرگ است. بخش مهمی از عملیات کوره، انتقال مواد به مناطق با دمای بالا در کوره است که به آن استوکینگ می گویند. در کوره، تولید میعانات در قسمت بالایی مواد شارژ برای به دست آوردن بازده سیلیکونی بالا مهم است. با این حال، همان میعانات، مواد شارژ را به هم می‌چسباند و از عبور شارژ در کوره جلوگیری می‌کند. افزایش مواد شارژ، بخش مهمی از عملکرد کوره است. برخی از کوره‌های صنعتی نیز به صورت افقی در وسط تقسیم می‌شوند که یک قسمت آن می‌چرخد. این طراحی به نزول بهتر مواد خام در کوره کمک می‌کند.

ترکیب شیمیایی فروسیلیس

 ترکیبات عملی جهت خرید فروسیلیس به صورت تجاری، به ویژه در ناخالصی‌های جزئی، ممکن است بسته به نوع و خلوص مواد خام مورد استفاده متفاوت باشد.

پارامترهای تاثیرگذار در تولید فروسیلیس

در شکل زیر سیستم Fe-Si-C قابل مشاهده است، حلالیت کربن به دما و محتوای سیلیس بستگی دارد و با غلظت سیلیس بالاتر کاهش می‌یابد. حلالیت کربن در مذاب‌ها تا مقدار 24 درصد وزنی سیلیس به صورت خطی کاهش می‌یابد. آهن، سیلیس و کربن قادر به تشکیل سیلیکو کاربیدهای پیچیده (FexSiyCz) هستند که ترکیب آن به گرید فروسیلیس وابسته است. هنگامی که حلالیت کربن بیش از حد باشد، مذاب حاوی گرافیت (در ناحیه 1)، گرافیت به همراه کاربید سیلیس (در ناحیه 2) و یا کاربید سیلیس (در ناحیه 3) خواهد شد.

در دماهای بالا، هم کربن و هم سیلیس به خوبی در آهن حل می‌شوند، اما با سرد شدن فاز اضافی (گرافیت یا کاربید سیلیس) از مذاب رسوب می‌کند. برای جلوگیری از ورود گرافیت ریز (22 درصد سیلیس) یا کاربید سیلیس (بیشتر از 24 درصد سیلیس) در داخل فروسیلیس، آلیاژ قبل از ریخته‌گری در پاتیل نگهداری می‌شود.

تاثیر مقدار سیلیس بر حلالیت کربن

فروسیلیس با گریدهای سیلیس پایین (بین 20 تا 25 درصد) معمولا مغناطیسی هستند که در وزن‌های کنترل‌شده برای اکسیدزدایی استفاده می‌شوند. همچنین به صورت پودر برای استخراج سنگ معدن ارائه می‌شوند. فروسیلیس با آلومینیوم بالا برای تولید آهن خاکستری کروی شکل، جهت کنترل و به حداقل رساندن تشکیل کاربیدها و کاهش حساسیت سطح مقطع با ریز نمودن اندازه و توزیع مناسب گرافیت استفاده می‌شود. در چدن نشکن (Ductile Iron) نیز در به حداقل رساندن تشکیل کاربید و افزایش شمار گرافیت (Nodule Count) کاربرد دارد.

اهمیت تولید و خرید فروسیلیس در صنعت

فروسیلیس اغلب جهت تامین عنصر آلیاژی سیلیسم در آلیاژهای آهنی و غیر آهنی و به دلیل قابلیت اکسیژن‌زدایی در صنعت فولادسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به این ترتیب موجب افزایش استحکام، سختی و الاستیسیته فولاد می‌گردد. این فرو آلیاژ در تولید برخی فولادهای نسوز، صنایع شیمیایی و تهیه سایر فروآلیاژها کاربرد دارد. فروسیلیس می‌تواند از شکل‌گیری کاربیدها در آلیاژها جلوگیری به عمل آورد. وجود عنصر سیلیس و همچنین جوانه‌زایی و یا به عبارتی گرافیت‌زایی بالای این فرو آلیاژ سبب می‌شود تولیدکنندگان چدن نیاز مبرم به خرید فروسیلیس داشته باشند.

از توجه و همراهی شما سپاسگذاریم .