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

فروکروم، یک آلیاژی از آهن و کروم می‌باشد که در سه نوع کم کربن، کربن متوسط و پر کربن برای کاربردهای صنعتی مختلف تولید می‌شود. اما برای آشنایی کامل با این فروآلیاژ ب

ترکیب شیمیایی مرسوم برای فروکروم

استاندارد ISO 5448 محدوده ترکیبات کروم و کربن را در فروکروم مشخص کرده است. همانطور که اشاره شد، فروکروم به سه گروه پر، متوسط ​​یا کم کربن تقسیم می‌شود. پنج محدوده اصلی مقدار کروم با میانگین 50%، 60%، 70%، 80% و 90% کروم با تلرانس 5% وجود دارد. ترکیب اسمی آلیاژهای فروکروم با کربن بالا در جدول زیر نشان داده شده است.

 فروکروم پر کربن معمولی دارای 60 تا 70 درصد کروم، 6 تا 8 درصد کربن و کمتر از 5 درصد سیلیس است. البته باید اشاره کنیم، تولیدکنندگان بسته به خلوص و نوع مواد اولیه و روش فرآوری، ممکن است به ترکیبات عملی دیگری برسند. بنابراین خرید فروکروم با بررسی آنالیز ترکیب شیمایی انجام شود.

گریدهای فروکروم کم کربن (0/25 تا 0/5 درصد کربن) بیشتر برای تولید فولادهای کروم نیکل و کروم (سوپرفریتی) مقاوم در برابر خوردگی استفاده می‌شود. محدودیت آشکار مقدار فسفر در FeCr کم کربن و کربن متوسط ​​به دلیل تقاضای فروکروم‌هایی با مقدار فسفر و گوگرد کم در صنعت فولادسازی است. چرا که مشکلات فراوانی جهت حذف فسفر از حمام مذاب فولاد پس از افزودن FeCr وجود دارد. تمام اجزای شارژ، منبعی از فسفر هستند. فسفر مواد شارژ نیز توسط کروم احیا می‌شود و عملاً به طور کامل به فروکروم منتقل می‌شود. علاوه بر این، در توده یا بالک آلیاژهای فروکروم، گریدهای خاصی از فروسیلیکروم (FeSiCr)، فروکروم با کربن فوق العاده کم، فروکروم نیترید شده (FeCrN) و کروم فلزی نیز وجود دارد.

روش های تولید فروکروم کم کربن

فروکروم کم و متوسط کربن را می‌توان به روش‌های گوناگونی تولید نمود. در برخی از آنها، ماده خام فروکروم با کربن بالا است که کربن از طریق اکسیداسیون یا با افزودن کرومیت از آن حذف شده است.

روش دوم مشابه فرآیند قبلی است، اما مقدار کروم در آن محدود است. همچنین می‌توان چندین روش را ترکیب کرد، مانند احیای کوارتز در حضور FeCr با کربن بالا با تولید FeSiCr که با افزودن کرومیت، سیلیس از آن حذف می‌شود (سرباره حاصل دارای مقدار کروم بالایی است و مجدداً به مذاب FeCr با کربن بالا بازیافت می‌گردد). همچنین فروکروم کم کربن با احیای آلومینیوم تولید می‌شود.

در هر یک از این روش‌ها، محصولات احیا (اعم از SiO2 یا Al2O3) در سرباره حل می‌شوند و فعالیت اکسید کروم را کاهش می‌دهند و احیای بیشتر را دشوارتر می‌کنند. برای جبران، افزایش اسیدیته سرباره باید آهک اضافه شود و بنابراین هر دو روش به مقدار قابل توجهی کمک ذوب نیاز دارند.

فرآیند احیای آلومینیوم ممکن است تمام گرمای مورد نیاز برای واکنش‌ها را به صورت گرمادهی تامین کند و بنابراین ممکن است نیازی به گرمایش خارجی نباشد. اما در عمل مقداری گرمایش برای کاهش مصرف پودر آلومینیوم استفاده می‌شود. احیای سیلیس را می‌توان منحصراً در یک کوره الکتریکی یا با ذوب FeSiCr و مخلوط کردن آن با مذاب کرومیت در یک پاتیل انجام داد. احیا توسط سیلیس در حضور آهک (CaO)، منجر به کاهش مقدار سیلیس در مذاب فلز و افزایش کروم در فلز و SiO2 در سرباره می‌شود.

نکاتی مهم در تولید فروکروم کم کربن

در عمل، شرایط برای تولید فروکروم کم کربن در کوره های قوس الکتریکی به صورت تجربی با تغییر FeSiCr، سنگ معدن کرومیت و بارگذاری آهک، ترکیب شارژ، شرایط گرمایش و برق و همچنین کیفیت دیرگدازها و الکترودها تعیین می‌شود. تولید فروکروم کم کربن با احیای سیلیس در روش کوره الکتریکی، به مقدار سیلیس در فروکروم و Cr2O3 در سرباره بستگی دارد.

در شرایط تولید صنعتی فروکروم کم کربن، سرباره های با بازی کمتر (کمتر از 1/8 درصد)، آهک و FeSiCr  مرغوب، بهترین نتایج را ارائه کرده‌اند. در این میان، استفاده از الکترودهای گرافیتی با کیفیت بالا یک عامل مهم است (در صورت کیفیت نامناسب الکترود، ممکن است ذرات کربن به داخل مذاب سرباره بریزند). هنگامی که بازی بودن سرباره بالا باشد، کربن ممکن است با اکسیدهای کلسیم و کروم واکنش داده و کاربیدهای آنها را تشکیل دهد و این پدیده منبع افزایش کربن در فروکروم هستند. این موضوع گاهی اوقات تولید فروکروم با کمتر از 0/03 درصد کربن را با مخلوط کردن مذاب سرباره با FeSiCr مایع یا جامد در خارج از کوره قوس الکتریکی توجیه می‌کند، علیرغم این واقعیت که فرآیند را پیچیده‌تر می‌کند.

تولید فروکروم کم کربن با استفاده از کوره

کیفیت فروکروم و ویژگی‌های کل فرآیند توسط روش بارگذاری ترکیبات شارژ در کوره و شرایط لحظه ذوب ریزی تعیین می‌گردد. به همین منظور گزینه‌های مختلفی استفاده شده است:

الف) بارگیری همه اجزا به طور همزمان

ب) بارگیری همه اجزا به جز FeSiCr (در مراحل بعد اضافه می‌شود)

ج) بارگذاری مقدار کمی FeSiCr برای ایجاد بار الکتریکی، سپس اضافه نمودن سایر اجزای شارژ و در نهایت بقیه FeSiCr. این روش مناسب‌ترین روش است.

فرآیند تولید فروکروم کم کربن معمولا در کوره‌های کوچک (5 مگاواتی)، اندود شده با آجرهای منیزیت (MgO) انجام می‌شود. پس از ذوب، قسمت دوم FeSiCr، سنگ معدن کرومیت و آهک بارگذاری می‌گردد، عملیات ذوب به پایان می‌رسد و فلز و سرباره ذوب ریزی می‌شوند. مناسب بودن حرارت ذوب ریزی، در گذشته با توجه به مقدار انرژی الکتریکی کوره بررسی می‌شد، اما امروزه اندازه‌گیری مستقیم سیلیس در مذاب فلز قابل اعتمادتر است.

تولید فروکروم کم کربن خارج از کوره (روش مخلوط کردن)

برای فروکروم با مقدار کربن کم، الکترودهای گرافیتی کوره به عنوان منبع اصلی کربن شناسایی شده‌اند که حدود 40 درصد از کل کربن ورودی را تشکیل می‌دهند. در این حالت، مذاب سنگ معدن کرومیت-آهک بدون احیا در کوره تولید می‌شوند و با FeSiCr در پاتیل و خارج از کوره ترکیب می‌شود ( این روش با نام پرین (Perrin) شهرت دارد). در طول ذوب مخلوط آهک و سنگ معدن کرومیت، پتانسیل برای اکسیداسیون بالا است (فلزی تشکیل نمی‌شود). از این رو مقدار کربن در سرباره کم است. در طی اختلاط، الکترودهای گرافیتی وجود ندارد و یک مقدار بزرگی از گرما به دلیل واکنش گرمازای اکسیدهای کروم و آهن با سیلیس و برهمکنش با CaO با SiO2 آزاد می‌شود. گرمای آزادشده به اندازه کافی برای استفاده از FeSiCr جامد در میان FeSiCr مایع وجود دارد.

فرآیند مخلوط دارای تلاطم بسیار و از نظر جنبشی سریع (در مراحل ابتدایی) و بسیار کارآمد است. این فرآیند سیلیس را از مذاب حذف می‌کند و سرباره ممکن است در چندین پاتیل برای بهبود تصفیه فروکروم از سیلیس استفاده شود. هدف اصلی استفاده از این روش، تولید فروآلیاژ کم کربن است. از معایب این روش نیز افزایش مقدار نیتروژن در فروکروم و برخی چالش‌ها از جمله کنترل انتشار غبار، دود و گاز غنی از کروم است.

فروکروم با کربن متوسط

خرید فروکروم کربن متوسط درصنعت عمدتا از طرف صنعت ریخته‌گری و کارخانه‌های فولادسازی می‌باشد. ظرفیت پالایش آن محدود و مقدار سیلیس پایین در آن مورد نظر است. اکثر این نوع فروکروم توسط روش مبدل اکسیژن تولید می‌شود. این روش بر پایه حذف کربن از فروکروم پرکربن مایع (8 تا 9 درصد کربن، 0/3 تا 0/5 درصد سیلیس و 0/04 درصد فسفر) با دمیدن اکسیژن گازی است.

فروکروم با کربن بالا

فروکروم با کربن بالا، آلیاژی با مقدار کروم معمولا بین 60 تا 70 درصد و مقدار کربن معمولا بین 4 تا 6 درضد است. برای دستیابی به این مشخصات، آلیاژ به یک سنگ معدن با کرومیت نسبت کروم به آهن بالا (بالای 2درصد) نیاز دارد. شاید بتوان گفت مهمترین و اصلی‌ترین موارد خرید فروکروم با کربن بالا در تولید فولاد ضد زنگ است.

فروسیلیکوکروم چیست؟

فروسیلیکوکروم آلیاژی از سیستم چند جزئی Fe-Cr-Si با کربن، فسفر و گوگرد به عنوان ناخالصی‌های اصلی است. این آلیاژ برای دو منظور استفاده می‌شود: استفاده در فولادسازی (جهت آرام سازی حمام فولادی و آلیاژسازی با کروم و سیلیس) و به عنوان احیاکننده در فرآیند تولید فروکروم کم کربن.

مقدار کربن در فروسیلیکوکروم برای تولید فروکروم با کربن متوسط بر اساس مقدار سیلیس در آن آلیاژ تعیین می‌شود. به دست آوردن آلیاژی با مقدار سیلیس بالای 45 درصد و کمترین مقدار کربن (0/05 درصد) یک عملیات مهندسی چالش برانگیز است. این آلیاژ برای تولید فروکروم کم کربن با 0/07 درصد کربن (به روش کوره) و 0/03 کربن (به روش اختلاط با فروسیلیکوکروم) استفاده می‌شود.

خرید فروکروم و اهمیت آن در صنعت

عمده خرید فروکروم برای تولید فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. طبق گزارش انجمن بین‌المللی توسعه کروم بیش از 90 درصد فروکروم با کربن بالا در تولید فولاد ضد زنگ استفاده می شود. کروم موجود در فولاد زنگ نزن (حدود 18 درصد) علاوه بر ایجاد ظاهری مشتری پسند، موجب افزایش مقاومت به خوردگی آن می‌گردد. فروکروم کربن بالا در فولادهای بلبورینگ، فولادهای ابزار و سایر آلیاژهای فولادی به کار می‌رود. خرید فروکروم‌ های کم کربن نیز برای فولادهای مقاوم در برابر اسید و به طورکلی صنایع شیمیایی مرسوم است.

 

از توجه و همراهی شما سپاسگذاریم.