ساخت فولاد و آلیاژ به کمک ماده‌‌ای به نام فروآلیاژ صورت می‌گیرد. فروآلیاژها، آلیاژهایی هستند که حاوی آهن هستند و برای بهبود خواص فولادها و آلیاژها در مقادیر مطلوب و به روش فنی و اقتصادی، ساخته شده‌‌اند. فروآلیاژ به صورت آمیژن و ماده افزودنی به فلزات ذوب شده اضافه می‌شود. فروآلیاژ کاربردهای زیادی دارد و در اکسیژن‌گیری، آلیاژ سازی، انجام عمل تلقیح در ریخته گری آهن و… استفاده می‌شود.

در این مقاله از وبلاگ آهن اسپات قصد داریم به معرفی کامل فروآلیاژ و کاربردهای آن بپردازیم. پس تا پایان این مقاله با ما همراه باشید.

فروآلیاژ چیست؟

فروآلیاژها عبارتند از آلیاژهای یک یا چند عنصر آلیاژی با آهن که برای افزودن عناصر شیمیایی به فلز مذاب استفاده می‌شود؛ حتی یک گرید فولادی بدون فروآلیاژ تولید نمی‌شود. تولید فروآلیاژ بخش مهمی از زنجیره تولید بین معدن و متالورژی فولاد و آلیاژها است.

وظیفه اصلی صنعت فروآلیاژ بازیافت اولیه (کاهش) فلزات مورد نیاز از مواد معدنی طبیعی است. آلیاژها حاوی آهن هستند که به عنوان آمیگدال و به عنوان مواد افزودنی به قالب فلزات و فولادها اضافه می‌شوند تا تغییرات مورد نظر در خواص آن‌ها ایجاد شود.

از این مواد در صنایع ریخته‌گری و فولاد استفاده می‌شود. یکی از معروف‌ترین و پرکاربردترین فروآلیاژها فروسیلیس است. استفاده گسترده از این آمیگدال برای اکسیژن‌زدایی در فولادها و تولید گرافیت در تولید چدن‌های گرافیتی و همچنین در تولید ضدزنگ و نسوز، این محصول را به یکی از پرمصرف‌ترین فروآلیاژها در جهان تبدیل کرده است.

تاریخچه تولید فروآلیاژ

طبقه‌بندی فروآلیاژها مانند سیلیکون فلزی و فروسیلیس به قبل از سال 1900 می‌رسد. تا دهه 1920، آهن خام فقط در کوره‌های مذاب تولید می‌شد؛ بنابراین، به جای شارژ کردن سنگ‌های آهن خالص، سنگ‌های آهن منگنز، کروم یا تیتانیوم را در کوره بزرگ و بند شارژ می‌کردند تا فروآلیاژهایی تولید کنند که عیار بسیار پایینی داشته باشند. با ساخت ژنراتورها و ایجاد صنایع تولید برق، تاریخچه تولید فروآلیاژ توسعه وسیعی یافت و سپس فروآلیاژها از جمله فلز سیلیکون و فروسیلیس به تولید صنعتی رسید.

از این رو استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی برای تولید فروسیلیکون و فلز سیلیکون تا به امروز به عنوان بهترین روش شناخته شده است؛ کوره قوس زیر آب بهترین گزینه برای تولید بسیاری از فروآلیاژها است.

مواد تشکیل دهنده فروآلیاژها 

فروآلیاژها، آلیاژهای مختلفی از آهن با نسبت بالایی از یک یا چند عنصر دیگر مانند منگنز (Mn)، آلومینیوم (Al) یا سیلیکون (Si) هستند. فروآلیاژهای اصلی عبارتند از فرومنگنز، فروکرومیم، فرومولیبدن، فریتانیوم، فروواندیوم، فروسیلیس، فروبرون و فروسفر؛ که این مواد به دلیل شکننده بودن و نامناسب بودن نمی‌توانند مستقیماً برای ساختن یک محصول استفاده شوند، اما این عناصر منابع مفیدی برای فولادهای آلیاژی هستند و در ترکیب با آن‌ها خواص ویژه‌ای ایجاد می‌کنند.

فروآلیاژها معمولاً نقطه ذوب کمتری نسبت به عناصر خالص دارند و به راحتی با فولاد مذاب ترکیب می‌شوند. فروآلیاژها به فولاد مایع اضافه می‌شوند تا به ترکیب شیمیایی خاصی دست یابند و خواص مورد نیاز برای تولید محصولات خاص را فرآهم کنند.

نحوه تولید فروآلیاژها

فروآلیاژها از فلزات غیرآهنی، سنگ آهن و زغال سنگ به دو روش زیر تولید می‌شوند:

1. کوره بلند

تولید فروآلیاژها در کوره‌های بلند در طول قرن بیستم کاهش یافته است.

2. کوره قوس الکتریکی

با وجود کاهش تولید فروآلیاژ در کوره‌های بلند، تولید آن‌ها در کوره‌های قوس الکتریکی رو به افزایش است. چین، قزاقستان، هند، آفریقای جنوبی و روسیه بزرگترین تولیدکنندگان فروآلیاژ در جهان هستند.

کاربرد فروآلیاژها

از فروآلیاژها برای ساخت فولاد و آلیاژها استفاده می‌شود. این آلیاژها خواص منحصر به فردی را در فولاد و چدن ایجاد می‌کنند و همچنین فعالیت‌های مهمی را در طول فرآیند تولید انجام می‌دهند؛ بنابراین ارتباط تنگاتنگی با صنعت آهن و شمش فولادی دارند و همچنین بیشترین مصرف فروآلیاژها نیز مربوط به این صنایع است.

فروآلیاژها، آلیاژهایی هستند که از اختلاط یک یا چند عنصر فلزی یا شبه فلزی با آهن ساخته می‌شوند؛ برای مثال فروکروم آلیاژی است که هم آهن و هم کروم دارد. فرومانژن از آهن و منگنز تشکیل شده است. به طور کلی با افزایش فروآلیاژ می‌توان خواص آهن را بهبود بخشید. از آن‌جایی که اکثر فولادها از آهن ساخته شده‌اند، افزودن مقدار کمی آهن از طریق آلیاژهای آهن به آن‌ها تأثیر نامطلوبی بر کیفیت آن‌ها نخواهد داشت.

از فلزات خالص فقط در موارد خاص برای تولید آلیاژ استفاده می‌شود. (مثلا در تهیه آلیاژهایی که آهن در آن‌ها فلز پایه نیست) که البته بسیار گران است.

1. جذب اکسیژن (اکسیژن زدایی)

از فروآلیاژها می‌توان برای ساخت فولاد به عنوان یک جاذب اکسیژن استفاده کرد. فولادسازی یک عملیات اکسیدکننده است که در آن آهن خام به فولاد تبدیل می‌شود. در این مرحله برخی ناخالصی‌های نامطلوب آهن مانند کربن (C)، گوگرد (S)، فسفر (P) و غیره توسط اکسیژن یا اکسیدهای آهن به اکسید مربوطه خود (یعنی سرباره) تبدیل می‌شوند.

در این راستا مقدار مشخصی از اکسیژن مخلوط نشده در آهن مذاب باقی می‌ماند و این اکسیژن در فولاد باقی‌مانده در هنگام انجماد سوراخ‌های کوچکی در آن ایجاد می‌کند که بر کیفیت خواص مکانیکی آهن تأثیر نامطلوبی خواهد داشت. بنابراین قبل از تکمیل فرآیند، باید اکسیژن‌زدایی انجام شود.

از آن‌جایی که بهترین راه برای اکسیژن‌زدایی افزودن عناصری مانند کروم، آلومینیوم ، سیلیس (Si) و منگنز (Mn) است که تمایل بیشتری به اکسیژن نسبت به آهن دارند، بنابراین آلیاژهایی مانند فرو منگنز، فرو سیلیکون، سیلیکون کروم، سیلیکون کلسیم و سیلیکون آلومینیوم استفاده می‌شود.

2. آلیاژسازی

عناصری که به شکل فروآلیاژ به آهن مذاب اضافه می‌شوند، می‌توانند ترکیب شیمیایی فولاد را تغییر دهند و فولادهایی با خواص متفاوت تولید کنند. فروآلیاژهای مورد استفاده در این عملیات را آلیاژ می‌گویند. برای مثال می‌توان فروکروم، فرومنجن، کربن متوسط ​​یا کم و فرو وانادیم را از این گروه در نظر گرفت.

اگر این مواد به فولاد مذاب اضافه شوند، عناصر تشکیل‌دهنده آن‌ها باعث بازیافت شده و خواص محصول را فرآهم می‌کنند. به عنوان مثال، عنصر کروم کیفیت ساختاری را افزایش می‌دهد و فاز آلفا را با شبکه متمرکز مکعبی (BC) یعنی فریت پایدارتر می‌کند و استحکام و همچنین مقاومت آن را در برابر زنگ‌زدگی افزایش می‌دهد. به همین دلیل تقریباً تمام فولادهای ضدزنگ حاوی کروم هستند.

با افزودن منگنز (Mn) به فولاد فاز گاما که دارای شبکه کریستالی مکعبی با صفحات گریز از مرکز (Fc) است، پایدارتر می‌شود. عناصر آلیاژی با اعمال تغییرات در تغییرات فاز خطی فولاد، خواص آن را تغییر می‌دهند.

3. تلقیح در ریخته‌گری آهن

فروآلیاژها به طور گسترده در صنعت ریخته‌گری برای تغییر شرایط انجماد آهن مذاب استفاده می‌شوند. اگر آهن مذاب قبل از ریخته‌گری به برخی از عناصر اضافه شود، مانند هسته بلوری اولیه عمل می‌کند و تشکیل مرکز تبلور را آسان‌تر می‌کند و دانه‌های کریستالی به طور مساوی در سراسر جرم آهن مذاب توزیع می‌شوند. در نتیجه سختی شمش‌های به دست آمده پس از انجماد بسیار بیشتر شده و شکنندگی آن به میزان قابل‌توجهی کاهش می یابد.

به طور کلی افزودن آلیاژهای القایی مانند آلیاژهای کلسیم سیلیکون، فروسیلیکون و فرو منگنز به آهن باعث تغییراتی در آهن و بافت آن خواهد داشت. در چدن معمولی کربن به صورت لایه‌ای پراکنده می‌شود و به همین دلیل آهن القایی از استحکام بیشتری برخوردار خواهد بود، به طوری که می‌توان از آن در برخی موارد فولادی استفاده کرد.

4. کاربردهای فروآلیاژ در صنعت

از کاربردهای فروآلیاژ در صنعت می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • بالا بردن خواص فیزیکی و مکانیکی فولاد
  • تغییر نقطۀ ذوب در صنایع ذوب فلزات
  • تولید فولاد با درصدهای متفاوت کربن
  • احیاکنندۀ عنصرهای فلزی در تهیۀ فولاد در مراحل اولیه
  • بالا بردن خواص ضربه‌پذیری و استحکام در آلیاژهای فولاد
  • تولید فلزهای غیرآهنی با خاصیت‌های جوش مختلف
  • حذف اکسیژن در ساخت صنایع فولادی
  • تغییر نقاط ذوب فلزات در صنایعی مانند ریخته‌گری
  • بالا بردن مقاومت آلیاژهای مختلف فولاد برای زنگ‌زدگی یا خوردگی

5. سایر کاربردها

برخی از فروآلیاژها مانند فروسیلیکون، فروکرم و سیلیسیم منگنز را می‌توان به عنوان احیاکننده یا محصولات مرتبط برای ساخت آلیاژهای دیگر استفاده کرد. برخی از فروآلیاژها را می‌توان در صنایع ذوب فلزات غیرآهنی مانند صنایع مکانیکی مانند فرومنگنز با کربن متوسط ​​یا کم در سیم‌های جوش استفاده کرد.

خرید آهن آلات با قیمت مناسب از آهن اسپات 

در این مقاله در مورد فروآلیاژها؛ ویژگی‌ها و مشخصات آن‌ها و کاربرد، نحوه تولید و ….. به طور مفصل پرداخته شد. وب سایت آهن اسپات یک مرجع معتبر و به روز برای اطلاع یافتن درمورد ویژگی و قیمت لحظه‌ای انواع و اقسام محصولات آهن آلات و به خصوص فروآلیاژ است. شما با مراجعه به وب سایت آهن اسپات می‌توانید اطلاعات زیادی در این حوزه به دست آورید.