در صنایع مختلف، فولاد و سایر فلزات با منظورهای مختلفی استفاده می‌شوند. استفاده از فروآلیاژ باتوجه به کاربردهای موردنظر در تولیدات مختلف از فولاد و فلزات دیگر می‌تواند خواص موردنیاز در محصول نهایی را تامین کند. چراکه محصولات حاوی فولاد یا دیگر فلزات علاوه بر خواصی که از آهن و کربن در آنها موجود است برخی خواص خود را از سایر عناصر آلیاژی دریافت می‌کنند.
به‌عنوان مثال استحکام و انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر ضربه، رطوبت، زنگ‌زدگی و… مربوط به فروآلیاژهایی است که در حین تولید به مواد ذوب شده افزوده می‌شوند. در این مقاله مفهوم فروآلیاژها (فروآلیاژ چیست) و خواص و کاربردهای آن در صنایع امروزی بررسی می‌کنیم و به روش‌های سنتی و مدرن تولید آنها می‌پردازیم.
فروآلیاژ چیست؟
به آلیاژی از آهن که حاوی مقادیر زیادی از عناصر دیگر باشد، فروآلیاژ می‌گویند. عناصری مثل آلومینیوم، کروم، منگنز، سیلیس و… با درصدهای مختلف با آهن آلیاژ شده و به فولاد و دیگر فلزات ذوب شده اضافه می‌شوند. این ترکیبات خواص مطلوبی را به‌منظور استفاده و کاربردی خاص در فلزات ایجاد می‌کنند. این عناصر به‌صورت آمیژان به مواد مذاب اضافه می‌شوند. به دو دلیل استفاده از این عناصر به‌صورت خالص امکان‌پذیر نیست:
- عناصر ذکر شده قیمت بالایی دارند و بدون ترکیب شدن با آهن استفاده از آنها توجیه اقتصادی ندارد.
- این عناصر به‌دلیل بالابودن نقطه ذوب در حالت خالص، انرژی زیادی برای رسیدن به حالت مذاب احتیاج دارند که به لحاظ فنی و اقتصادی به‌صرفه نیست.
به‌همین دلیل در صنایع مثلا به جای سیلیسیوم از فروآلیاژ این عنصر (فروسیلسیوم) استفاده می‌شود.
چند فروآلیاژ پرکاربرد
انواع متنوعی از فروآلیاژها و ترکیبات عناصر مختلف باتوجه به کاربرد در صنایع فعلی و نیاز بازار تولید می‌شوند. تعدادی از آنها عبارتند از:
- فروسیلیسیوم
- فروتیتانیوم
- فرومنگنز
- فروکروم
- فروفسفر
- فروسیلیکومنگنز
- فرونیوبیوم
- فرووانادیوم
- فروبر
- فروتنگستن
- فرومولیبدن
در این میان فروسیلیسیوم بسیار پرمصرف است و در صنایع مختلف کاربردهای متفاوتی دارد. به‌عنوان مثال در صنایع فولاد برای اکسیژن‌زدایی استفاده می‌شود و در فرآیند تولید چودن گرافیتی کاربرد گرافیت‌زدایی دارد. فروسیلیسیوم در ترکیب با فولاد می‌تواند خاصیت ضدزنگ و ضدحرارت ایجاد کند.
فرو آلیاژها از گذشته تاکنون چگونه تولید میشنود؟
در گذشته این ترکیبات با استفاده از کوره‌های زمینی تولید می‌شدند. به‌این صورت که در این کوره‌ها کانه‌های آهنی یا سنگ‌های حاوی آهن را ذوب کرده و از ترکیبات آزاد شده با کمک احیاکننده‌ها، فروآلیاژهایی مانند سیلیکون متال و فروسیلیسیوم می‌ساختند. اما از آن‌جا که دمای ذوب این سنگ‌ها بالا بود، فرآیند ذوب به‌طور کامل و یکنواخت امکان‌پذیر نبود.
نتیجه این روش قطعات غیریکنواخت و بی‌کیفیتی بود که ارزش محصول نهایی را به‌شدت تحت‌تاثیر قرار می‌داد. تا اوایل قرن بیستم برای تولید آهن خام و فروآلیاژها همچنان این روش ذوب ترکیبات و سنگ‌های حاوی آهن و کروم و تیتانیوم در کوره‌های بلند مرسوم بود. بدیهی است که درصد خلوص پایین این محصولات باعث می‌شد برای استفاده صنعتی نامناسب باشند.
از سال 1920 به بعد با پیشرفت صنعت برق و ساخت ژنراتورها، کوره‌های جدید قوس الکتریکی جایگزین کوره‌های بلند سنتی شدند. این کوره‌ها با تامین حرارت مورد نیاز برای ذوب کامل ترکیبات آهنی توانستند تولید فروآلیاژ را در سطحی وسیع‌تر و کیفیت قابل قبول برای مصارف صنعتی ممکن کنند. این کوره‌ها امروزه به‌عنوان روشی مناسب و پرکاربرد در تولید فروآلیاژهای مختلف شناخته می‌شوند.
روش‌های تولید انواع فروآلیاژها
بعضی فروآلیاژها مثل فرومنگنز همچنان با روش سنتی در کوره‌های بلند تولید می‌شوند. این ترکیب از ذوب موادی مثل سنگ آهن یا سنگ‌های معدنی غیرآهنی، کک ذغال سنگ و ذغال سنگ تولید می‌شوند. برخی دیگر از این ترکیبات را می‌توان با استفاده از کوره‌های الکتریکی با ایجاد واکنشهای کربوترمیک تولید کرد.
به‌این ترتیب که مواد اولیه را توسط کوره در مجاورت آهن اکسید کرده و اکسیدهای حاصل را توسط کربن و مشتقات آن احیا می‌کنند. درواقع این نوع از فروآلیاژ از ترکیب عناصر مختلف با آهن مذاب به‌دست می‌آید.
کاربردهای مختلف فروآلیاژها
همان‌طور که گفته شد این ترکیبات برای رسیدن به خواص مورد نیاز و ترکیبات شیمیایی مطلوب در یک محصول به فلزاتی مثل فولاد اضافه می‌شوند. در ادامه تعدادی از این کاربردها را در صنایع مختلف بررسی می‌کنیم:
-
اکسیژن زدایی:
از آن‌جا که برای تولید فولاد ابتدا آهن خام را اکسید می‌کنند، طی فرایند اکسیداسیون کربن و گوگرد و فسفر و… هم از آهن جدا می‌شوند. مقداری از این ناخالصی‌ها در مجاورت اکسیدهای آهن به اکسید خودشان تبدیل می‌شوند. باقی ماندن این اکسیدها در آهن مذاب باعث ایجاد خلل و فرج و ناهمگونی در آهن منجمد شده نهایی می‌شود.
به‌همین دلیل اکسیژن زدایی از آهن مذاب در مراحل پایانی قبل از انجماد ضروری است. که این کار را با استفاده از فروآلیاژ انجام میدهند.
-
جوانه زایی:
بعضی فروآلیاژها مثل فروسیلیس و فرومنگنز برای بهبود شرایط انجماد دوباره‌ی آهن در ریخته‌گری استفاده می‌شوند. این عناصر به کربنی که به‌صورت پراکنده در لایه‌های آهن وجود دارد کمک می‌کنند تا به‌طور یکنواختی در سطح آهن پخش شود. به این عمل اصطلاحا تلقیح یا جوانه زایی می‌گویند که موجب بالارفتن استحکام محصول نهایی و عدم شکنندگی آن می‌شود.
-
آلیاژی سازی:
بعضی فروآلیاژها مثل فروکروم، فرو وانادیوم و فرومنگنز آلیاژساز هستند. یعنی اضافه‌کردن آنها به فولاد مذاب موجب اصلاح و ارتقا خواص نهایی محصول می‌شود. کروم با بهبود کیفیت ساختاری فولاد را مستحکم‌تر کرده و مرغوبیت آن را بالا می‌برد. همچنین برای خاصیت ضدزنگ فولاد کروم نقش موثری دارد.
نتیجه گیری
چنانچه گفتیم فروآلیاژها کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف دارند و به بهبود فرآیند تولید کمک شایانی می‌کنند. کیفیت و استاندارد بودن ترکیبات این عناصر در کیفیت و نتیجه نهایی محصولات فلزی بسیار موثر است. در نتیجه بهتر است صنایع مختلفی که از فلزات دارای فروآلیاژ استفاده می‌کنند برای خرید مواد اولیه خود نهایت دقت را به‌کار گیرند.
این مواد حتما باید از شرکت‌های معتبر و تامین‌کنندگانی که مجهز به دستگاه‌ها و ماشین‌آلات مدرن و دارای استانداردهای روز جهانی هستند، خریداری شود. چراکه عیار محصولات نهایی در صنایع فلزی را استاندارد بودن دستگاه‌ها و فرآیند تولید مواد اولیه تعیین می‌کند. یکی از بهترین شرکت ها برای خرید فروآلیاژها، شرکت ذوب فلزات محسنی است، چرا که بهترین کیفیت و مناسب ترین قیمت را به شما ارائه میدهند.
امیدواریم مطالعه این مطلب اطلاعات مفیدی در این زمینه به شما داده باشد.
