كيفية إنتاج سبيكة الفيرو سيليكون ومواصفاتها الشائعة

سبيكة الفيرو سيليكون (FeSi) هي سبيكة حديدية تُستخدم على نطاق واسع، وتُستخدم بشكل أساسي كعامل للاختزال وعامل سبيكة في صناعة الصلب. عملية إنتاجها هي عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة تعتمد على اختزال السيليكا في فرن قوس كهربائي مغمور.

عملية إنتاج سبيكة الفيرو سيليكون

يتم تصنيع سبيكة الفيرو سيليكون باستخدام فرن اختزال قوس كهربائي مغمور (ويُعرف غالبًا بـ "فرن القوس المغمور" أو "فرن القوس الكهربائي"). يمكن تقسيم العملية إلى عدة مراحل رئيسية:

تحضير المواد الخام: المواد الخام الرئيسية هي:
· السيليكا (SiO₂): عادةً ما تتطلب نقاءً يزيد عن 97%.
· مواد اختزالية كربونية: مثل الكوك الصناعي، أو كوك البترول، أو الفحم النباتي.
· مصادر الحديد: عادةً ما تكون رقائق/خردة فولاذية أو خام الحديد لتوفير مكون الحديد والتحكم في محتوى السيليكون في السبيكة النهائية. تخضع هذه المواد الخام لعمليات مثل التكسير والغربلة والتجفيف للوصول إلى الحجم المناسب ونسبة الرطوبة من أجل تشغيل الفرن بسلاسة.

صهر الفرن: تُغذى المواد الخام المختلطة بشكل مستمر إلى فرن قوس كهربائي مغمور. عند درجات الحرارة العالية (أعلى من 1800°م) الناتجة عن الأقواس الكهربائية بين الأقطاب والشحنة، يُختزل ثاني أكسيد السيليكون الموجود في السيليكا بواسطة الكربون لتشكيل سيليكون، والذي يتحد بعده مع الحديد لتكوين معدن سبيكة الفيروسيليكون المنصهر.
· الحفاظ على عمق ثابت لإدخال الأقطاب ومراقبة حالة الفرن (درجة الحرارة والضغط) أمر بالغ الأهمية لتشغيل فعال.
· دورة التصريف عادةً ما تكون كل 2 إلى 4 ساعات.
التنقية (للدرجات عالية النقاء أو الدرجات الخاصة): لإنتاج درجات السيليكون الحديدي منخفضة الكربون أو منخفضة الألومنيوم أو غيرها من الدرجات عالية النقاء، يلزم تنقيتها خارجيًا. وتشمل الطرق الشائعة:
· استخدام تقنية النفخ بالارгон والتحريك لتعزيز التماس الكامل بين معدن السبيكة المنصهر وعوامل التنقية (مثل مزيلات الكربون المركبة والخبث المنقى)، مما يسهل إزالة الشوائب مثل الكربون والألومنيوم.
· يمكن أيضًا استخدام طرق التنقية بالأكسجين أو غسل الخبث.
الصهر والتكسير: يُصب السيليكون الحديدي المنصهر الخارج من الفرن في قوالب. وبعد التبريد والتصلب، يُكسر ويُصنف (وفقًا لمتطلبات العميل لتقسيم حجم الجسيمات، على سبيل المثال: كتل بحجم 10-100 مم لصناعة الصلب، ومسحوق بحجم 0.2-8 مم للص casting)، ثم يُعبأ للشحن.

الأنواع والمواصفات الشائعة للسيليكون الحديدي

يصنف سبيكة الفيرو سيليكون بشكل أساسي بناءً على محتواه من السيليكون (Si) ومحتوى الشوائب مثل الألومنيوم (Al) والكربون (C) والفوسفور (P) والكبريت (S). وتشمل النماذج الشائعة ما يلي:

الدرجة / النموذج محتوى السيليكون (%) حدود الشوائب الشائعة (الحد الأقصى %) التطبيقات الرئيسية والملاحظات
FeSi75 72-80 Al: 1.5-3.0، C: 0.2-0.5، P: ≤0.04، S: ≤0.02 الدرجة الأكثر شيوعاً، وتستخدم على نطاق واسع في إزالة الأكسجين وسبيكة الصلب.
FeSi72 72-75 Al: 1.5-3.0، C: 0.2-0.5، P: ≤0.04، S: ≤0.02 الدرجة القياسية لصناعة الصلب.
فيرو سيليكون منخفض الكربون (مثلاً، B-LcFeSi) ~75 C: منخفض جداً (مثلاً، ≤0.02)، ويتم التحكم في Al وP وS تُستخدم لإزالة أكسجين أنواع الصلب عالية الجودة مثل الصلب الكهربائي.
فيرو سيليكون بـ 45% سيليكون 40-47 يتم التحكم في Al وC وP وS تُستخدم في صناعة الحديد الزهر كعامل منشّط (Inoculant).

· حجم الجسيمات: يُقدّم فيرو سيليكون بأحجام متنوعة حسب التطبيق، مثل القطع القياسية (10-100 مم) أو القطع المكررة (10-50 مم) أو مسحوق/فتات (0-8 مم). ويتم عادةً التحكم بدقة في نسبة الفتات (مثلاً، <5% تحت 10 مم).

يُعد الفيروسيليكون أمرًا بالغ الأهمية في:

· صناعة الصلب: يعمل كعامل إزالة الأكسجة (إزالة الأكسجين من الصلب المنصهر) وكمادة سبيكة (تعطي خصائص معينة مثل زيادة القوة ومقاومة التآكل للصلب).
· الصناعة الدقيقة: يُستخدم كعامل تلقيح في إنتاج الحديد الزهر بهدف تعزيز تشكيل الجرافيت الكروي، مما يحسّن من قوة وجودة الحديد الزهر.

باختصار، عملية إنتاج الفيروسيليكون هي عملية معقدة تجمع بين صناعة المعادن ذات درجات الحرارة العالية والتحكم الدقيق. وتلبّي الدرجات والمواصفات المختلفة احتياجات متنوعة للصناعات التحويلية، مما يجعلها مادة مهمة لا غنى عنها في الصناعة الحديثة.