روش تولید فروسیلیسیوم و مشخصات متداول آن

فروسیلیسیوم (FeSi) یک آلیاژ فروی پرکاربرد است که عمدتاً به عنوان یک عامل کاهنده و آلیاژدهنده در صنعت فولاد استفاده می‌شود. تولید آن یک فرآیند پر مصرف از نظر انرژی است که متکی به کاهش سیلیس در کوره قوس الکتریکی غوطه‌ور است.

فرآیند تولید فروسیلیسیوم

تولید فروسیلیسیوم عمدتاً با استفاده از کوره کاهش قوس الکتریکی غوطه‌ور (معروف به "کوره قوس الکتریکی غوطه‌ور" یا "کوره قوس الکتریکی") انجام می‌شود. این فرآیند را می‌توان به چند مرحله کلیدی تقسیم کرد:

آماده‌سازی مواد اولیه: مواد اولیه اصلی عبارتند از:
· سیلیس (SiO₂): معمولاً خلوصی بالاتر از 97% مورد نیاز است.
· کاهنده‌های کربن‌دار: مانند کک متالوژیکی، کک نفتی یا زغال فعال.
· منابع آهن: معمولاً ضایعات فولادی یا سنگ آهن هستند که برای فراهم کردن مولفه آهن و کنترل محتوای سیلیسیم در آلیاژ نهایی استفاده می‌شوند. این مواد خام پس از مراحلی مانند خرد کردن، الک کردن و خشک کردن قرار می‌گیرند تا اندازه ذرات و میزان رطوبت مناسبی برای عملیات روان در کوره به دست آید.

ذوب در کوره: مواد خام ترکیب شده به طور مداوم به داخل یک کوره قوسی غوطه‌ور (Submerged Arc Furnace) تغذیه می‌شوند. در دماهای بسیار بالا (بالای 1800 درجه سانتی‌گراد) که توسط قوس الکتریکی بین الکترودها و بار تشکیل می‌شود، دی‌اکسید سیلیسیم موجود در سیلیس توسط کربن کاهش یافته و سیلیسیم تشکیل می‌شود. این سیلیسیم سپس با آهن آلیاژ می‌دهد و مذاب فروسیلیسیم را تولید می‌کند.
· حفظ عمق ثابت نفوذ الکترود و نظارت بر شرایط کوره (دما، فشار) برای عملیات کارآمد ضروری است.
· چرخه تخلیه مذاب معمولاً هر 2 تا 4 ساعت یکبار انجام می‌شود.
تیزاب‌کاری (برای درجه‌های خلوص بالا یا خاص): برای تولید فروسیلیس درجه پایین کربن، آلومینیوم پایین یا سایر درجه‌های خالص، تیزاب‌کاری خارجی ضروری است. روش‌های متداول شامل موارد زیر می‌باشد:
· استفاده از تکنولوژی دمش آرگون و هم‌زدن برای ترویج تماس کامل بین مذاب آلیاژ و عوامل تیزاب‌کاری (مانند عوامل کاهش دهنده کربن ترکیبی و سرباره تیزاب‌کاری شده)، تسهیل حذف ناخالصی‌هایی مانند کربن و آلومینیوم.
· روش‌های تیزاب‌کاری اکسیژنی یا شستشوی سرباره نیز می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.
ریخته‌گری و خرد کردن: فروسیلیس مذاب را که از کوره تخلیه می‌شود در قالب‌ها ریخته می‌کنند. پس از خنک‌کاری و انجماد، آن را خرد می‌کنند، دسته‌بندی می‌کنند (بر اساس الزامات مشتری برای توزیع اندازه ذرات، مثلاً بلوک‌های 10-100 میلی‌متری برای فولادسازی، پودر 0.2-8 میلی‌متری برای ریخته‌گری) و بسته‌بندی می‌کنند تا برای حمل آماده شود.

مشخصات و مدل‌های متداول فروسیلیس

فروسیلیکون عمدتاً بر اساس محتوای سیلیسیم (Si) و محتوای ناخالصی‌هایی مانند آلومینیوم (Al)، کربن (C)، فسفر (P) و گوگرد (S) طبقه‌بندی می‌شود. مدل‌های رایج عبارتند از:

درجه / مدل محتوای Si (%) محدودیت‌های ناخالصی رایج (حداکثر %) کاربردها و یادداشت‌های اصلی
FeSi75 72-80 آلومینیوم: 1.5-3.0، کربن: 0.2-0.5، فسفر: ≤0.04، گوگرد: ≤0.02 رایج‌ترین درجه، به‌طور گسترده در فولادسازی برای کاهش اکسیداسیون و آلیاژکاری استفاده می‌شود.
FeSi72 72-75 آلومینیوم: 1.5-3.0، کربن: 0.2-0.5، فسفر: ≤0.04، گوگرد: ≤0.02 درجه استاندارد برای فولادسازی.
فروسیلیکون با کربن پایین (مثلاً B-LcFeSi) حدود 75 کربن: بسیار پایین (مثلاً ≤0.02)، آلومینیوم، فسفر و گوگرد کنترل‌شده برای کاهش اکسیداسیون انواع فولادهای باکیفیت مانند فولاد الکتریکی استفاده می‌شود.
فروسیلیکون 45% Si 40-47 آلومینیوم، کربن، فسفر و گوگرد کنترل‌شده در ریخته‌گری چدن به‌عنوان یک اینوکولانت استفاده می‌شود.

· اندازه ذرات: بسته به کاربرد، فروسیلیکون به اندازه‌های مختلفی مانند تکه‌های استاندارد (10-100 میلی‌متر)، تکه‌های ریزتر (10-50 میلی‌متر) یا پودر/ریزه (0-8 میلی‌متر) عرضه می‌شود. درصد ریزه‌ها اغلب به دقت کنترل می‌شود (مثلاً <5% زیر 10 میلی‌متر).

فروسیلیکون در موارد زیر ضروری است:

· تولید فولاد: به عنوان یک عامل کاهنده اکسیژن (حذف اکسیژن از فولاد مذاب) و عنصر آلیاژی (ایجاد خواص خاص مانند افزایش استحکام و مقاومت در برابر خوردگی در فولاد) مورد استفاده قرار می‌گیرد.
· صنعت ریخته‌گری: به عنوان یک عامل تلقیح‌کننده در تولید چدن استفاده می‌شود تا تشکیل گرافیت کروی را ترویج داده و استحکام و کیفیت چدن را بهبود بخشد.

در خلاصه، تولید فروسیلیکون یک فرآیند پیچیده است که ترکیبی از متالورژی دمای بالا و کنترل دقیق را در بر می‌گیرد. درجه‌ها و مشخصات مختلف آن نیازهای متنوع صنایع پایین‌دستی را برآورده می‌کند و آن را به یک ماده ضروری و بی‌بدیل در صنعت مدرن تبدیل می‌کند.