การผลิตเฟอร์โรซิลิคอนและข้อกำหนดทั่วไปของเฟอร์โรซิลิคอน

เฟอร์โรซิลิคอน (FeSi) เป็นเฟอร์โรอัลลอยด์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยส่วนใหญ่ใช้เป็นสารดูดซับออกซิเจนและตัวผสมโลหะในอุตสาหกรรมเหล็ก การผลิตเฟอร์โรซิลิคอนเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานจำนวนมาก ซึ่งพึ่งพาการลดทอนของซิลิกาในเตาอาร์กไฟฟ้าแบบจม (Submerged Arc Furnace)

กระบวนการผลิตเฟอร์โรซิลิคอน

การผลิตเฟอร์โรซิลิคอนส่วนใหญ่ใช้เตาลดทอนแบบอาร์กไฟฟ้าจม (โดยทั่วไปเรียกว่า "เตาอาร์กไฟฟ้าจม" หรือ "เตาอาร์กไฟฟ้า") กระบวนการนี้สามารถแบ่งออกเป็นหลายขั้นตอนหลัก ได้แก่

การเตรียมวัตถุดิบ: วัตถุดิบหลักมีดังนี้
· ซิลิกา (SiO₂): โดยทั่วไปต้องมีความบริสุทธิ์มากกว่าร้อยละ 97
· สารรีดิวซ์ที่มีคาร์บอน: เช่น โค้กโลหะ, โค้กปิโตรเลียม หรือถ่านไม้
· แหล่งเหล็ก: โดยปกติคือเศษเหล็ก/เหล็กเก่าหรือแร่เหล็ก เพื่อให้ได้ส่วนประกอบของเหล็ก และควบคุมปริมาณซิลิคอนในอัลลอยด์สำเร็จรูป วัตถุดิบเหล่านี้จะผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การบด การคัดแยก และการอบแห้ง เพื่อให้ได้ขนาดอนุภาคและความชื้นที่เหมาะสม สำหรับการดำเนินงานในเตาอย่างราบรื่น

การหลอมในเตาไฟฟ้า: วัตถุดิบที่ผสมไว้จะถูกป้อนเข้าไปในเตาอาร์กไฟฟ้าแบบจมอย่างต่อเนื่อง ที่อุณหภูมิสูง (สูงกว่า 1800°C) ซึ่งเกิดจากอาร์กไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้ากับวัสดุที่ป้อนเข้าเตา ซิลิกอนไดออกไซด์ในซิลิกาจะถูกลดทอนด้วยคาร์บอนเพื่อสร้างซิลิกอน ซึ่งจากนั้นจะรวมตัวกับเหล็กเพื่อผลิตเหล็กกล้าผสมเฟอโรซิลิกอนหลอมเหลว
· การควบคุมความลึกของการแทรกขั้วไฟฟ้าให้คงที่และการตรวจสอบสภาพของเตา (อุณหภูมิ ความดัน) มีความสำคัญอย่างมากต่อการดำเนินงานที่มีประสิทธิภาพ
· รอบการเทเหล็กกล้าผสมโดยทั่วไปคือทุกๆ 2 ถึง 4 ชั่วโมง
การกลั่น (สำหรับเกรดพิเศษหรือความบริสุทธิ์สูง): เพื่อผลิตเฟอโรซิลิกอนเกรดต่ำคาร์บอน ต่ำอลูมิเนียม หรือเกรดความบริสุทธิ์สูงอื่น ๆ การกลั่นจากภายนอกเป็นสิ่งจำเป็น วิธีการทั่วไปรวมถึง:
· การใช้เทคโนโลยีการเป่าและกวนด้วยแก๊สอาร์กอนเพื่อส่งเสริมการสัมผัสอย่างเต็มที่ระหว่างโลหะผสมหลอมเหลวกับสารกลั่น (เช่น สารลดคาร์บอนแบบคอมโพสิตและตะกอนที่ผ่านการกลั่นแล้ว) ซึ่งช่วยให้กำจัดสิ่งเจือปน เช่น คาร์บอนและอลูมิเนียม ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
· สามารถใช้วิธีการปรับปรุงด้วยออกซิเจน หรือล้างสแล็กด้วยวิธีอื่น ๆ ได้เช่นกัน
การหล่อและการบดที่เหมาะสม: เหล็กซิลิคอนที่หลอมเหลวแล้วถูกเทออกจากเตา จะถูกนำไปหล่อในแม่พิมพ์ เมื่อเย็นตัวและแข็งตัวแล้ว จะถูกบดและคัดแยกตามขนาดอนุภาคตามความต้องการของลูกค้า เช่น ขนาดก้อน 10-100 มม. สำหรับใช้ในอุตสาหกรรมเหล็ก หรือผงขนาด 0.2-8 มม. สำหรับงานหล่อ จากนั้นจึงบรรจุหีบห่อเพื่อจัดส่ง

ข้อมูลจำเพาะและรุ่นที่พบโดยทั่วไปของเหล็กซิลิคอน

เหล็กซิลิคอนถูกจัดประเภทโดยหลักตามปริมาณซิลิคอน (Si) และปริมาณสารปนเปื้อน เช่น อลูมิเนียม (Al), คาร์บอน (C), ฟอสฟอรัส (P) และกำมะถัน (S) รุ่นที่พบโดยทั่วไป ได้แก่

เกรด / รุ่น ปริมาณซิลิคอน (%) ปริมาณสารปนเปื้อนที่พบโดยทั่วไป (สูงสุด %) การใช้งานหลักและหมายเหตุ
FeSi75 72-80 Al: 1.5-3.0, C: 0.2-0.5, P: ≤0.04, S: ≤0.02 เกรดที่พบโดยทั่วไปที่สุด ใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำปฏิกิริยาขจัดออกซิเจนและผสมโลหะในอุตสาหกรรมเหล็ก
FeSi72 72-75 Al: 1.5-3.0, C: 0.2-0.5, P: ≤0.04, S: ≤0.02 เกรดมาตรฐานสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมเหล็ก
เหล็กซิลิคอนคาร์บอนต่ำ (เช่น B-LcFeSi) ~75 องศาเซลเซียส: มีค่าคาร์บอนต่ำมาก (เช่น ≤0.02) และควบคุมปริมาณ Al, P, S ใช้สำหรับการกำจัดออกซิเจนในเหล็กกล้าคุณภาพสูง เช่น เหล็กสำหรับงานไฟฟ้า
เหล็กซิลิคอน 45% Si FeSi 40-47 ควบคุมปริมาณ Al, C, P, S ใช้ในโรงงานหล่อเหล็กหล่อเป็นสารกระตุ้นการหล่อ (Inoculant)

· ขนาดอนุภาค: ขึ้นอยู่กับการใช้งาน เหล็กซิลิคอนมีจำหน่ายในหลายขนาด เช่น ก้อนมาตรฐาน (10-100 มม.), ก้อนละเอียด (10-50 มม.) หรือผง/เศษเล็ก (0-8 มม.) โดยมักควบคุมสัดส่วนของเศษเล็กอย่างเข้มงวด (เช่น น้อยกว่า 5% ที่ขนาดต่ำกว่า 10 มม.)

เหล็กซิลิคอนมีความสำคัญใน:

· การผลิตเหล็กกล้า: ทำหน้าที่เป็นสารกำจัดออกซิเจน (Removing Oxygen from Molten Steel) และเป็นธาตุโลหะผสม (Alloying Element) เพื่อเพิ่มคุณสมบัติพิเศษให้กับเหล็ก เช่น เพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อน
· อุตสาหกรรมหล่อโลหะ: ใช้เป็นสารกระตุ้นการหล่อในกระบวนการผลิตเหล็กหล่อ เพื่อส่งเสริมการเกิดกราไฟต์ทรงกลม ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงและคุณภาพของเหล็กหล่อ

สรุปได้ว่า การผลิตเฟอร์โรซิลิคอนเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งรวมเอาเทคโนโลยีโลหะวิทยาที่อุณหภูมิสูงและการควบคุมที่แม่นยำเข้าด้วยกัน ผลิตภัณฑ์ที่มีหลายเกรดและหลายขนาดสามารถตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของอุตสาหกรรมภาคปลายทางต่าง ๆ ทำให้เฟอร์โรซิลิคอนเป็นวัสดุสำคัญที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมยุคใหม่