فرومنگنز ( انواع فرو منگنز )

حداقل و حداکثر مقدار منگنز در این فروآلیاژ به ترتیب %65 و %95 است. معمولاً فرومنگنز را همراه با فروسیلیسیم (Fe-Si) در حین فولادسازی به عنوان افزودنی به مذاب درون پاتیل اضافه می­‌کنند.

فرومنگنز چیست ؟

فرومنگنز افزودنی مهمی است که به عنوان اکسیژن­زدا در تولید فولاد استفاده می­‌شود؛ بطور کلی آلیاژهای پرکاربرد فرومنگنز به دو گروه تقسیم می­‌شوند:

1. فرومنگنز (Fe-Mn)
2.  سیلیکومنگنز (Si-Mn)

تقریباً %93 از کل منگنزی که تولید می‌­شود، به شکل فروآلیاژهای Fe-Mn و Si-Mn است.

منگنز نقش مهمی در فولادسازی به عنوان عامل اکسیژن زدا، گوگردزدا و آلیاژساز دارد. قدرت اکسیژن­زدایی منگنز از سیلیسیم کمتر است (منگنز اکسیژن­زدای ملایم­تری است)؛ اما به بدلیل تشکیل سیلیکات­ها و آلومینات­های پایدار، اکسیژن­زدایی با این فروآلیاژ موثرتر خواهد بود.

تقریباً در تمام فولادها، منگنز به ترکیب آلیاژ اضافه شده و به عنوان عنصر آلیاژی وجود دارد. از ویژگی­های جالب منگنز، اصلاح سیستم آهن-کربن با افزایش سختی ­پذیری فولاد است.

فرومنگنز در چند گرید و اندازه تولید می­‌شود و اصولاً به عنوان منبع تامین کننده­‌ی منگنز در فولاد، در فرآیند فرآوری مذاب، به مذاب اضافه می­‌شود. از طرفی در کارهای ریخته ­گری چدن نیز مقداری فرومنگنز به عنوان عامل آلیاژساز مصرف می‌­شود.

این محصول علاوه بر نقش اکسیژن­زدایی و گوگردزدایی که در مذاب فولاد دارد باعث می‌شود تا استحکام کششی، کارپذیری، چقرمگی، سختی و مقاومت در برابر سایش را بهبود ­بخشد. همچنین، فرومنگنز با حذف گوگرد از فولاد، مانع از تردی فولاد در طول فرآیند نورد گرم می‌­شود.

دسته بندی فرومنگنز به چه صورت است؟

کاربرد اصلی منگنز در صنعت فولاد است که در این صنعت بیشتر به شکل فروآلیاژ به مذاب افزوده می­‌شود. این آلیاژ به صورت‌های مختلفی در بازار ارائه شده و آگاهی از خصوصیات و کاربرد هرکدام نقش مهمی در بدست آوردن محصولی با کیفیت دارد.

فرومنگنزهارا می­توان به دسته­ های اصلی زیر تقسیم ­بندی نمود:

• فرومنگنز پرکربن HC Fe-Mn
• فرو منگنز متوسط کربن MC Fe-Mn
• فرومنگنز کم ­کربن LC Fe-Mn
• سیلیکومنگنز SiMn (یا فروسیلیکومنگنز FeSiMn)
• منگنز فلزی Mn ( منگنز متال )
• آلیاژهای منگنز نیتراته (منگنز نیتراته MnN و سیلیکومنگنز نیتراته SiMnN)

استفاده از فرومنگنز پر کربن در فرآوری مذاب فولاد بسیار مرسوم بوده و از گذشته مورد استفاده قرار میگرفت. ولی کاربرد آن اغلب محدود به فولادهای غیرآلیاژی و فولادهای کربنی کم آلیاژ است.

در مواردی که باید مقدار کربن کنترل شود (بعبارتی پایین بودن مقدار کربن مهم است) و نمی‌­توان آن را بعد از افزودن فروآلیاژ کاهش داد، از فرومنگنز کم کربن و فرومنگنز یا کربن متوسط استفاده می‌­شود.

 این دسته بندی اساساً با تصفیه­‌ی اکسیژنی فرومنگنز پرکربن و بوسیله­‌ی فرآیند سیلیکوترمی که شامل واکنش بین سیلیسیم در آلیاژ SiMn خام (تصفیه نشده) و سنگ معدن منگنز است، تولید می­‌شود.

به علت افزایش تولید فولادهای کم کربن، استفاده از آلیاژهای تصفیه شده و کم کربن رو به افزایش است. سیلیکومنگنز در مقایسه با مخلوط فرو منگنز پر کربن و فروسیلیسیم 75 درصد، مقدار کمتری از فسفر، کربن، آلومینیوم، و نیتروژن را وارد مذاب می­‌کند.

سیلیکومنگنز با کیفیت استاندارد (SiMn)، در اغلب فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم به کار می­رود که در این فولادها ترکیب کربن، منگنز، سیلیسیم، و عناصر جزیی را تنظیم و مقرون به صرفه می‌نماید.

استفاده از سیلیکومنگنز کم کربن برای تولید فولادهایی که نیاز به ترکیب منگنز و سیلیسیم دارند، مانند فولادهای ضدزنگ و فولادهای آلیاژی، روند تولید را اقتصادی تر می‌­کند.

خواص فرو منگنز چیست ؟

علامت شیمیایی این فروآلیاژ، FeMn است. این فروآلیاژ، آمیژانی ( آلیاژ مادر ) است از آهن و منگنز با حداقل %65 و حداکثر %95 منگنز. این فروآلیاژ را همانندی که در بالا دسته بندی کردیم می‌توان به سه گروه اصلی که معمولاً مورد استفاده قرار می­‌گیرند تقسیم بندی نمود.

1. HC Fe-Mn ( فرو منگنز پر کربن)
2. MC Fe-Mn ( فرو منگنز متوسط کربن)
3. LC Fe-Mn ( فرو منگنز کم کربن)

فرومنگنز ماده ای جامد است که به شکل کلوخه­ بوده و تا زمانی که خشک باشد فاقد بو می‌باشد و معمولاً سطح فلزی نقره‌­ای شکلی دارد. به طور کلی، با گذشت زمان در طول انبار کردن آن، لایه‌­ی تیره‌­ای از اکسیدها سطح آن را می­پوشاند.

عموماً، عاری از آلودگی­ های خارجی مانند سرباره و آخال­ های غیرفلزی و غیره است. معمولاً به شکل خرد شده و الک شده عرضه می­‌شود که بطورکلی اندازه­ های استاندارد درخصوص فرومنگنز پر کربن عبارتست از:

• mm20-80 با حداکثر %10 خرده های ریزتر
• mm10-50 با حداکثر %10 خرده های ریزتر
• mm3-25 با حداکثر %5 خرده های ریزتر

در هر سه دسته‌­ی فوق حداکثر %10 از کلوخه­ ها می­‌توانند بزرگتر از محدوده­‌ی ذکر شده باشد. فرومنگنز معمولاً به شکل توده­ های حجیمی که در کیسه ­های بزرگ بسته ­بندی شدند توسط شرکت دیرگداز اهواز ارسال می­‌شوند.

چگالی فرومنگنز در محدوده­ی g/cm³ 7.3-7.4 و چگالی حجمی آن نزدیک به t/m³ 4 است. دامنه‌­ی ذوب فرومنگنز بسته به مشخصات شیمیایی آن از 1050 تا  1260 درجه سانتیگراد بوده و این ماده غیرقابل اشتعال و نامحلول در آب است. تحت شرایط متداول مصرف، انبار کردن و جابجایی، واکنش پذیر نیست، بعبارتی با ماده­‌ی دیگری واکنش نمی­‌دهد.

کاربردهای فرومنگنز برای چه مواردی است؟

همه می‌­دانند که آهن از سنگ معدن آهن ساخته می‌­شود. با این وجود، برای تولید فولاد و آهن، علاوه بر سنگ معدن به افزودنی­ های بیشتری نیز نیاز است. برای مثال، چند ماده فرعی­ مانند فرومنگنز نیز لازم است، که به عنوان عامل اکسیژن­ زدا و گوگرد زدا در فرآیند فولادسازی استفاده می­‌شود.

آلیاژهای فرومنگنز اغلب در فولادسازی و فعالیت ­های ریخته ­گری مصرف می‌شوند. بطور کلی حدودا %30 از منگنزی که امروزه در فولادسازی مصرف می‌شود، هنوز هم برای ویژگی­ هایی نظیر اکسیژن­ زدایی و تشکیل فاز سولفیدی به کار می­رود.

منگنز با گوگرد ترکیب شده و مانع از تشکیل سولفیدهای آهن می­‌شود؛ نقطه ذوب سولفیدهای آهن پایین است لذا در دماهای نورد گرم ذوب شده و به شکل مایع درمی­‌آیند و در نتیجه موجب ترک سطحی می­‌شوند.

همچنین %70 دیگر منگنز، کاملاً با هدف آلیاژی بودن آن به کار می­‌رود. از آنجایی که منگنز ارزان­ترین عنصر آلیاژی در بین عناصر تقویت کننده­‌ی خواص مکانیکی مهمی چون استحکام و چقرمگی است، فولادها بسته به گریدی که دارند معمولاً حاوی %2-0.2 منگنز هستند.

از طرفی در موارد خاصی از فولاد ضدزنگ، یعنی در بعضی گریدهای آستنیتی سری 200، منگنز می­‌تواند جایگزین نیکل گران قیمت شود.

بسته به مقدار منگنز استفاده شده و اثر آن در ترکیب با سایر عناصر، منگنز تاثیر مهمی بر ساختار و خواص فولاد دارد. در بین تمام عناصر آلیاژی، فرومنگنز بیشترین تاثیر را روی سختی­ پذیری فولادها دارد. همچنین باعث بهبود استحکام کششی، کارپذیری، چقرمگی، سختی و مقاومت در برابر سایش می­‌شود. به علاوه، منگنز با گوگرد باقیمانده در فولاد واکنش می‌دهد و مانع از شکنندگی داغ می­‌شود.

در مواردی که مشخصات خاصی از این فروآلیاژ مد نظر باشد، می­‌توان با کنترل بور (B)، تیتانیم (Ti) و فسفر (P) به این ویژگی­ های طبقه­ بندی شده دست یافت. برای مثال، یکی از کاربردهای خیلی خاص آلیاژهای فرومنگنز تصفیه شده این است که به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده­‌ی پوشش الکترودهای جوشکاری از آن استفاده می‌شود.

روش تولید فرو منگنز چگونه است؟

فرومنگنز در کوره‌­ی ذوب استوانه‌­ای تولید می­‌شود؛ سنگ معدن منگنز و کک به صورت متناوب در آن شارژ شده و دمای داخل کوره به 2600 سانتیگراد می­‌رسد. کربن باعث احیای سنگ معدن در کوره شده و منگنز استخراج می­‌شود.

فرومنگنز پر کربن را می­توان در کوره بلند (Blast Furnace) و کوره قوس-زیرشارژی الکتریکی (Submerged Arc Furnace) تولید کرد. ساخت این فروآلیاژ در SAF با دو رویه انجام می­‌شود:

1. سرباره با منگنز بالا
2. سرباره دورریز

فرومنگنز متوسط کربن را می­توان از طریق فرآیند کربن­ زدایی یا از طریق یک واکنش اکسایش- احیا، بین سیلیسیم موجود در آلیاژ Si-Mn و سنگ معدن­‌های منگنز تولید کرد.

همچین دو روش اساسی برای تولید فرومنگنز کم­ کربن وجود دارد که کاربرد صنعتی نیز دارند. روش اول شامل احیا سیلیکوترمی سنگ معدن منگنز و سرباره‌ی غنی از MnO است که شیمی این متد خیلی شبیه آن چیزی است که در فرآوری منگنز فلزی بکار می‌رود. متد دوم تولید فرومنگنز کم کربن دمش اکسیژن در آلیاژهای فرومنگنز پر کربن است.