Πώς κατασκευάζονται τα κράματα σιδήρου;

Σιδηροκράματα

Τα σιδηροκράματα είναι κύρια κράματα που περιέχουν σίδηρο και ένα ή περισσότερα μη σιδηρούχα μέταλλα ως στοιχεία κράματος. Τα σιδηροκράματα γενικά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: σιδηροκράματα χύδην (που παράγονται σε μεγάλες ποσότητες σε φούρνους ηλεκτρικού τόξου) και ειδικά σιδηροκράματα (που παράγονται σε μικρότερες ποσότητες αλλά αυξανόμενης σημασίας). Τα χύδην σιδηροκράματα χρησιμοποιούνται αποκλειστικά στη χαλυβουργία και τα χυτήρια χάλυβα, ενώ οι χρήσεις των ειδικών σιδηροκραμάτων είναι πιο ποικίλες. Γενικά, περίπου το 90% των σιδηροκραμάτων χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία χάλυβα.
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα σιδηροκράματα μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες: κράματα χύδην (σιδηροχρώμιο, σιδηροπυρίτιο, σιδηρομαγγάνιο, πυρίτιο μαγγάνιο και σιδηρονικέλιο) και ειδικά κράματα (φερροβανάδιο, σιδηρομολυβδαίνιο, σιδηροτυγφράμιο, φερροτιτάνιο, σιδηροβόριο καιφερρονιόβιο).

Παραγωγή Σιδηροκραμάτων

Υπάρχουν δύο βασικές μέθοδοι παραγωγής σιδηροκραμάτων, η μία είναι η χρήση άνθρακα σε συνδυασμό με κατάλληλες διαδικασίες τήξης και η άλλη είναι η μεταλλοθερμική αναγωγή με άλλα μέταλλα. Η πρώτη διεργασία συνήθως συνδέεται με λειτουργίες παρτίδας, ενώ η δεύτερη χρησιμοποιείται κυρίως για την εστίαση σε εξειδικευμένα κράματα υψηλής ποιότητας που συνήθως έχουν χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα.

Διαδικασία βυθισμένου τόξου

Η διαδικασία βυθισμένου τόξου είναι μια λειτουργία τήξης αναγωγής. Τα αντιδρώντα αποτελούνται από μεταλλεύματα μετάλλων (οξείδιο του σιδήρου, οξείδιο του πυριτίου, οξείδιο του μαγγανίου, οξείδιο του χρωμίου κ.λπ.). και έναν αναγωγικό παράγοντα, μια πηγή άνθρακα, συνήθως με τη μορφή οπτάνθρακα, ξυλάνθρακα, άνθρακα υψηλής και χαμηλής πτητικότητας ή πριονίδι. Ο ασβεστόλιθος μπορεί επίσης να προστεθεί ως ροή. Οι πρώτες ύλες θρυμματίζονται, βαθμολογούνται και σε ορισμένες περιπτώσεις ξηραίνονται, πριν μεταφερθούν σε θάλαμο ανάμειξης για ζύγιση και ανάμειξη.

Μεταφορείς, κάδοι, ανελκυστήρες ή αυτοκίνητα παραδίδουν το επεξεργασμένο υλικό σε μια χοάνη πάνω από τον κλίβανο. Το μείγμα στη συνέχεια τροφοδοτείται με βαρύτητα μέσω ενός αγωγού τροφοδοσίας, είτε συνεχώς είτε κατά διαστήματα, όπως απαιτείται. Στις υψηλές θερμοκρασίες της ζώνης αντίδρασης, η πηγή άνθρακα αντιδρά με τα οξείδια μετάλλων για να σχηματίσει μονοξείδιο του άνθρακα και μειώνει το μετάλλευμα σε βασικά μέταλλα

Η τήξη σε κλίβανο ηλεκτρικού τόξου επιτυγχάνεται με τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα. Το εναλλασσόμενο ρεύμα που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια προκαλεί τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του φορτίου μεταξύ των άκρων των ηλεκτροδίων. Αυτό παρέχει μια ζώνη αντίδρασης με θερμοκρασίες τόσο υψηλές όσο 2000°C (3632°F). Καθώς το εναλλασσόμενο ρεύμα ρέει μεταξύ των άκρων των ηλεκτροδίων, το άκρο κάθε ηλεκτροδίου αλλάζει συνεχώς πολικότητα. Για να διατηρηθεί ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό φορτίο, το βάθος του ηλεκτροδίου μεταβάλλεται αυτόματα συνεχώς με μηχανικά ή υδραυλικά μέσα.

Εξώθερμες (μεταλλοθερμικές) διεργασίες

Οι εξώθερμες διεργασίες χρησιμοποιούνται συνήθως για την παραγωγή κραμάτων υψηλής ποιότητας με χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα. Το ενδιάμεσο τηγμένο κράμα που χρησιμοποιείται σε αυτή τη διαδικασία μπορεί να προέρχεται απευθείας από έναν βυθισμένο κλίβανο τόξου ή από άλλο τύπο συσκευής θέρμανσης. Το πυρίτιο ή το αλουμίνιο συνδυάζονται με οξυγόνο στο τηγμένο κράμα, με αποτέλεσμα μια απότομη αύξηση της θερμοκρασίας και έντονη ανάδευση του λιωμένου λουτρού.

Σιδηροχρώμιο (FeCr) και σιδηρομαγγάνιο (FeMn) χαμηλής και μέσης περιεκτικότητας σε άνθρακα παράγονται με αναγωγή πυριτίου. Η αναγωγή αλουμινίου χρησιμοποιείται για την παραγωγή μεταλλικού χρωμίου,φερροτιτάνιο, φερροβανάδιοκαι το φερρονιόβιο.Σιδηρομολυβδαίνιοκαισιδηροτυγφράμιοπαράγονται με μια διαδικασία μικτής θερμικής επεξεργασίας αλουμινίου και πυριτίου. Αν και το αλουμίνιο είναι πιο ακριβό από τον άνθρακα ή το πυρίτιο, το προϊόν είναι πιο καθαρό. Το σιδηρόχρωμο χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (LC) παράγεται συνήθως με την τήξη μεταλλεύματος χρωμίου και ασβέστη σε έναν κλίβανο.

Μια καθορισμένη ποσότητα του τηγμένου σιδηροπυριτίου τοποθετείται στη συνέχεια σε μια χαλύβδινη κουτάλα. Στη συνέχεια προστίθεται στην κουτάλα μια γνωστή ποσότητα σιδηροπυριτίου ενδιάμεσης ποιότητας. Η αντίδραση είναι εξαιρετικά εξώθερμη και ελευθερώνει χρώμιο από το μετάλλευμά του, παράγοντας LC σιδηροχρωμία και σκωρία πυριτικού ασβεστίου. Αυτή η σκωρία, η οποία εξακολουθεί να περιέχει ανακτήσιμο οξείδιο του χρωμίου, αντιδρά με το τηγμένο σιδηρόχρωμο υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα σε μια δεύτερη κουτάλα για να παράγει σιδηρόχρωμο μεσαίας ποιότητας. Οι εξώθερμες διεργασίες εκτελούνται συνήθως σε ανοιχτά δοχεία και μπορεί να παράγουν εκπομπές παρόμοιες με τις διαδικασίες βυθισμένου τόξου για σύντομο χρονικό διάστημα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μείωσης.