כיצד מייצרים סגסוגות ברזל?

סגסוגות ברזל

סגסוגות ברזל הן סגסוגות אב המכילות ברזל ומתכת לא ברזלית אחת או יותר כאלמנטים מתגזרים. סגסוגות ברזל מחולקות בדרך כלל לשתי קטגוריות: סגסוגות ברזל בתפזורת (מיוצרות בכמויות גדולות בתנורי קשת חשמליים) וסגסוגות ברזל מיוחדות (מיוצרות בכמויות קטנות יותר אך בעלות חשיבות הולכת וגוברת). סגסוגות ברזל בתפזורת משמשות אך ורק בייצור פלדה וביציקה של פלדה, בעוד השימושים של סגסוגות ברזל מיוחדות מגוונים יותר. באופן כללי, כ-90% מסגסוגות הברזל משמשות בתעשיית הפלדה.
כפי שהוזכר לעיל, ניתן לחלק סגסוגות ברזל לשתי קטגוריות עיקריות: סגסוגות בתפזורת (ferrochrome, פרוסיליקון, פרומנגן, מנגן סיליקון ופרוניקל) וסגסוגות מיוחדות (פרובנדיום, פרומוליבדן, פרוטונגסטן, פרוטיטניום, פרובורון ופרוניוביום).

ייצור סגסוגות ברזל

ישנן שתי שיטות עיקריות לייצור סגסוגות ברזל, האחת היא שימוש בפחמן בשילוב עם תהליכי התכה מתאימים, והשנייה היא הפחתה מתכתרמית עם מתכות אחרות. התהליך הראשון משויך בדרך כלל לפעולות אצווה, בעוד שהאחרון משמש בעיקר להתמקדות בסגסוגות מיוחדות בדרגה גבוהה שבדרך כלל יש להן תכולת פחמן נמוכה יותר.

תהליך קשת שקוע

תהליך הקשת השקועה הוא פעולת התכה של הפחתה. המגיבים מורכבים מעפרות מתכת (תחמוצת ברזל, תחמוצת סיליקון, תחמוצת מנגן, תחמוצת כרום וכו'). וחומר מפחית, מקור פחמן, בדרך כלל בצורה של קוק, פחם, גחלים נדיפים גבוהים ונמוכים, או נסורת. ניתן להוסיף גם אבן גיר כשטף. חומרי הגלם נגרסים, מדורגים, ובמקרים מסוימים מיובשים, לפני שינועם לתא ערבוב לשקילה וערבוב.

מסועים, דליים, מעליות דילוגים או מכוניות מעבירים את החומר המעובד אל הופר מעל התנור. לאחר מכן, התערובת מוזנת באמצעות כוח הכבידה דרך מצנח הזנה, באופן רציף או לסירוגין, לפי הצורך. בטמפרטורות הגבוהות של אזור התגובה, מקור הפחמן מגיב עם תחמוצות המתכת ליצירת פחמן חד חמצני ומפחית את העפרה למתכות בסיסיות

התכה בכבשן קשת חשמלי מתבצעת על ידי המרת אנרגיה חשמלית לחום. זרם חילופין המופעל על האלקטרודות גורם לזרם חשמלי לזרום דרך המטען בין קצות האלקטרודות. זה מספק אזור תגובה עם טמפרטורות גבוהות כמו 2000°C (3632°F). כאשר זרם החילופין זורם בין קצות האלקטרודה, קצה כל אלקטרודה משנה קוטביות ללא הרף. כדי לשמור על עומס חשמלי אחיד, עומק האלקטרודה משתנה באופן אוטומטי ברציפות באמצעים מכניים או הידראוליים.

תהליכים אקסותרמיים (מטאלותרמיים).

תהליכים אקזותרמיים משמשים בדרך כלל לייצור סגסוגות בדרגה גבוהה עם תכולת פחמן נמוכה. סגסוגת הביניים המותכת המשמשת בתהליך זה יכולה להגיע ישירות מתנור קשת שקוע או מסוג אחר של מכשיר חימום. סיליקון או אלומיניום מתחברים עם חמצן בסגסוגת המותכת, וכתוצאה מכך עלייה חדה בטמפרטורה וערבול אינטנסיבי של האמבט המותך.

פרוכרום (FeCr) ופרומנגן (FeMn) בעלי תכולת פחמן נמוכה ובינונית מיוצרים על ידי הפחתת סיליקון. הפחתת אלומיניום משמשת לייצור כרום מתכתי,פרוטיטניום, פרובנדיוםופרוניוביום.פרומוליבדןופרוטונגסטןמיוצרים על ידי תהליך טיפול חום מעורב באלומיניום וסיליקון. למרות שאלומיניום יקר יותר מפחמן או סיליקון, המוצר טהור יותר. פרוכרום דל פחמן (LC) מיוצר בדרך כלל על ידי המסת עפרות כרום וסיד בכבשן.

לאחר מכן מניחים כמות מוגדרת של הסיליקון הפרוזיליקון המותך במצקת פלדה. לאחר מכן מוסיפים למצקת כמות ידועה של פרוסיליקון בדרגה בינונית. התגובה היא אקזותרמית ביותר ומשחררת כרום מהעפרה שלו, מייצרת LC פרוכרום וסיליק סיליקט סידן. סיגים זה, שעדיין מכיל תחמוצת כרום הניתנת לשחזור, מגיב עם פרוכרום הפחמן הגבוה המותך במצקת שנייה כדי לייצר פרוכרום בדרגה בינונית. תהליכים אקסותרמיים מבוצעים בדרך כלל בכלים פתוחים ועשויים לייצר פליטות דומות לתהליכי קשת שקועה לפרק זמן קצר במהלך תהליך ההפחתה.