فرومنگنز و فروسیلیکومنگنز آلیاژهایی هستند که از منگنز در دمای بالا و حالت مذاب به‌شکل زغال‌سنگ یا کک استخراج می‌شوند. این منگنز‌ها در صنایع متالوژی، شیمی، الکترونیک، سرامیک و تولید لاک‌های رنگی کاربرد فراوان دارند. مهمترین کاربرد فرو منگنز و فرو سیلیکو منگنز در صنعت، تهیه آلیاژهای آهن است و همچنین به‌عنوان ماده اصلی برای تولید چدن و فولاد استفاده می‌شوند. به بیان بهتر منگنز فلزی بسیار کاربردی و مهم است و به صورت آلیاژهای فرومنگنز و فروسیلیکو منگنز در صنایع فولاد و چدن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بیشترین کاربرد منگنز در تولید فولاد (فولادهای کربن‌دار، ضدزنگ برای ابزارآلات، آلیاژ کم‌مقاومت)، آلیاژهای غیرفولادی (آلیاژهای غیرآهنی، فروآلیاژ و چدن) است. صنعت فولاد، مخصوصاً فولادهای کربن‌دار بخش اصلی بازار منگنز را تشکیل می‌دهند.
منگنز در گروه هفتم جدول تناوبی قرار دارد و عدد اتمی آن 25 است. منگنز نقره‌ای رنگ و فلزی سخت است. منگنز باعث افزایش استحکام کشش فولاد می‌شود و عمق سختی چدن را افزایش می‌دهد. همچنین از منگنز برای کاهش سرعت سردشدن و افزایش سختی قطعات استفاده می‌شود.
در صنعت فولادسازی، به دلیل اینکه دمای ذوب منیزیم بسیار پایین است و وقتی به فولاد مذاب و چدن اضافه شود به‌سرعت بخار می‌شود از آلیاژهای منگنز یعنی فرومنگنز و فروسیلیکومنگنز به‌عنوان جایگزین‌های سیلیسیم و منیزیم استفاده می‌شود. در این مقاله سعی می‌کنیم این دو عنصر بسیار ارزشمند و پرکاربرد در صنعت فولادسازی را بررسی کنیم.
فرومنگنز
فرومنگنز از ترکیب اکسید منگنز و اکسید آهن در کوره قوس الکتریکی در دمای بالا و در حالت مذاب با افزودن کربن به شکل زغال‌سنگ یا کک تولید می‌شود. فرومنگنز آلیاژ فلزی است که حاوی آهن، منگنز و مقدار متغیری کربن می‌باشد. پس از شکل‌گیری کامل به‌صورت جامد بوده و دارای سطح فلزی نقره‌ای شکل است و بعد از گذشت مدتی از انبار کردن آن یک لایه تیره از اکسید روی آن را می‌گیرد. فرومنگنز‌ها به صورت خشک، بی‌بو هستند و آن‌ها را به شکل الک‌شده و ریزشده عرضه می‌کنند.
فرومنگنز از مهمترین عناصر آلیاژی است که دارای خواص مکانیکی، قابلیت سخت‌پذیری و کاهش گوگرد است و به سه شکل فرومنگنز پرکربن، فرومنگنز کم‌کربن و فرومنگنز با کربن متوسط و در دانه‌بندی‌های مختلف برای کاربردهای متفاوت تولید می‌شوند.
فرو منگنز پرکربن
فرو منگنز پرکربن یکی از انواع فرو منگنز می‌باشد که دارای بین 6 تا 8 درصد کربن و 75 تا 80 درصد منگنز می‌باشد. در مواردی که در تولید فولادهای آلیاژی بخواهند علاوه بر افزایش استحکام کششی، استحکام مکانیکی و سختی را افزایش دهند از فرومنگنز پرکربن استفاده می‌شود. فرو منگنز پرکربن را نوع استاندارد فرو منگنز می‌دانند.
فرو منگنز با کربن متوسط
فرو منگنز با کربن متوسط یکی از انواع فرو منگنز می‌باشد که قیمت آن از فرو منگنز پرکربن بیشتر است و از فرو منگنز کم‌کربن قیمت پایین‌تری دارد. میزان کربن موجود در فرو منگنز پرکربن حداکثر 2 درصد است. به‌طور کلی مواقعی که وجود کربن بالا برای آلیاژسازی ایجاد اشکال کند از فرو منگنز با کربن متوسط استفاده می‌شود. از فرو منگنز با کربن متوسط برای ساخت ابزارهای فولادی مقاوم در برابر حرارت و سایش استفاده می‌شود.
فرو منگنز کم‌کربن
فرو منگنز کم‌کربن یکی از انواع فرو منگنز می‌باشد و مواقعی استفاده می‌شود که وجود درصد بالای کربن در فولاد باعث دگرگونی در ساختار فولاد یا ساختار قطعات ریخته‌گری‌شده می‌شود. میزان کربن موجود در فرو منگنز کم‌کربن حداکثر 1/0 درصد می‌باشد و میزان منگنز 75 تا 88 درصد می‌باشد.
فرو سیلیکو منگنز
فرو سیلیکو منگنز یکی از پرکاربردترین فروآلیاژهای منگنز است که از si)) سیلیکون، Mn)) منگنز و (Fe) آهن ساخته شده و معمولاً دارای نسبت‌های کمی از کربن، فسفر و سولفور است. فرو سیلیکو منگنز دارای چگالی 6/1 گرم بر سانتیمتر مکعب و چگالی حجمی 3/2 تن بر مترمکعب است. دمای ذوب این فروآلیاژ بستگی به مشخصه‌های شیمیایی آن دارد و معمولاً بین 1060 تا 1350 درجه سانتی‌گراد متغیر است.
مطلب مرتبط : طرح توجیهی تولید پلی سیلیکون
میزان اثرگذاری افزودن فرو سیلیکو منگنز به فولاد تا اندازه زیادی بستگی به مقدار اضافه شده و اثر ترکیبی با سایر عناصر آلیاژی دارد. از آنجایی که هم عنصر منگنز و هم سیلیکون میل ترکیبی شدیدی با اکسیژن دارند، اثرات مهمی روی خواص فولاد به‌عنوان دی‌اکسید کننده می‌گذارند. نکته‌ی مهمی که در خصوص فرو سیلیکو منگنز شایان توجه است، افزایش تمایل فولادسازان جهان برای استفاده از این فروآلیاژ به‌‌جای فروسیلیسیم و فرومنگنز است که دلایل متعددی دارد. از جمله اینکه روش موردنظر صرفه‌ی اقتصادی بیشتری دارد و میزان عناصر مضری مانند فسفر، نیتروژن و گوگرد کمتر است.
فرآیند تولید فرو منگنز جهت اجرای طرح توجیهی تولید فرو منگنز، فرو سیلیکو منگنز
فرو منگنز یکی‌از مهمترین فروآلیاژها در صنعت فولاد است و اولین بار در سال 1872 و در کوره بلند و با خلوص 37 درصد منگنز تولید شد. در حال حاضر برای به دست آوردن فرومنگنز از کوره‌های ذوب استوانه‌ای، قوس الکتریک (زیر شارژی) و کوره بلند استفاده می‌شود. بعد از رسیدن به دمای 2600 به‌تناوب سنگ اکسیدمنگنز، کک، دولومیت، آهک و کوارتز به کوره اضافه می‌شوند که باعث به دست آمدن فرو منگنز می‌شوند.
فرایند تولید فرو سیلیکو منگنز به‌مراتب دشوار‌تر از فرو منگنز است به‌خاطر اینکه میزان درجه حرارت بالاتری برای رسیدن به میزان موردنظر سیلیسیم لازم است. ساخت فرو سیلیکو منگنز در کوره قوس به صورت واکنش کاهشی کربن صورت می‌گیرد. از کوره‌ی استفاده شده برای تولید فرو منگنز پرکربن برای تولید فرو سیلیکو منگنز استفاده می‌شود.
سرباره حاصل‌شده از تولید فرو منگنز پرکربن معمولاً برای تولید فرو سیلیکو منگنز استفاده می‌شود. فرو سیلیکو منگنز بعد از اختلاط سرباره با اکسید بالا که دارای 35 تا 45 درصد اکسیدمنگنز، سنگ‌منگنز، کوارتز و کک است تولید می‌شود و در مراحل بعد و پس از سردشدن ماده مذاب، آن را ریخته‌گری، خرد و بسته‌بندی می‌کنند. فرو سیلیکو منگنز استاندارد دارای 70 درصد منگنز، 18 تا 20 درصد سیلیسیم و 10 درصد آهن است.
تولید فرو منگنز پرکربن
برای ساخت فرو منگنز پرکربن معمولاً از کوره‌های بلند استفاده می‌شود. فرایند تولید فرو منگنز در کوره بلند بسیار شبیه به تولید فولاد است. برای تولید فرو منگنز پرکربن از منگنز فقیر (28 درصد منگنز) استفاده می‌شود و طی واکنشی توسط کربن احیا می‌شود.
تولید فرو منگنز با کربن متوسط
تولید فرو منگنز با کربن متوسط به روش کربن زدایی با اکسیژن ترمی و سیلیکون ترمی انجام می‌شود.
تولید فرومنگنز کم‌کربن
برای تولید فرو منگنز کم‌کربن از روش احیای سیلیکومتری سنگ معدن منگنز و سرباره غنی از منگنز و یا روش دمش اکسیژن در آلیاژهای فرو منگنز استفاده می‌شود.
مطلب مرتبط : طرح توجیهی تولید کربوکسی متیل سلولز
در پایان
فرومنگنز و فرو سیلیکو منگنز از مهمترین فروآلیاژها در صنعت فولادسازی هستند و برای مقاصد گوناگونی از جمله افزایش استحکام کشش فولاد و همچنین افزایش عمق سختی چدن مورد استفاده قرار می‌گیرد. امروزه این دو فروآلیاژ در صنایع متنوعی از جمله؛ صنایع متالوژی، شیمی، الکترونیک، سرامیک و تولید لاک‌های رنگی دارای کاربرد می‌باشند که اهمیت این دو فروآلیاژ را نشان می‌دهد.
مرور آنچه در این مطلب گفته شد باعث می‌شود شناخت بهتری از این دو فروآلیاژ در صنعت داشته باشیم و با کاربرد‌ها، خواص و همچنین نحوه ساخت آن‌ها بیشتر آشنا شویم.
