فرومنگنز

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

فرومنگنز یک فروآلیاژ با محتوای منگنز بالا است (فرومنگنز با کربن بالا می تواند حاوی 80٪ منگنز وزنی باشد). با حرارت دادن مخلوطی از اکسیدهای MnO2 و Fe2O3، با کربن (معمولاً به صورت زغال سنگ و کک) در یک کوره بلند یا یک سیستم از نوع کوره قوس الکتریکی، به نام کوره قوس غوطه ور ساخته می شود. اکسیدها در کوره ها تحت احیاء کربوترمال قرار می گیرند و فرومنگنز تولید می کنند. فرومنگنز به عنوان یک اکسید زدا برای فولاد استفاده می شود.

منگنز ها در صنایع متالوژی ، شیمی ، الکترونیک ، سرامیک و تولید لاک های رنگی کاربرد دارد . مهم ترین کاربرد منگنز در صنعت ، تهیه آلیاژ های آهن و به عنوان ماده اصلی برای چدن و فولاد است . منگنز در گروه هفتم جدول تناوبی قرار دارد عدد اتمی آن 25 است رنگ آن نقره ای و سخت است .منگنز به صورت کانی سنگ یا به صورت فروآلیاژ در فولاد سازی به کار می رود که در این زمینه نقش های عمده منگنز عبارت خواهد بود از منگنز به عنوان احیا کننده و تمیز کننده در فولاد مذاب به منظور حذف گوگرد و بهبود خواص فولاد مورد استفاده قرار می گیرد . به طوری که گوگرد و عناصر مزاحم را به خود جذب نموده و آن ها را وارد سرباره می کند.

فرو منگنز آلیاژ فلزی است که درون  آن حاوی آهن است . فروآلیاژ از دو عنصر آهن و منگنز و مقدار کمی کربن ، فسفر ، گوگرد تشکیل شده است . فرومنگنز جامد است و شکل آن نیز مانند کلوخه است ، فرومنگنز ها بی بو هستند و البته این خاصیت را تا زمانی که خشک هستند دارند ؛ معمولا آن ها را به صورت الک شده و ریز شده عرضه می کنند .[۱]

تاریخچه[ویرایش]

در سال 1856، رابرت فارستر موشت "منگنز را برای بهبود توانایی فولاد تولید شده توسط فرآیند بسمر در مقاومت در برابر نورد و آهنگری در دماهای بالا استفاده کرد."

در سال 1860، هنری بسمر استفاده از فرومنگنز را به عنوان روشی برای معرفی منگنز در نسبت های کنترل شده در طول تولید فولاد اختراع کرد. مزیت ترکیب پودر اکسید آهن و اکسید منگنز با هم، نقطه ذوب پایین‌تر آلیاژ ترکیبی در مقایسه با اکسید منگنز خالص است.

در سال 1872، لامبرت فون پانتز، فرومنگنز را در کوره بلند تولید کرد، با محتوای منگنز قابل توجهی بالاتر از آنچه قبلا ممکن بود (37٪ به جای 12٪ قبلی). این شرکت او را به رسمیت شناخت، از جمله مدال طلا در نمایشگاه جهانی 1873 در وین و گواهی جایزه در نمایشگاه صدمین سالگرد 1876 در پنسیلوانیا.

در مقاله ای در سال 1876، MF Gautier توضیح داد که اکسید مغناطیسی باید با افزودن منگنز (سپس به شکل آهن اسپیگل) از بین برود تا برای نورد مناسب باشد.[۲]

کاربرد[ویرایش]

منگنز به عنوان عنصر اکسیژن زدا به کار می رود . این عنصر با گوگرد تولید سولفور منگنز ( Mns) می کند و بدین وسیله تاثیر نامناسب سولفور آهن و تردی حاصل از آن را کاهش می دهد . این عنصر اهمیت خاصی در فولاد و چدن های خوش تراش دارد . با اضافه شدن مقدار مشخصی فرومنگنز در آلیاژ می توان خطر شکست پذیری قطعه و قطعات را کاهش داده و خطوط Ar1,Ar3 را پایین می آورد و سرعت سردشدن بحرانی را نیز شدیداً کاهش داده و بدین ترتیب سختی افزایش می دهد . همچنین با اضافه کردن مقداری منگنز استحکام افزایش می یابد . و اگر به مقدار بیش از 4 درصد اضافه شود باعث ایجاد ساختار مارتزیتی در آلیاژ شده و تردی در قطعات را افزایش می دهد که به همین دلیل فقط در آلیاژهای خاصی به کار برده می شود . در فولادهای با بیش از 12درصد Mn و با درصد کربن بالا آستنیتی است ، زیرا Mn محدوده آستنیتی را به اندازه قابل ملاحظه ای گسترش می دهد ، فولادهای که از طریق اضافه کردن مقداری فرومنگنز تولید می گردد و در نتیجه وارد آمدن تنش ضربه ای به سطح خارجی ، سختی لایه خارجی آن ها در اثر کار سرد بسیار بالا می رود در حالی که قسمت داخلی آن نرم باقی می ماند و به همین دلیل در مقابل تاثیر نیروهای ضربه ای دارای مقاومت سایشی بالایی هستند و فولادهایی که با بیش از 18 درصد Mn باشند بدلیل تغییر شکل زیاد غیر قابل مغناطیسی شدن می باشند و آلیاژهایی که تولید می شوند مخصوص بوده و به عنوان فولادهای نرم در حالت سرد در درجه حرارت های بسیار پایین به کار می روند و ضریب انبساط حرارتی فولادها با افزودن مقداری منگنز افزایش یافته در حالی که قابلیت هدایت حرارتی والکتریکی آن ها کاهش می یابد .[۳]

تولید[ویرایش]

تولید فرومنگنز در کوره های قوس الکتریکی یا کوره های بلند انجام می شود که با اضافه شدن سنگ اکسید منگنز، کک، دولومیت، آهک و کوارتز به آن فرآیند تولید فرومنگنز شروع می شود.

سنگ منگنز استفاده شده در این پروسه دارای 40% منگنز است و با اضافه شدن کک و سرباره سازها مانند آهک در دمای 1200 تا 1400 درجه سانتی گراد واکنش احیای منگنز توسط کک انجام می شود.

برای تولید فرومنگنز سنگ معدنی با میزان سیلیس حداکثر 7 تا 8 درصد مورد نیاز است. در صورتی که سیلیس موجود در سنگ منگنز استخراجی از معادن سنگ منگنز ایران، چیزی حدود 23 درصد است و به همین دلیل سنگ منگنز مورد نیاز جهت تولید فرومنگنز عمدتا از آفریقا وارد می شود.[۴]

انواع[ویرایش]

منگنز نیز به صورت فروآلیاژ به مذاب اضافه می شود. این فروآلیاژها با توجه به میزان کربن به سه گرید اصلی پر کربن، متوسط کربن و کم کربن تقسیم می شوند.  در مواقعی که فولاد باید در محدوده پایین کربن باشد، باید از فرومنگنز های کم کربن استفاده شود.[۵]

فرومنگنز کم کربن[ویرایش]

به طور کلی ، منگنز به عنوان یکی از 5 عنصر آلیاژی آهنی است . به ازای هر 3 درصد منگنز استحکام کشش فولاد را  10 کیلوگرم افزایش می دهد .

بعد از اضافه کردن فرو آلیاژ ها نمی شود درصد کربن را تغییر یا کاهش داد و باید اندازه کربن کنترل شود از فرومنگنز کم کربن یا کربن متوسط استفاده می شود .

روش تولید این فرومنگنز ها به صورت فرآیند کربن زدایی ، سنگ معدن های منگنز و .. است .

فرومنگنز متوسط کربن[ویرایش]

نوع متوسط کربن عموما بین 0/8 درصد تا 1/5 درصد میزان کربن آن می باشد.این محصول عموما در صنایع الکترودسازی کاربرد دارد و در انواع مش بندی مختلف دانه بندی می شود.[۶]

فرومنگنز پر کربن[ویرایش]

از پر مصرف ترین فرو آلیاژ ها در صنعت تولید فولاد به حساب می آید از ویژگی های فرومنگنز پر کربن می توان به محصولات با کیفیت عالی ، قیمت های رقابتی ، قابلیت اعتماد و دوام بسیار بالا اشاره کرد .

فرومنگنز پرکربن باعث خوش تراشی قطعات می شود ؛ بنابراین در قطعات خوش تراش باید حتما از فرو منگنز پرکربن  استفاده کرد .

تر کیبات فرو منگنز پر کربن شامل : 79 درصد منگنز ، 2 درصد سیلیسیم ، 8 درصد کربن ، 0.3 درصد فسفر ، 0.25 درصد گوگرد[۱]

جستار وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ «فرومنگنز چیست ، کاربرد فرو منگنز». آهن پویا. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۱۲-۰۸.
  2. "Ferromanganese". Wikipedia (به انگلیسی). 2021-04-21.
  3. «فرومنگنز متوسط کربن – تأمین مواد اولیه و محصولات صنایع فولاد سازی و ریخته گری». دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۱۲-۰۸.
  4. «فرو منگنز چیست و چه کاربردی دارد؟». آکادمی سناماین. ۲۰۲۱-۰۱-۰۶. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۱۲-۰۸.
  5. «فرومنگنز». شرکت آمیژه مواد آسیا. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۱۲-۰۸.
  6. مواد، شایان (۲۰۲۰-۰۹-۲۸). «پودر فرومنگنز متوسط کربن». شایان مواد. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۱۲-۰۸.