السبائك الحديدية

تقنية السبائك الحديدية وطرق إنتاجها

تعرف السبيكة الحديدة بأنها السبائك الثنائية المكونة من الحديد والغنية بعنصرغير عنصر الكربون الذى غالبا ما يكون فلز وتستخدم السبائك الحديدية لاضافة العناصر السبائكية فى تصنيع كلا من الحديد الزهر والصلب واهم العناصر التى تقدمها السبائك الحديدية للصلب هى السيليكون المنجنيز ، الكروم ، التيتانيوم ، الفانديوم وغيرها من العناصر

تاثير السبائك الحديدية المضافة فى صناعة الصلب:-

تقوم السبائك الحديدية المضافة للصلب او الحديد الزهر المنصهر من خلال العناصر المكونة لها بثلاثة ادوار اساسية :-
1- عامل اختزال

ان الدور الاساسى والمهم للسبائك الحديدية المضافة للصلب وبكل تاكيد ازالة الاكسجين من افران التصنيع الصلب ويكون ذلك اما فى المراحل الاولية لتصنيع الصلب او فى المراحل النهائية وقبل عملية الصب مباشرة ومن اهم السبائك الحديدية المستخدمة فى ذلك سبائك الفيرومنجنيز و الفيروسيليكون حيث تقوم هذه السبائك بازالة الاكسجين من افران التصنيع .

 

 

2- عنصر سبائكى :-

تستخدم السبائك الحديدية للحصول على الصلب السبائكى الذى يتكون من الصلب الكربونى اضافة الى كمية اوكميات من عناصر فلزية اخرى مضافة مثل الكروم ، والتيتانيوم وغيرها بهدف تحسين خاصية معينة او مجموعة من الخواص فى المنتج النهائى ومن امثلة الخواص المطلوب تحسينها كلا من مقاومة الصدمات والبلى وزيادة مقاومة التاكل الساخن والاكسدة عند درجة الحرارة العالية ومن امثلة ذلك السبائك المحتوية على عناصر الفانديوم والكروم والسيليكون والمنجنيز .

3- عامل جرفته :-

الجرفته خاصية لضبط الجرافيت والتحكم فيه وهى خاصية ينفرد بها حديد الزهر السبائكى ولا يدخل فى تأثيراتها الصلب ولذا فان اضافة السبائك الحديدية تساعد على الحصول على قطاعات سميكة من الحديد الزهر عالى المقاومة . والسبائك الحديدية المستخدمة لذلك هى المحتوية على عناصر السيليكون والمليبدنيوم بالاضافة الى فلز النيكل النقى وتعمل اضافة هذه السبائك على زيادة مقاومة ومتانة حديد الزهلر السبائكى.

طرق انتاج السبائك الحديدية :-

بدأت تقنية السبائك الحديدية عام 1898 م على يد العالم جولد شميث بأسلوب الاختزال المعروف باسم الاختزال الالومينى الحرارى ومازالت هذه الطريقة مستخدمه ومتبعة حتى الان فى انتاج السبائك الحديدية
4-2-2-1- طريقة الاختزال الالومينى الحراري :
تعرف هذه الطريقة باسم الاختزال الفلزي الحراري، ونعتمد هذه الطريقة على اختزال اكاسيد الفلز باستخدام مسحوق ناعم من الالومنيوم ,وتتولد أثناء عملية الاختزال كمية عالية من الطاقة الحرارية ناتجة من أكسدة الالومنيوم كافية لإكمال عملية الاختزال وتطفو الالومينا المتكونة أثناء التفاعل علي السطح علي هيئة خبث سائل ويساعد هذا الخبث الطافي علي فصل الفلز السبائكي المختزل عن الجو المحيط وبهذا تمنع إعادة الأكسدة

اسباب انتاج السبائك بطريقة الاختزال الالوميني الحراري

1- صعوبة انتاج العناصر الفلزية والحصول عليها بصورة نقية
2- ارتفاع تكلفة انتاج العناصر الفلزية بصورة نقية اذا امكن انتاجها
3- سرعة اكسدة هذة العناصر عند اضافتها كعناصر سبائكية للصلب او الحديد الزهر السبائكي عند درجات الحرارة العالية مما يعني فقد العناصر عالية التكلفة اثناء مراحل تصنيع الصلب او حديد الزهر السبائكى
4- الاستفادة من خامات العناصر التى تحتوي علي نسب عالية من الحديد.
5- تم تطوير هذه الطريقة بطرق اخري مثل الصهر والاختزال في الافرن العالية او في الافران الكهربائية

وصف عملية الاختزال الالومينى الحراري :

تجري عملية الاختزال بمسحوق الالومنيوم عن خلط مسحوقه الناعم مع أكسيد الفلز المراد اختزاله وفي وجود برادة الحديد أو الصلب ويشحن هذا الخليط في وعاء فولاذي مبطن ببطانة حرارية قاعدية ( ماجنيزيت) ويوجد اعلي الشحنة كمية صغيرة من أكسيد البار يوم ومسحوق الالومينيوم ثم تشعل عندئذ باستخدام شريط من الماغنيسيوم وبعد دقيقة او نحو ذلك يهدا التفاعل ويطفو خبث الالومينا علي السطح وتبرد الكتلة الناتجة في وعاء التفاعل او يتم صبها في قوالب ويبلغ حجم نواتج الاختزال تقريبا ثلث المواد الأولية المشحونة في وعاء التفاعل .
ويمكن التحكم في الفقد بتطوير العملية من خلال شحن جزء فقط من كل الشحنة المطلوبة في وعاء التفاعل عند بداية التفاعل ، ثم تشعل المحتويات للسماح ببدء التفاعل ثم يتم تدريجيا تغذية الوعاءببقية الشحنة ليصل الي طاقته القصوي وبهذا يتم تجنب الكثير من الفقد من خلال زيادة التحكم التحكم او التقليل من الجزء المتبخر .

العوامل المؤثرة علي الاختزال الالوميني الحراري :

1- كمية الاكسجين في الخام :
تعد كمية الاكسجين في الخام اهم عامل حيث انه يتحكم كمية الحرارة المتولدة أثناء
التفاعل ، وزيادة نسبة الاكسجين الموجودة في بعض اكاسيد الفلز تؤدي الي عدم التحكم
في التفاعل مما يؤدي الي الكثير من الانفجارات .
ويمكن التغلب علي هذه الانفجارات بتخفيض كمية الاكسجين في الخام باجرات تحميص
اختزالي مسبق تزال فيه كمية من الاكسجين .
اما نقص كمية الاكسجين في الخام تقلل من كمية الحرارة المتولدة في التفاعل وفي بعض
الأحيان عند الانخفاض الشديد في محتوي الاكسجين يصبح التفاعل غير طارد للحرارة
وربما احتاج إتمام التفاعل الي إمداده بطاقة خارجية ويمكن التغلب علي ذلك بالتحميص
المسبق او التسخين المسبق المباشر وهذا يساعد في التغلب علي مشكلة نقص الاكسجين .
2- حجم الحبيبات :
يؤدي وجود كثير من الحبيبات الخشنة من المواد الخام في وعاء التفاعل الي عدم إكتمال
التفاع وبالتالي يكون المنتج النهائي غير مرضي ، ويؤدي وجود حبيبات ناعمة الي دخول
الالومينا الناتجة في صورة خبث الي سبيكة الفلز المختزلة ولذا فان الحالة الفيزيائية
للمواد المستخدمة في انتاج السبائك الحديدية ذات تاثيرات مهمة .

 طريقة الصهر والإختزال في الأفران العالية أو في الأفران الكهربائية:

يشبه إنتاج السبائك الحديدية في الفرن العالي الى حد كبيرإنتاج حديد التمساح كما أن الأفران الكهربائية شبيهة بالأفران العالية في الإنتاج فيما عدا إستبدال الكوك بالطاقة الكهربائية لعمليات الصهر وأساس عمليات الإنتاج هي الصهر والإختزال
العوامل التي تعتمد عليها طريقة الصهر والإختزال:

1- درجة نقاوة الخام المتوافر
2- مدى توافر الطاقة الكهربائية في مواقع الإنتاج وكذا سعر وحدة الطاقة ولقد أدى توافرمصادر الطاقة الكهربائية الرخيصة الىاستخدام الأفران الكهربائة لتحل محل الأفران العالية
3- درجة جودة السبائك المنتجة
4- مقدارالكوك المطلوب للإنتاج ومدى توافره وكذلك كمية استهلاكالكوك لكل طن من السبيكة
5- نوع السبيكة المنتجة

– سبيكةالفيروسيليكون:-

تعتبر سبيكة الفروسليكون ذو أهميه كبيرة جدا في صناعه الحديد والصلب ، ومعظم سبائك الفروسليكون المستخدمة في صناعه الصلب ذات التركيب الكيميائي الذي يحتوي علي 50% سليكون ( هناك سبائك تتراوح نسبة السليكون فيما بين 15-90% )

استخدامات سبائك الفروسليكون

1- يستخدم الجزء الأكبر من سبائك الفروسليكون في اختزال الأكسجين وإزالة الغازات في صلب المحمرة المكشوفة ومحولات بسمر.
2- عنصر سبائكي مهم حيث يحتوي صلب الإنشاء عادة علي نسبة من السليكون في الصلب المستخدم في التطبيقات الكهربائيه إلي حوالي 0.6% ويكون السليكون بهذه النسبة المذكورة علي الخواص محدودة.
3- تستخدم سبائك الفروسليكون في صورة مسحوق كعامل مختزل للخبث ، وتستخدم كميات كبيرة من هذه السبائك لاختزال الأكسيد المختلفة عند إنتاج السبائك الحديدية الأخرى مثل إنتاج سبائك الفروفانديوم.
4- تستخدم سبائك الفروسليكون للحصول علي فولاذ نظيف ويفضل إضافتها بعد إضافة الفرومنجنيز.
5- تستعمل سبائك الفروسليكون في تصنيع الهيدروجين طبقا للتفاعل الآتي :

Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3 + 2H2