فرو کروم صنعتی

فروکروم (Ferrochrome – FeCr)

عنصر کروم به‌صورت آزاد در طبیعت یافت نمی‌شود و مهم‌ترین منبع معدنی آن کرومیت با فرمول شیمیایی FeO·Cr₂O₃ است. کرومیت یک کانی اکسیدی متشکل از کروم، آهن و اکسیژن می‌باشد. کروم خالص در دمای محیط فلزی نسبتاً نرم است، اما به‌دلیل تمایل شیمیایی شدید به عناصر فعال مانند اکسیژن، کربن و نیتروژن، تولید کروم خالص فرآیندی پیچیده و پرهزینه محسوب می‌شود.

کروم به‌دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی، اکسیداسیون، سایش، حرارت و فرسایش یکی از عناصر آلیاژی بسیار مهم در صنایع متالورژی است. افزودن کروم به فولاد باعث افزایش سختی، استحکام مکانیکی و مقاومت شیمیایی شده و منجر به تولید فولادهای آلیاژی و فولادهای زنگ‌نزن می‌گردد. آلیاژهای حاوی کروم پایداری بالایی در دماهای بالا داشته و در صنایع خودروسازی، تجهیزات صنعتی و قطعات تحت شرایط سخت کاری کاربرد گسترده‌ای دارند.

معرفی فروکروم

فروکروم (FeCr) یکی از مهم‌ترین فروآلیاژهای مورد استفاده در فولادسازی است که معمولاً حاوی ۵۰ تا ۷۰ درصد کروم می‌باشد. این فروآلیاژ عمدتاً از طریق احیای کربوترمیک سنگ معدن کرومیت در کوره‌های قوس الکتریکی تولید می‌شود. کشورهای آفریقای جنوبی، قزاقستان و هند بزرگ‌ترین تولیدکنندگان فروکروم در جهان هستند و در سال‌های اخیر چین و روسیه نیز سهم قابل توجهی از تولید جهانی را به خود اختصاص داده‌اند.

نوعی از فروکروم که با نام کروم شارژی (Charge Chrome) شناخته می‌شود و عمدتاً در آفریقای جنوبی تولید می‌گردد، به‌دلیل میزان کربن مناسب، گزینه‌ای ایده‌آل برای تولید فولادهای زنگ‌نزن به شمار می‌رود.

روش تولید فروکروم

رایج‌ترین روش تولید فروکروم، احیای کربوترمیک اکسیدهای حاوی کروم در دماهای بالا است. در این فرآیند، سنگ معدن کرومیت با استفاده از زغال‌سنگ یا کک به‌عنوان عامل احیاکننده، در کوره قوس الکتریکی ذوب و احیا می‌شود.

پس از انجام واکنش، فروکروم مذاب به‌همراه سرباره از کوره تخلیه شده و پس از جداسازی، منجمد می‌گردد. سپس محصول جامد خردایش، دانه‌بندی و برای مصارف صنعتی آماده می‌شود. با توجه به مصرف بالای انرژی در این فرآیند، تولید فروکروم معمولاً در کشورهایی با هزینه انرژی پایین انجام می‌پذیرد.

کاربردهای فروکروم

بخش عمده فروکروم تولیدی جهان در ساخت فولادهای زنگ‌نزن مصرف می‌شود. حضور کروم در این فولادها باعث افزایش مقاومت به خوردگی، بهبود ظاهر سطح و افزایش دوام قطعه می‌گردد. همچنین از فروکروم برای افزایش درصد کروم در فولادهای کربنی و آلیاژی استفاده می‌شود.

فروکروم در گریدهای مختلف پرکربن و کم‌کربن تولید و عرضه می‌شود. فروکروم کم‌کربن زمانی استفاده می‌شود که افزایش کربن در ترکیب فولاد مجاز نباشد و کنترل دقیق ترکیب شیمیایی اهمیت داشته باشد.

کاربردهای اصلی فروکروم پرکربن عبارت‌اند از:

فولادهای ابزار

فولادهای بلبرینگ

فولادهای مقاوم به سایش

فولادهای آلیاژی مهندسی

برخی گریدهای فروکروم با نیتروژن بالا نیز در بازار موجود هستند که با افزودن مقادیر کنترل‌شده نیتروژن، موجب ریزدانگی ساختار و افزایش استحکام مکانیکی فولادهای ریختگی پرکروم می‌شوند.

در صنعت ریخته‌گری چدن، از فروکروم با ۶۲ تا ۶۶ درصد کروم و حدود ۵ درصد کربن برای افزایش سختی و مقاومت به سایش استفاده می‌شود.

اثرات متالورژیکی کروم

کروم یک عنصر فریت‌زا بسیار قوی است. حضور حدود ۱۳ درصد کروم در فولاد باعث کاهش فاز آستنیت و افزایش پایداری فریت می‌شود. با افزایش درصد کروم، مقاومت به خوردگی و مقاومت به اکسیداسیون در دماهای بالا به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد.

افزودن کروم منحنی‌های TTT را به سمت راست منتقل کرده و موجب افزایش سختی‌پذیری فولاد می‌شود. به‌طور متوسط، با افزایش هر ۱ درصد کروم در فولاد، استحکام کششی آن حدود ۸۰ تا ۱۰۰ مگاپاسکال افزایش می‌یابد. در فولادهای پرکربن، کروم نقش مهمی در افزایش مقاومت به سایش ایفا می‌کند.

محصولات جانبی و کاربردهای مکمل

استفاده از فروکروم در تولید فروکروم لیگنوسولفونات که یکی از افزودنی‌های پرکاربرد در صنایع شیمی ساختمان و بتن است.

استفاده از پودر فروکروم در متالورژی پودر.

کاربرد سرباره‌های فروکروم به‌دلیل پایداری شیمیایی بالا در راه‌سازی و تولید مواد نسوز.

انواع فروکروم قابل عرضه

فروکروم پرکربن

اندازه: ۵–۱۰ میلی‌متر

کروم: حدود ۶۳٪

کربن: ۴–۸٪

سیلیسیم: ~۳٪

منگنز: ~۰٫۰۲٪

نیتروژن: ~۰٫۰۲٪

فسفر و گوگرد: حداکثر ۰٫۰۵٪

فروکروم کم‌کربن

اندازه: ۱۰–۶۰ میلی‌متر

کروم: حدود ۶۸٪

کربن: حداکثر ۰٫۱٪

سیلیسیم: ~۱٪

گوگرد: حداکثر ۰٫۰۲٪

فسفر: حداکثر ۰٫۲٪

نیتروژن: ~۰٫۰۲٪

فروکروم کم‌کربن (دانه‌بندی ریز)

اندازه: ۵–۱۰ میلی‌متر

کروم: حدود ۶۸٪

کربن: ۰٫۰۹–۰٫۵٪

سیلیسیم: ~۰٫۷٪

گوگرد: حداکثر ۰٫۰۰۴٪

فسفر: حداکثر ۰٫۰۰۳٪

نیتروژن: ~۰٫۰۲٪