فروسیلیس

چه نوع موادی در تولید فروسیلیس استفاده می‌شود؟

در فرایند تولید فروسیلیسیم مواد اولیه متنوعی استفاده می‌شود ولی به‌طور کلی می‌توان این مواد را در سه گروه دسته‌بندی کرد:

• مواد حامل سیلیسیم
• مواد احیا کننده
• مواد حامل آهن

با توجه به این که فرایند تولید فروسیلیسیم یک فرایند بدون سرباره است، تقریباً تمامی عناصر موجود در مواد اولیه را وارد محصول می‌شوند؛ بنابراین یکی از مهم‌ترین ویژگی‌هایی که در کلیه مواد مشترک می‌باشند خلوص بالای مواد می‌باشد. با بالا رفتن ناخالصی‌های موجود در مواد، درصد ناخالصی‌های موجود در محصول از جمله آلومنیوم و کلسیم افزایش می‌یابد. ویژگی مشترک دیگر، یکنواختی ترکیب شیمیایی هر یک از مواد است که باید در کلیه محموله‌ها رعایت شود.

مواد حامل سیلیسیوم

تاکنون بیش از دویست نوع کانی مختلف حاوی سیلیس شناسایی شده‌است ولی مهمترین کانی‌هایی که در فرایند تولید فروسیلیسیم مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از :

• کوارتزیت
• کوارتز
• کوارتز و کوارتزیت مورد استفاده در تولید فروسیلیسیم باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:
• میزان اکسید سیلیسیم در آن حداقل ۹۷ درصد باشد.
• میزان ناخالصی‌های موجود از جمله آلومینا، اکسید کلسیم در حداقل مقدار ممکن و کمتر از نیم درصد باشد.
• نقطه ذوب بالایی داشته و پس از ذوب نیز گرانروی آن زیاد باشد.
• دارای پایداری حرارتی بالایی باشد.
• از میان ویژگی‌های بالا پایداری حرارتی و نقطه ذوب از اهمیت زیادی برخوردار است.

مواد احیاکننده

احیا سیلیس در کوره توسط کربن انجام می‌شود. از مواد کربنی متنوعی در فرایند تولید فروسیلیسیم می‌توان استفاده کرد، ولی خواص عمومی مواد مناسب به شرح زیر است: میزان خاکستر آن در کمترین حالت باشد. بالا بودن میزان خاکستر باعث افزایش ناخالصی‌های محتوی در محصول می‌گردد. استحکام مکانیکی و پایداری حرارتی آن‌ها زیاد بوده تا در حین حمل ونقل، شارژ به کوره و در حین عبور از مناطق مختلف حرارتی خرد نشود. در غیر این صورت تخلخل شارژ و متعاقب آن قابلیت نفوذ گاز کاهش می‌یابد مقاومت الکتریکی بالایی داشته باشند. دارای قدرت واکنش پذیری زیادی باشند. با توجه به ویژگی‌های ذکر شده موادی که در این فرایند قابل استفاده می‌باشند عبارتند از:

• کک متالورژیکی
• کک نفتی
• کک گازی
• زغال سنگ
• زغال قهوه ای
• زغال چوبی
• تراشه چوب

هریک از این مواد تنها برخی از خواص لازم را دارا هستند و مجموعه ویژگی‌ها در هیچ‌یک از مواد بالا به تنهایی وجود ندارد.

مواد حامل آهن

قسمتی از آهن مورد نیاز در محصول توسط خاکستر مواد احیا کننده و هم چنین پوسته الکترود تأمین می‌شود ولی در هر حال برای تأمین آهن نیاز به استفاده از مواد حامل آهن در مخلوط شارژ وجود دارد. با توجه به این که موادآهنی حجم کمی از مخلوط شارژ را در بر می‌گیرد، ویژگی‌های این مواد در مقایسه با سایر مواد مصرفی در کوره از اهمیت چندانی برخوردار نیست. تنها عاملی که در انتخاب ماده مناسب مؤثر است ترکیب شیمیایی است که ناخالصی‌های موجود باید در حداقل مقدار ممکن و کمتر از پنج درصد باشد و میزا نفسفر موجود نیز باید کمتر از ۰٫۰۵ دردصد باشد. موادآهنی که در کوره‌های فروسیلیسیم استفاده می‌شود به شرح زیر است:

• سنگ آهن با خلوص بالا
• پوسته اکسیدی نورد
• گندله سنک آهن
• براده‌های تراشکاری
• قراضه آهن

داستان تولید فروسیلیس به کجا می‌انجامد؟

در حال حاضر تولید سیلیسم فلزی و فروسیلیسیم در دنیا تنها با استفاده از روش کوره‌های الکتریکی قوس مخفی صورت می‌گیرد. در این روش مواد اولیه ای که قبلاً اشاره شد با دانه بندی مشخص پس از مخلوط شدن توسط لوله‌های بار دهی یا ماشین باردهی به‌طور مداوم به داخل کوره شارژ می‌شوند پس از گذشت زمان معینی که با توجه به توان و جریان الکتریکی مصرفی کوره است، بین ۲ تا ۴ ساعت فلز تولید شده از جراهای تخلیه کوره به داخل پاتیل تخلیه شده و به مسیرهای بعدی که ریخته‌گری می‌باشد انتقال می‌یابند. کوره‌های قوس الکتریکی تولید فروآلیاژها از نظر الکتریکی تقریباً مشابه کوره‌های فولاد سازی است ولی از نظر ابعاد و طراحی شکل کوره تفاوت‌های زیادی با این نوع کوره‌ها دارند.

پايه توليد فروسيليس واكنش هاي كربوترمي است. و بر اساس واكـنش هـاي احيـائي مـواد، شامل؛ سيليس ( سنگ كوارتز ) و اكسيد آهن و با افزودن انرژي الكتريكيبه همراه مواد احياء كننده شامل؛ كـربن در دماي مناسب احياء شده و "فروسيليس" توليد مي شود.
در اين فرآيند مواد اوليه اعم از سنگ سـيليس دانـه بندي شده و پوسته اكسيدي به همراه مواد احياء كننده نظير ذغال سنگ، كك و ذغال چوب از طريق انبـارهاي روزانه توسط سیستم انتقال مواد وارد كوره ذوب مي شوند. اين شارژ توسـط الكتـرود هـايي با شـدت جريان حـدود 120 كيلـو آمپـر و در دمـايي حـدو د 2500 درجـه سـانتيگراد و طـي يـك پروسـه الكتـرو متالورژيكي احياء و ذوب مي شود.

ذوب ریزی یعنی چه؟

عمليات ذوب ريزي در كارخانه به طور متوسـط هـردو ساعت يك بار انجام و فروسيليس توليدي پس از تخليه در بستر هاي مخصوص منجمد شده و پـس ازسرد شدن توسط سنگ شكن خرد و با دانه بندي هاي متفاوت به صورت فله و يا در كيسه هاي بزرگ روانه بازار مي شود.

• وضعیت تولید فروسیلیس در دنیا و ایران

کی از پیشگامان این تکنولوژی در دنیا شرکت Elkem نوروژ و SmS Demag آلمان می‌باشند که نوروژ در اروپا با بیشترین میزان تولید فروسیلیسیم رتبه نخست را دارد. اما هم‌اکنون کشور چین بالاترین میزان تولید فروسیلیسیم در دنیا را دارد و بعد از آن کشورهای برزیل، روسیه، هند و… می‌باشند. در ایران نیز نخستین کارخانه صنعت فروآلیاژ در سال ۱۳۷۲ با فناوری الکم نوروژ در شهرستان ازنا استان لرستان راه اندازی شد. دومین کارخانه تولید فروسیلیسیم در سمنان و باظرفیت تولید ۲۵۰۰۰ تن در سال کار می‌کند در مجموع کل تولید این دو واحد صنعتی به حدود سالانه ۱۰۰ هزار تن می‌رسد. نزدیک به دو سال است که سومین واحد تولید فروسیلیسیم در شهرستان ملایر استان همدان با ظرفیت ۱۲۰۰۰ هزار تن در سال نیز راه اندازی شده است. در حال حاضر چند واحد کوچکتر در اشتهارد و کاشان و … نیز به تولید فروسیلیسیم مشغول هستند.

بخش‌های جانبی کوره‌های قوس الکتریکی

سیستم انتقال مواد

مهمترین موضوع در مکانیزم تولید در هر واحد تولیدی ، انتقال مواد در درون کارخانه به‌طور منظم و براساس معیارهای کنترلی لازم، نیروی انسانی و ویژگی‌های کمی و کیفی آن است.

سیستم انتقال مواد خام

مکانیزم انتقال مواد خام شامل همه فعالیت‌هایی است که منجر به انتقال هدف مند مواد خام از انبار مواد به درون کوره می‌شود.

انتقال و آماده‌سازی محصول

مکانیزم انتقال و آماده‌سازی محصول شامل همه فعالیت‌هایی است که منجر به تبدیل مذاب گرفته شده از کوره تا محصول آماده برای فروش می‌گردد.

سیستم خنک‌کننده و آب گرد کوره

کوره الکتریکی تولید فروسیلیسیم با ایجاد دمای بیش از۲۰۰۰ درجه سانتی گراد، منبع حرارتی بزرگی است که باعث گرم شدن تجهیزات و تأسیسات مجاور می‌شود. این حرارت چنانچه از تجهیزات دور نشود باعث از بین رفتن یا کاهش عمرآن‌ها می‌گردد. به همین دلیل خنک کردن قسمت‌های مختلف کوره با روش‌های مختلف امری اجتناب ناپذیر است.

سیستم خنک کن کف کوره

علاوه بر سیستم خنک کن آب گرد کوره، برای جلوگیری از افزایش درجه حرات در کف بوته کوره، از سیستم دمش هوا به منظور ایجاد تهویه مناسب برای تبادل حرارتی با محیط، استفاده می‌شود. این امر در کوره‌های بزرگ، بخصوص در فرایندهایی نظیر تولید سیلیسیم که به درجه حرارت‌های بالایی جهت انجام واکنش‌ها نیاز دارد، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

سیستم خنک کن ترانسفورماتور کوره

از دیگر بخش‌های مهم در سیستم‌های خنک کن مورد استفاده در صنایع کوره‌های قوص الکتریکی، سیستم خنک سازی ترانسفورماتور کوره است.

سیستم غبارگیر کوره

فرایند تولید فروسیلیسیم با تولید مقدار زیادی گاز و غبار همراه است که در درجه اول جهت حفظ محیط زیست و همچنین حفظ ارزش‌های اقتصادی غبار، تصفیه گازهای خروجی الزامی است.