منگنز دوازدهمین فلز از نظر مقدار در سطح کره زمین است و ۹۰ درصد آن به صورت فرومنگنز در صنعت فولاد استفاده میشود.
همنیطور منگنز در صنعت آلومینیوم و مس نیز استفاده میگردد.
فرومنگنز برای اولین بار در سال ۱۸۷۲ با خلوص ۳۷% منگنز و در کوره بلند تولید شد.
فرومنگنز از فروآلیاژهای پر مصرف در صنعت ذوب و متالورژی میباشد که در سه گرید اصلی بر اساس مقدار کربن دسته بندی میشود که در جدول ذیل معرفی می شوند :
خواص فرومنگنز :
منگنز جزئی جدانشدنی از ذوب فولاد بوده که مهمترین خواص آن به ترتیب ذیل میباشند:
- سولفور زدایی : از آنجایی که سولفور یکی از ناخالصیهای پرخطر برای فولاد محسوب میشود با تشکیل MnS از طریق اضافه کردن فرومنگنز این ناخالصی تا حد قابل توجهی حذف میشود.
- اکسیژن زدایی و در پی آن جلوگیری از دکربره شدن.
- تثبیت کننده فاز آستنیت.
- افزایش تافنس.
- مقاومت به خوردگی.
- افزایش قابلیت سختی پذیری فولاد.
- کاهش نقطه انتقال دما و افزایش قابلیت کار در دمای پایین.
بعد از سولفور زدایی، از مهمترین خواص منگنز در فولاد میتوان به ایجاد پایداری مارتنزیت حتی با کارسرد اشاره کرد. در این مورد برای مثال میتوان فولاد هادفیلد که دارای ۱۵% منگنز میباشد را معرفی کرد. سطح این فولاد به دلیل وجود این مقدار منگنز بر اثر کارسرد به مارنتزیت تبدیل شده و مغز آن چقرمگی خود را حفظ خواهد کرد، بنابراین این آلیاژ مورد بسیار مناسب برای کار در معدن و سنگ شکنها میباشد.
فرومنگنز بعد از کربن شایع ترین ماده آلیاژی بوده و بیشترین استفاده در فروآلیاژها را دارد. در آمریکا به طور متوسط ۶٫۳ کیلوگرم فرومنگنز و در دنیا ۷ تا ۱۰ کیلوگرم از این محصول در هر تن فولاد استفاده میشود.
تولید فرومنگنز :
تولید فرومنگنز در کورههای قوس الکتریک یا کوره بلند انجام مشود که با اضافه شدن سنگ اکسید منگنز، کک، دولومیت، آهک و کوارتز به آن فرایند تولید فرومنگنز شروع میشود.
سنگ منگنز استفاده شده در این پروسه دارای ۴۰% منگنز است و با اضافه شدن کک و سرباره سازها مانند آهک در دمای ۱۲۰۰ تا ۱۴۰۰ درجه سانتی گراد واکنش احیا منگنز توسط کک انجام میشود.
سنگ منگنزهای موجود :
- دارای منگنز زیاد : ۴۴-۴۸% Mn
- دارای منگنز متوسط: ۳۵-۴۴% Mn
- دارای منگنز کم: ۲۵-۳۵% Mn
از موارد بالا فقط ار دو گروه اول یعنی سنگ دارای حداقل ۳۵%Mn قابل استفاده است.
استفاده از کوره قوس الکتریک electric submerged arc furnace (SAF) جهت تولید فرومنگنز فرایند ساده و راحتتری نسبت به استفاده از کوره بلند میباشد.
از آنجا که در سنگ منگنز معمولا مقدار بیشتر از ۱۰ درصد SiO2 وجود دارد، سرباره تشکیل شده پس از احیا و ذوب به دلیل دارا بودن مقدار قابل توجهی سیلیس و منگنز در تولید فروسیلیکو منگنز استفاده میشود.
در کوره قوس تولید فرومنگنز با دو نوع فرایند تولید می شود :
- روش دفع سرباره
- روش سرباره غنی از منگنز
همچنین تولید فرومنگنز متوسط کربن از طریق کربن زدایی با اکسیژن ترمی و سیلیکون ترمی انجام شده و فرومنگنز کم کربن نیز از واکنش Si-Mn کم کربن با سنگ منگنز بدست میآید.
تولید فرومنگنز پر کربن در کوره بلند :
تا قبل از جنگ جهانی دوم بیشتر این محصول توسط کوره بلند تولید میگردید. با استفاده از کوره بلند جهت تولید فرومنگنز پرکربن میتوان از سنگ منگنز فقیر از منگنز تا ۲۸% Mn استفاده کرد.
فرایند تولید در کوره بلند شبیه به احیا فولاد بوده، با این تفاوت که منگنز طبق واکنش زیر توسط C (کربن) احیا میشود ولی سنگ آهن توسط CO (مونوکسید کربن) احیا خواهد شد.
Mn3O4+ 4C = 3Mn + 4CO
MnO + C = Mn + CO