مقدمه

فروسيليسيم آميژاني است از آهن و سيليسيم كه از طريق حرارت دادن ، احياء و ذوب سنگ آهن و سيليس (كوارتز) توسط كربن، عمدتا در كورههاي قوس الكتريكي توليد ميشوند .
نسبت تركيبي آن عمدتا از 10 تا 90 درصد سيليسيم و بقيه آهن است. در همين حال عناصر ناخالصي نظير منگنز، كرم ،فسفر، گوگرد و آلومينيم در مقادير كمتر از 5/0 درصد در فروسيليس مي توانند حضور داشته باشند. كربن به عنوان ناخالصي (ناخواسته) و همچنين به عنوان عنصر سوم در انواع فروسيليسها حضور دارد. فروسيليسيم يكي از آميژانهاي مورد مصرف در صنايع مختلف، به خصوص صنايع متالورژي است و از اين نظر اهميت بالائي دارد. چگونگي كاربرد اين ماده در صنعت تا حدود زيادي به نسبت آهن و سيليسيم موجود در آن و همچنين ناخالصيهاي متعارف بستگي دارد. فروسيليسيم در صنايع متالورژي به عنوان عنصر آلياژي، جوانهزا و اكسيژنزدا و سيليسيم تقريباً خالص در صنايع الكترونيكي به عنوان نيمه هادي و يكسوكننده مي تواند كاربرد داشته باشد. علاوه بر آن مشتقات تركيبي سيليس در ساخت رزينهاي سيليسيمي، لعابها ،لاستيك و… مصرف ميشود .[1]

فهرست مطالب

چكيده ……………………………………………………………………………1
مقدمه ……………………………………………………………………………2

فصل اول: كليات

1-1- صنعت فروآلياژ…………………………………………………………….. 5
1-2- تاريخچه توليد فروآلياژها ………………………………………………….6
1-3- توليد فروآلياژ در ايران و جهان……………………………………………. 7
1-3- 1- توليد فروآلياژ در جهان………………………………………………… 7
1-3- 2- توليد فروآلياژ در ايران………………………………………………….. 7
1-4- فروسيليسيم………………………………………………………………. 7
1-5- فرومنگنز پر كربن و فروسيليكو منگنز…………………………………….. 9
1-6- فروكروم پر كربن……………………………………………………………. 9
1-7- فروموليبدن………………………………………………………………. 10
1-8- مواد تلقيحي يا جوانه زا……………………………………………….. 10
1-9- انرژي……………………………………………………………………… 11
1-10- اشتغال و بهره وري توليد نيروي انساني…………………………….. 11
1-11- صنعت فروآلياژ سازي در ايران و روند رشد و توسعه ان……………… 11
1-12- انرژي در ايران……………………………………………………………. 12
1-13- فرو آلياژ در ايران…………………………………………………………. 12
1-14- مصرف انواع فروآلياژ در ايران و دور نماي اينده………………………… 12
1-15- صادرات و واردات فروآلياژ ها در ايران…………………………………… 13
1-16- ارزيابي توليد فروآلياژ ها در سال 2008 و .2009 ……………………..13.

فصل دوم: فروسيليسيم

2-1- تعريف………………………………………………………………………….. 17
2-2- نحوه توليد ……………………………………………………………………..17
2-3- فرآيند توليد…………………………………………………………………….. 18
2-4- كاربرد……………………………………………………………………………. 19
2-5- توليد فروسيليسيم در شركت صنايع فروآلياژ ايران………………………….. 19
2-7- ارزيابي كشورهاي عمده توليد كننده فروسيليسيم……………………….. 23
2-7- 1-كشور هاي عمده توليد كننده فروسيليسيم در دنيا…………………….. 24
2-7- 2- كشور هاي عمده صادر كننده فروسيليسيم در دنيا …………………….24
2-7- 3-كشور هاي عمده وارد كننده فروسيليسيم در دنيا ………………………24

فصل سوم: سيليسيم و صنعت

3-1 – صنايع متالورژي…………………………………………………………………. 26
3-1- 1- اكسيژن زدا ……………………………………………………………………..26
3-1- 2- جوانه زا ………………………………………………………………………….27
3-1- 3 – عنصر الياژي……………………………………………………………………. 28
3-1- 4- ساير مصارف متالورژيكي……………………………………………………….. 29
3-2- صنايع الكترونيكي……………………………………………………………………. 29
3-3- ساير صنايع…………………………………………………………………………… 30
3-4- فروسيليسيم در صنايع متالورژي…………………………………………………… 30
3-5- اثر سيليسيم درچدن………………………………………………………………… 31
3-6- اثر سيليسيم در فولاد ………………………………………………………………..31
3-7- ويژگي هاي فروسيليسم…………………………………………………………….. 34

فصل چهارم: مواد اوليه

4-1- مقدمه…………………………………………………………………………………….. 38
4-2- مواد حامل سيليسيم……………………………………………………………………. 39
4-2- 1- كوارتز……………………………………………………………………………………. 39
4-2- 2 –كوارتزيت………………………………………………………………………………… 40
4-2- 3-كالسه دوان……………………………………………………………………………… 41
4-3- مواد حامل كربن…………………………………………………………………………….. 41
4-3- 1-كك نفتي و قيري………………………………………………………………………….. 42
4-3- 2-كك متالورژي ………………………………………………………………………………..42
4-3- 3- زغال چوب…………………………………………………………………………………. 43
4-3- 4- زغال سنگ………………………………………………………………………………… 44
4-3- 5- تراشه چوب……………………………………………………………………………….. 46
4-4 – مواد حامل آهن………………………………………………………………………………. 47
4-5- عمليات بر روي مواد اوليه( بار آرايي)………………………………………………………… 48
4-5- 1- دانه بندي مواد اوليه………………………………………………………………………. 50
4-5- 2- خشك كردن و كاهش ميزان رطوبت مواد اوليه………………………………………… 52
4-6- ميزان مصرف مواد اوليه و محاسبه شارژ…………………………………………………… 53.
4-6- 1- مقدار كوارتز مصرفي………………………………………………………………………. 54
4-6- 2- مقدار گندله سنگ اهن مصرفي…………………………………………………………. 55
4-6- 3- مقدار مواد احياء كننده مصرفي…………………………………………………………… 55

فصل پنجم: كوره هاي توليد فروسيليسيم

5-1- مقدمه………………………………………………………………………………………….. 58
5-2- انواع كوره هاي قوس الكتريكي توليد فروالياژ ها…………………………………………… 58
5-2- 1- سيستم الكتريكي…………………………………………………………………………. 58
5-2- 2 – نوع الكترود…………………………………………………………………………………. 58
5-2- 3- استقرار الكترود ها………………………………………………………………………….. 58
5-2- 4 – وضعيت بوته …………………………………………………………………………………..59
5-2- 5- وضعيت سقف كوره …………………………………………………………………………..59
5-2- 6- نحوه توليد حرارت……………………………………………………………………………. 60
5-3- طراحي كوره ………………………………………………………………………………………60
5-3- 1- انتخاب قدرت ترانسفور ماتو………………………………………………………………..ر 60
5-3- 2- ولتاژ ثانويه و جريان الكترود …………………………………………………………………..61
5-3- 3 – قطر الكترود……………………………………………………………………………………. 62
5-3- 4- فاصله ميان الكترود ها……………………………………………………………………….. 63
5-3- 5- قطر و عمق كوره ………………………………………………………………………………63

فصل ششم: ترموديناميك و شيمي فيزيك توليد فروسيليسيم

6-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………. 65
6-1- 1- مشخصات فيزيكي شيميايي و ترموديناميكي فروسيليسيم…………………………….. 66
6-1- 2 – ترموديناميك واكنش ها…………………………………………………………………………. 66
6-2- ديرگدازها ………………………………………………………………………………………………67.
6-3- ويژ گي انتخاب نسوز براي فرآيند توليد فروسيليسيم…………………………………………….. 68
6-4- الكترود…………………………………………………………………………………………………. 70
6-4- 1- مقدمه…………………………………………………………………………………………….. 70
6-4- 2- الكترود هاي زودربرگ ……………………………………………………………………………..72
6-4- 3- اصول كار الكترود هاي زودربرگ…………………………………………………………………. 75
6-4- 4 – عوامل موثر بر مصرف الكترود در فرايند توليد فروسيليسيم…………………………………… 75

فصل هفتم: محصول

7-1- عمليات تصفيه و حذف ناخالصي ها………………………………………………………………………… 7
7-2- بارريزي و برداشت محصول………………………………………………………………………………….. 80
7-2- 1- تجهيزات و مشخصات فني موجود در كارخانه ازنا ……………………………………………………..80
7-2- 2- شرح عمليات خردايش و دانهبندي در كارخانه ازنا…………………………………………………….. 82
7-2- 3- تصفيه گاز و غبارگيري در كارخانه ازنا……………………………………………………………………..83
7-2- 3-1-تجهيزات و مشخصات فني سيستم غبارگير………………………………………………………….. 83
7-2- 3-2-شرح كلي فرآيند غبارگيري در كارخانه ازنا ……………………………………………………………..85

فصل هشتم:كنترل فرآيند توليد

8-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………. 88
8-2- مواد اوليه………………………………………………………………………………………………………….. 88
8-3- كنترل مقدار كربن…………………………………………………………………………………………………. 8
8-4- تغييرات مخلوط ……………………………………………………………………………………………………92
8-5- كنترل انرژي مصرفي كوره………………………………………………………………………………………… 92
8-6- بار آرايي…………………………………………………………………………………………………………….. 92
8-7- كوره…………………………………………………………………………………………………………………… 93
8-8- آرايش محصول(خردايش،دانه بندي،انباركردن)…………………………………………………………………… 95
8-9- مهندسي توليد ……………………………………………………………………………………………………….96
8-9- 1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………. 96
8-9- 2- انتقال محصول……………………………………………………………………………………………………… 97
8-9- 3- تجهيزات و تاسيسات……………………………………………………………………………………………… 98
8-9- 3- 1- بدنه كوره…………………………………………………………………………………………………………. 98
8-9- 3-2- در پوش كوره و دود كش ها ………………………………………………………………………………………98
8-9- 3-3- ماشين تصحيح شارژ……………………………………………………………………………………………… 99
8-9- 3-4- الكترود ها …………………………………………………………………………………………………………..99
8-10- تكنيك هاي عملي در پيشرفت فرايند………………………………………………………………………………. 100

فصل نهم: سيليس

9-1-1- 1-1- كوارتز درشت بلورين………………………………………………………………………………………….. 104
9-1-1- 1-2-كوارتز ريز بلورين ………………………………………………………………………………………………..106
9-1- 1-2- تريديميت………………………………………………………………………………………………………….. 106
9-1- 1-3-كريستوباليت………………………………………………………………………………………………………. 106
9-1- 1-4- اوپال…………………………………………………………………………………………………………………. 107
9-1- 2-شرايط تشكيل كاني هاي گروه سيليس…………………………………………………………………………… 107
9-1- 2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………… 107
9-1- 2-2- تشكيل سيليس در سنگ هاي آذرين…………………………………………………………………………… 108
9-1- 2-3- تشكيل سيليس در كانسارهاي پگماتيتي……………………………………………………………………… 109
9-1- 2-4 تشكيل سيليس در كانسارهاي متعاقب ماگمائي (پس ماگمائي) ……………………………………………109
9-1- 2-5 تشكيل سيليس در شرايط دگرگوني………………………………………………………………………………. 110
9-1- 3- زمين شناسي سيليس در ايران…………………………………………………………………………………….. 110
9-1- 3-1- كوارتزيت فوقاني……………………………………………………………………………………………………… 110
9-1- 3-2- ماسه سنگهاي دوران اول و دوم……………………………………………………………………………………..111
9-1- 3-3- كانسارهاي سيليس دوران سوم تاكنون ………………………………………………………………………….111
9-1- 3-4- منابع متفرقه سيليس……………………………………………………………………………………………….. 112
9-1- 4- معادن سيليس ايران……………………………………………………………………………………………………. 112
9-2- كاربردهاي سيليس…………………………………………………………………………………………………………. 113
9-2- 1-كاربرد سيليس در صنايع شيشه………………………………………………………………………………………… 113
9-2- 2-كاربرد سيليس در صنايع ريخته گري…………………………………………………………………………………….. 114
9-2- 3-كاربرد سيليس در صنايع ساختمان ……………………………………………………………………………………..114
9-2- 4-كاربرد سيليس در توليد دير گدازها ……………………………………………………………………………………….115
9-2- 5-كاربرد سيليس در توليد سيليكات سديم ……………………………………………………………………………….116
9-2- 6-كاربرد سيليس در صنايع سراميك و لعاب……………………………………………………………………………….. 116
9-2- 7-كاربرد سيليس در توليد اورگانومتالهاي سيليسي……………………………………………………………………. 117
9-2- 8-كاربرد در صنايع عايق و توليد پشم شيشه……………………………………………………………………………. 117
9-2- 9-كاربرد سيليس در جواهرسازي و سنگهاي تزئيني…………………………………………………………………… 117
9-2- 10-كاربرد سيليس در صنايع و تجهيزات نوري…………………………………………………………………………….. 118
9-2- 11-كاربرد سيليس در صنايع الكترونيك ……………………………………………………………………………………..118
9-2- 12-كاربرد سيليس در تصفيه آب……………………………………………………………………………………………. 118
9-2- 13-كاربرد در صنايع ساينده و پوليش…………………………………………………………………………………………. 118
9-2- 14-كاربرد سيليس در پاك كننده ها و مواد شوينده………………………………………………………………………… 119
9-2- 15-كاربرد سيليس در فيلتراسيون و تصفيه مواد……………………………………………………………………………. 119
9-2- 16-كاربرد سيليس در پرورش كوارتز مصنوعي و تهيه ژلهاي سيليسي…………………………………………………… 119
9-2- 17-كاربردهاي متفرقه سيليس………………………………………………………………………………………………… 120
9-3- تاثيرات زيست محيطي…………………………………………………………………………………………………………. 120
9-4- مشخصات عمومي و كلي سيليس…………………………………………………………………………………………… 121
9-4-1- مشخصات سيليس………………………………………………………………………………………………………….. 121
9-4-2- مشخصات شيميايي سيليس………………………………………………………………………………………………. 121
9-4-3- مشخصات فيزيكي و مكانيكي……………………………………………………………………………………………….. 122
9-5- بررسي وضعيت سيليس در ايران و جهان……………………………………………………………………………………… 122
9-5-1- مصارف عمده سيليس ………………………………………………………………………………………………………….122

فصل دهم: معدن سيليس قيد علي ازنا

10-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………… 132
10- 2- محل و موقعيت جغرافيايي……………………………………………………………………………………………………. 133
10- 3- شرايط اقليمي و وضعيت آب و هوايي معدن………………………………………………………………………………… 134
10- 4- زمين شناسي معدن…………………………………………………………………………………………………………. 134
10- 4- 1- زمين شناسي ناحيه اي………………………………………………………………………………………………….. 134
10- 4- 2- زمين شناسي كا نسار…………………………………………………………………………………………………….. 135
10- 4- 3- كمربالا و كمر پايين ماده معدني…………………………………………………………………………………………… 135
10- 4- 4- تكنونيك و زمين ساخت معدن………………………………………………………………………………………………. 135
10- 4- 5- بافت و ساخت ماده معدني…………………………………………………………………………………………………. 135
10- 4- 6- ژنز ماده معدني ………………………………………………………………………………………………………………136
10- 4- 7- سن زمين شناسي…………………………………………………………………………………………………………… 136
10- 5- آناليز شيميايي………………………………………………………………………………………………………………….. 136
10- 6- آناليز فيزيكي………………………………………………………………………………………………………………………. 136
10- 7- روش كلي استخراج ……………………………………………………………………………………………………………….137
10- 8- طراحي معدن………………………………………………………………………………………………………………………. 138
10- 9- راهسازي……………………………………………………………………………………………………………………………. 139

فصل يازدهم: سيليسيم فلزي

11-1- سيليسيم فلزي……………………………………………………………………………………………………………………. 149
11- 2- روش توليد سيليسيم فلزي……………………………………………………………………………………………………….. 149
11- 3- انواع مختلف سيليسيم فلزي…………………………………………………………………………………………………….. 151
11- 4- كاربردها ………………………………………………………………………………………………………………………………152
11- 4-1- سيليسيم در صنايع متالورژي…………………………………………………………………………………………………… 152
11- 4-2-سيليسيم در صنايع شيميايي…………………………………………………………………………………………………… 155

فصل دوازدهم: كاربيد سيليسيم و سيليكو بريكت

12- 1-1- خواص…………………………………………………………………………………………………………………………….. 157
12- 1-2- روش توليد ………………………………………………………………………………………………………………………..158
12- 1-3- روشهاي آزمايش…………………………………………………………………………………………………………………. 160
12- 2- سيليكو بريكت ………………………………………………………………………………………………………………………..162

فصل سيزدهم: كنترل آلودگي در صنايع فروسيليسيم

13- 1- تجهيزات كنترل آلودگي در صنايع فروسيليسيم………………………………………………………………………………….. 165
13- 2- وضع موجود كارخانه فروآلياژ ايران…………………………………………………………………………………………………. 165
13- 2- 1- منابع انتشار دود و ذرات گرد و غبار……………………………………………………………………………………………… 165
13-2- 3- تجهيزات زيست محيطي كنترل آلودگي هوا…………………………………………………………………………………….. 166

فصل چهاردهم: نتيجه گيري و پيشنهادات

نتيجه گيري…………………………………………………………………………………………………………………………………… 168

پيشنهادات…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 169
منابع و ماخذ…………………………………………………………………………………………………………………………………… 170
فهرست منابع فارسي……………………………………………………………………………………………………………………….. 170
فهرست منابع لاتين…………………………………………………………………………………………………………………………… 171

سايت هاي اطلاع رساني …………………………………………………………………………………………………………………172

فهرست جداول
عرضه و تقاضاي فروسيليسيم ……………………………………………………………………………………………………………….8

مواد اوليه مصرف شده براي توليد فروسيليسيم در شركت صنايع فروآلياژ ايران………………………………………………………….. 8

مواد اوليه مصرف شده براي توليد سيليكون متال در شركت صنايع فروآلياژ ايران………………………………………………………… 8
ميزان توليد فولاد كشور و ميزان نياز به فروسيليسيم………………………………………………………………………………………… 9
تركيب شيميايي چند نوع كوارتز 40 آناليز شيميايي خاكستر كك متالورژي……………………………………………………………….. 43

تركيب شيميايي نمونه از چند نوع كك………………………………………………………………………………………………………….. 43

مشخصات فيزيكي و شيميايي زغال چوب 44 آناليز شيميايي خاكستر زغال چوب……………………………………………………….. 44
شخصات زغال سنگ مصرفي كارخانه 45 آناليز شيميايي خاكستر زغال سنگ…………………………………………………………….. 45

مقايسه راكتيويته انواع مواد احيا كننده 47 تاثير دانه بندي كك بر ميزان مصرف انرژي به ازاي هر تن محصول……………………………. 51

تاثير دانه بندي كك بر ميزان مصرف انرژي و ميزان مصرف كوارتز…………………………………………………………………………………. 51
تركيب شيميايي سيليكون متال متالورژي بر طبق استاندارد ژاپني دانه بندي سيليكون متال فلزي بر طبق استاندارد ژاپني………. 152

.ميزان سيليسيم در آلياژهاي سري 300 را نشان مي دهد………………………………………………………………………………………. 153
154 .ميزان عناصر آلياژي و درصد سيليسيم را در آلياژهاي آلومينيم سري 400 نشان مي دهد آناليز شيميايي و ميزان درصد سيليسيم در آلياژهاي آلومينيم سري 4000 154 آناليز شيميايي و ميزان درصد سيليسيم در آلياژهاي آلومينيم سري 6000………………………… 154

فهرست اشكال

نحوه توليد فروسيليسيم…………………………………………………………………………………………………………………….. 18
تاثير ميزان رطوبت همراه شارژ بر ميزان مصرف انرژي…………………………………………………………………………………….. 53
نماي كلي سيستم غبارگير…………………………………………………………………………………………………………………. 86
رابطه بين نرخ كربن ثابت وبازيابي سيليسيم………………………………………………………………………………………………. 90
فلوچارت مراحل استخراجي معدن سيليس قيدعلي……………………………………………………………………………………. 138
نمونه هايي از سنگ كوارتز كه در توليد سيليكون متال مورد استفاده قرار مي گيرد………………………………………………… 149
شمايي از مراحل مختلف توليد سيليكون متال …………………………………………………………………………………………. 150
اثر درصد چسب 1 برروي بازيابي……………………………………………………………………………………………………………. 163
اثر درصد چسب 2 برروي بازيابي……………………………………………………………………………………………………………. 163
انواع بريكت………………………………………………………………………………………………………………………………………163

 

فصل اول
كليات
1-1- صنعت فروآلياژ
فروآلياژ، آلياژ هايي هستند كه از آهن و يك يا چند عنصر ديگر تشكيل شـده انـد و شـرايط آسـانداخل شدن عنصر يا عناصر مورد نظر به فولاد يا چدن مذاب را فراهم مي كنند. نقش اين عناصر مـي توانـدشامل اكسيژن زدايي و يا ايجاد ساختار مورد نظر و دستيابي به خواص فيزيكـي و شـيميايي مطلـوب بـرايكاربردهاي معين انواع فولاد و چدن باشد.
اين عناصر عبارت اند از سيليسيم. منگنز. كروم. موليبدن. واناديوم. تيتانيوم. كبالت. نيكل و تنگستن.
و …افزودن عناصر فوق الذكر به صورت خالص به آلياژ هاي ( فولاد و چدن ) به دلايل زير انجام نمي شـو د:
[29]
1- توليد بعضي از فلزات به صورت خالص از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نيست.
2- قيمت عناصر آلياژي به شكل خالص بسيار گران و هزينه توليد آنها بسيار زياد است.
3- نقطه ذوب عناصر در حالت خالص بيشتر از حالت آلياژي است . لذا ايجاد دماي مورد نظر براي ذوب عناصر خالص علاوه بر ايجاد هزينه هاي بيشتر براي توليد، مشكلات فني زيادي هم به دنبال دارد و اصولاً استفاده از فروآلياژ ها به طور قابل توجهي آسان تر از افزودن عناصر به صورت خالص است.
بعضي از فرو آلياژ ها نقش جوانه زدايي فاز هاي معيني از جمله گرافيت كـروي و يـا بهينـه سـازي وپالايش ريز ساختار را در آلياژ هاي چدن بازي مي كنند و به ايـن فرو آليـاژ هـا مـواد تلقيحـي يـا جوانـه زا
[29] .مي گويند inoculant
كاربرد عمده فرو آلياژ ها در صنايع توليد انواع چدن و فولاد ريخته گري و الكترودسازي است. از اين رو فروآلياژ ها در توليد فولاد و قطعات ريخته گري فولادي و چدني نقش منحصر به فردي ايفا مـي ك نن ـد لـذاتوسعه ظرفيت توليد فولاد و چدن در ايران مانند ساير كشورها با افزايش مصرف فروآلياژ همراه خواهد بـو د.
بر اين اساس توليد فروآلياژ ها از نظر كمي و كيفي به توليد فولاد و گسترش صـنايع ريختـه گـري وابسـتهاست و هر قدر توليد فولاد و قطعات ريخته گري شده چدن بيشتر باشد نيـاز بـه فروآليـاژ هـا بـه خصـوصفروسيليسيم بيشتر خواهد بود. از آنجا كه توليد فولاد در توسعه اقتصادي نقش مهمي دارد لذا توليد فروآلياژ ها براي اقتصاد ملي از اهميت بسياري برخوردار است. با توجه به اينكه تهيه مواد اوليه و انرژي زا براي توليد فولاد در ايران مشكل زيادي ندارد و هم اكنون (1388) تقريبا معادل كل توليد داخلي محصولات فـولاد ي، متاسفانه از خارج وارد مي شود. مسلما در آينده با راه اندازي و بهره برداري از كارخانه هاي در دست تجهيز توليد فولاد، مصرف فروآلياژها مخصوصا فروسيليسيم در كشور بايد افزايش يابد
در حال حاضر 6 نوع فروآلياژ و اكسيد موليبدن در 19 واحد فروآلياژ و اكسيد موليبدن در ايران توليد مي شوند.
در سال 87 توليد فروآلياژ و اكسيد موليبدن در ايران ( بدون احتساب توليدات 2 واحد كه آمار خود را ارائه نكرده اند) حدود 75 هزار تن بوده است. [29]
1-2- تاريخچه توليد فروآلياژها
به طور كلي فروآلياژها كه سيليكون متال و فروسيليسيم نيز از نظر نحوه توليـد در ايـن رده بنـديقرار مي گيرند تا قبل از سالهاي 1900 ميلادي مانند ذوب كانه هاي آهن يا سنگ هاي منگنز آهـن دار دربوته هاي گرافيتي و در كوره هاي زميني همراه با كك و ساير مواد لازم توليد مي شـون د. محصـولات توليـدشده طبق اين روش از لحاظ كيفي فقط در موارد محدودي ارزش صنعتي داشتند. با اين روش، فروآلياژهايي كه داراي نقاط ذوب بالا بودند، به علت عدم رسيدن به درجه حرارت هاي بـالا محصـولي غيـر همگـن مـيدادند. به عنوان يك راه حل توليد فروآلياژهاي كم عيار مثلا فروسيليسيم 45 درصدي مطرح بودند. بـديهياست كه مقادير توليد شده به اين طريق احتياجات صنايع فولاد سازي را كه در حال گسترش سـريع بودنـدنمي پوشانيد. بنابراين مي بايستي راه هاي ديگري پيدا مي شدند كه توليد بيشتري را همراه با كاهش قيمت تمام شده ميسر سازند. با توجه به اينكه بحث روز توليد آلياژهايي از آهن و يك عنصـر ديگـر بـود. بنـابراينروش هاي توليد فروآلياژ از روش هاي توليد آهن و فولاد نمي توانست دور باشد. تا سـال 1920 آهـ ن خـا م فقط در كوره بلند توليد مي شد. بنابراين در كوره بلند بجاي شارژ كردن كانه هاي آهن خـال ص، كانـه هـايآهن منگنز دار، كروم دار و يا تيتانيم دار جهت توليد فروآلياژها شارژ مي كردند. توليد به ايـن روش جـز در چند مورد نتايج رضايت بخشي نداشت به طوري كه بر مبناي توليد در كوره بلند صنايع عظيمي بر پـا شـد(توليد فرومنگنز و منگنز) ولي توليد ساير فروآلياژها، فروسيليسـيم و سـيليكون متـال در كـوره بلنـد دارايمشكلات بسيار زيادي بود زيرا به سبب ساختمان و نوع كوره بلند نمي توانستند به درجه حرارت هاي بالاي مورد نياز براي احيا و ذوب اغلب فروآلياژها برسند .
با ساخته شدن ژنراتورها و ايجاد صنايع توليد نيروي برق، تاريخچه توليد فروآلياژها تكامل گسترده اي يافت.
كليه عناصري كه بخاطر نقطه ذوب و درجه حرارت احياي بالاي اكسيدهايشان امكان توليد در كوره بلنـد را به راحتي نداشتند در يك كار منظم توسط MOISSAN فرانسوي توليد فروآلياژهـ ا در يـك كـوره قـوسالكتريكي آزمايشگاهي انجام شد. نتايج آزمايشات اين شخص توسـطHEROULT فرانسـوي بـه صـنعتكشانيده شد. ابتدا توليد كاربيد كلسيم 2CaC اين روش، صنعتي شد و سپس سـاير فروآلياژهـا و از جملـهسيليكون متال و فروسيليسيم به توليد صنعتي رسيدند.
به اين ترتيب استفاده از كوره هاي قوس الكتريكي براي توليـد فروس يليسـيم و سـيليكون متـال بـه عنـوانبهترين راه تا امروز(سال 2010) مي باشد.

1-3- توليد فروآلياژ در ايران و جهان
1-3-1- توليد فروآلياژ در جهان
طبق گزارشات موجود در سال 2004 ميلادي حدود 5/22 ميليون تن فروآلياژ در دنيـا توليـد شـدهاست كه به ترتيب كشور هاي چين. آفريقاي جنـوب ي. اوكـراي ن. قزاقسـتان و نـروژ بـا توليـد مجموعـاً 2/17 ميليون تن فروآلياژ به ترتيب رتبه هاي اول تا پنجم و حدود 76 درصد سهم توليد فروآلياژ جهان را به خود اختصاص داده اند.
كشور چين به تنهايي با توليد بيش از 65 /8 ميليون تن فروآلياژ در سـال 2004 حـدود 38 درصـدتوليد جهاني فروآلياژ را در اختيار داشته و سهم ايران در توليد فروآلياژ در سال ( 83 ) حدود 46.0% توليـدجهاني بوده است. [27]

1-3-2- توليد فروآلياژ در ايران
در سال 1388، 6 نوع فروآلياژ و برخي از انواع جوانه زا در 13 واحد توليد فروآلياژ ايران توليد مي شوند مجموع توليد فروآلياژ ايران در سال 84 حدود 112 هزار تن بوده است كه نسبت به سال 83 حدود 8 درصد افزايش داشته است.
با توجه به اينكه ظرفيت اسمي توليد فروآلياژ ايران در سال 84 حدود 156 هزار تن بـوده اسـت لـذابراي توليد فروآلياژ در اين سال فقط از حدود 72 درصد ظرفيت تجهيزات و امكانات موجود استفاده شد. اينك وضعيت توليد هر يك از فروآلياژ ها در ايران بشرح زير مورد بررسي قرار مي گيرد: [27]

فصل دوم فروسيليسيم
2-1-تعريف
سيليسيم فراوانترين عنصر پوسته زمين بعد از اكسيژن مي باشد و در طبيعت معمولاً به صورت كوارتز يافت مي شود. امروزه از سيليسيم در صنعت استفاده هاي گوناگوني شده اما يكـي از آليـاژ هـاي آن كـه كـاربردوسيعي پيدا نموده است فروسيليسيم مي باشد. فروسيليسيم آميژاني است از آهن و سيليسيم كـه از طريـق حرارت دادن، احياء و ذوب سنگ آهن و سيليس توسط كربن در كوره هاي قوس الكتريكي توليد مي شـو د.
فروسيليسيم حاوي درصد هاي مختلف آهن و سيليسيم است كه ميزان سيليسيم موجـود در فروسيليسـيممعمولاً مشخص كننده نوع فروسيليسيم مي باشد. از ميان انواع مختلف فرو سيليسيم، فروسيليسـيمFeSi %75 رايج تر است. كه به طور اسمي حاوي حداقل 75% سيليسيم مي باشـ د. ايـن مـاده در اوايـل سـال
1910 توسط فيزيكدان و شيميدانان سوئدي و آلماني به طور جداگانه توليد شده بود. [3]

2-2- نحوه توليد
پايه توليد فروسيليسيم واكنش هاي كربوترمي است در اينجا بر اساس يكسري واكـنش هـاي احيـائي مـوادشامل سيليس ( سنگ كوارتز ) و اكسيد آهن با افزودن انرژي الكتريكي و مواد احياء كننده شامل كـربن دردماي مناسب احياء شده و فروسيليسيم توليد مي شود. در اين فرآيند مواد اوليه اعم از سنگ سـيليس دانـهبندي شده و پوسته اكسيدي به همراه مواد احياء كننده نظير ذغال سنگ. كك و ذغال چوب از طريق انبـارهاي روزانه توسط سيستم انتقال مواد وارد كوره ذوب مي شوند. اين شارژ توسـط الكتـرود هـايي بـ ا شـدتجريان حـدود اً 120 كيلـو آمپـر و در دمـايي حـدو د 2500 درجـه سـانتيگراد و طـي يـك پروسـه الكتـرومتالورژيكي احياء و ذوب مي شود. عمليات ذوب ريزي در كارخانه صنايع فروآلياژ ايران به طور متوسـط هـردو ساعت يك بار انجام و فروسيليسيم توليدي پس از تخليه در بستر هاي مخصوص منجمد شـد ه و پـس ازسرد شدن توسط سنگ شكن خرد و با دانه بندي هاي متفاوت به صورت فله و يا در كيسه هاي بيـگ بـگروانه بازار مي گردد. [3]

شكل2-1- نحوه توليد فروسيليسيم [3]

2-3- فرآيند توليد
شارژ كوره: سنگ سيليس دانهبندي شده (125 -25 ميليمتر) در كارخانه ازنا و سمنان همراه با زغال سنگ دانهبندي شده (15-5 ميليمتر) ،كك (20 -5 ميليمتر) ،زغال چوب (80-10 ميليمتر) و پوسته اكسيدي آهن از طريق انبارهاي روزانه و توسط سيستمهاي انتقال مواد وارد كوره ذوب قوس الكتريكي ميگردد.
احيا و ذوب: اين شارژ توسط الكترودهاي گرافيتي با شدت جريان حدود 120000 آمپر و در دمايي حدود 2500 درجه سانتيگراد و طي يك پروسه الكترومتالورژيكي در منطقه حفرههاي واكنشي احياء و ذوب ميشوند.
بارگيري و حمل مذاب: عمليات ذوب گيري در كارخانه ازنا به طور متوسط هر 2 ساعت يكبار و از طريق دهانه كوره قوس الكتريكي تخليه انجام ميشود .سوراخ كردن دهانه بارگيري به وسيله قوس الكتريكي و يا دريل هواي فشرده انجام ميشود .با توجه به فواصل زماني بارگيري، ظرفيت پاتيل حداقل 5.2 متر مكعب است. پاتيل مورد استفاده كه از يك پوسته فولادي و جداره نسوز داخلي به ارتفاع 3.2 و قطر متوسط 9.1 متر ساخته شده، حدود 3 متر مكعب حجم مفيد دارد. براي جابجايي پاتيل از يك واگن و يك جرثقيل سقفي استفاده ميشود .حداكثر وزن پاتيل با مذاب حدود 23 تن است كه حداقل ظرفيت 25 تن را براي جرثقيل و واگن ايجاب ميكند .پس از پر شدن پاتيل دهانه بارگيري مجدداً با پرتاب و كوبش مواد كربني بسته ميشود .[2و34]

2-4-كاربرد
كاربرد هاي اصلي و اساسي فروسيليسيم در صنايع ريخته گري و توليد فولاد به صورت زير است:

1- اكسيژن زدا: فروسيليسيم در صنايع توليد فولاد به عنوان اكسيژن زدا كاربرد عمده دارد.
2- جوانه زا: به علت گرافيت زائي بالاي سيليسيم، فروسيليسيم به عنوان جوانه زا در توليد انواع چـدنهاي خاكستري كاربرد دارد.
3- عنصر آلياژي: سيليسيم يكي از عناصـر آليـاژي مهـم در آليـاژ هـاي آهنـي و غيـر آهنـي اسـت ازفروسيليسيم براي افزودن سيليسيم به چدن يا فولاد آلياژي استفاده مي كنند .
4- توليد فولاد هاي نسوز.
5- ماده احياء كننده در توليد ساير فروآلياژ ها. وقتي فروسيليسيم در ريخته گري فولاد مورد اسـتفادهقرار مي گيرد استحكام. سختي. الاستيسيته و قابليت مغناطيسي آن افزايش مي يابـ د. بـا افـزودنفروسيليس به مذاب همچنين مي توان از تشكيل كاربيد هاي ناخواسته جلوگيري شود.
6- صنايع شيميايي
البته در حال حاضر استفاده عمده فروسيليس در ايران براي اكسيژن زدايي فولاد در پاتيل فولاد بر و جوانـهزايي در ريخته گري چدن هاي خاكستري، استفاده به عنوان عنصر آلياژي در فولادهاي آليـاژي مـي باشـد.
[3]

2-5-توليد فروسيليسيم در شركت صنايع فروآلياژ ايران
از آنجايي كه در ميان فروآلياژ ها فروسيليسيم بيشترين مصرف در صنعت را داراست شركت صنايع فروآليـاژايران با هدف توليد فروسيليسيم به عنوان تامين كننده يكي از مواد اوليه صنايع توليد فولاد و چدن در سال 1365 تاسيس شد. عمليات اجرايي اين فاز كه از سال 1368 آغاز شده بود در اسفند ماه سال 1372 رسماً افتتاح گرديد اين كارخانه در زميني به مساحت 53 هكتار و در نزديكي شهر ازنا يكي از شهر هـاي لرسـتانقرار دارد.
از مهم ترين دلايل راه اندازي كارخانه در اين شهر بشرح زير است:

1-وجود منابع غني سيليس به عنوان يكي از مهم ترين مواد اوليه توليد فروسيليس.
2- نزديكي به مراكز توليد فولاد كشور.
3- استفاده از حمايت هاي دولت براي ايجاد صنايع زير بنايي در مناطق محروم.
ظرفيت سالانه كوره قوس الكتريكي فاز اول اين كارخانه حدوداً 25000 تن فروسيليسيم بود كه بـر اسـاساين تناژ حدود 7000 تن ميكروسيليكا به عنوان محصول جانبي توليد مي گردد. در سال 1389 اين شركت به عنوان يكي از بزرگترين توليد كنندگان و صادر كنندگان فروسيليسـيم و ميكروسـيليكا در ايـران مطـرح مي باشد.
در سال 1387 طرح توسعه اين شركت نيز بـا هـدف توليـد سيليسـيم فلـزي و بـالا بـردن ظرفيـت توليـدفروسيليسيم با احداث دو واحد كوره در دست اجرا بـوده ك ـه تجهيـزا ت دسـت دو م آن در سـال 1375 از كشور آلمان خريداري شده است.
با راه اندازي پروژه طرح و توسعه ظرفيت فروسيليسيم حدوداً به 45000 تن در سال و ظرفيت ميكروسيليكا نيز حدوداً به 15000 تن افزايش يافته است. يكي از دو كوره موجود در برنامه طرح و توسـعه كـوره اي بـاتوان حدوداً 5/18 مگا وات براي توليد سيليسيم فلزي مي باشد كه در آينده نزديك به بهره برداري خواهـدرسيد. لازم به ذكر است كه كاربرد عمده اين ماده در متالورژي فلزات غير آهني و نيـز صـنايع شـيميايي درتوليد انواع سيليكون ها و سيلان ها براي صنعت آلومينيوم و همچنـين صـنايع الكترونيكـي (سـاخت نيمـههادي ها) و صنايع توليد باتري خورشيدي مي باشد. از سال 1388 دو كوره خريداري شده به مرحله توليـ د فروسيليسيم رسيده اند.[3]
فروسيليسم يك آميژان متشكل از آهن و سيليسيم با نسبت هاي مختلف آهن و سيليسيم مي باشد كـه بـهطور كلي نسبت تركيبي آن شامل 10-90 درصد سيليسيم و بقيـه آهـن اسـت. در جـدول 2-1 خـواص ومشخصات انواع مختلف اين آميژان آورده شده است. رايج ترين نوع فروسيليسـيمFeSi75 مـي باشـد كـهشامل 75 درصد وزني سيليسيم مي باشد. اين آلياژ بنا به كاربردهاي متفاوتي كه داراست مي تواند با درصد هاي متفاوتي از Si مورد استفاده قرار مي گيرد.


 مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان