فولاد چگونه استحکام می‌یابد یا مواد شیمیایی مانند سیلیکون چگونه تولید می‌شوند؟ این راز در ماده‌ای به نام فروسیلیس نهفته‌است. فروسیلیس ممکن است کمی ناشناخته باشد اما یکی از مهم‌ترین آلیاژهای صنعت برای ساخت فلزات، مواد شیمیایی، الکترونیک و دیگر کاربردها است؛ به همین دلیل سالانه بیش از 5 میلیون تن فروسیلیس ساخته می‌شود. فروسیلیس ارزش بالقوه بالایی دارد و درک اینکه فروسیلیس چیست؟ و کاربردهای فروسیلیس در صنعت‌های مختلف چیست؟ برای تمامی فعالان صنعت‌های مختلف مهم است.

در این مقاله با معرفی فروسیلیس به سراغ کاربردهای آن در فولادسازی، سنتز شیمیایی، ساخت‌وساز، ریخته‌گری و… خواهیم پرداخت و بررسی خواهیم که صنعت بزرگ سیلیکون چگونه از این ماده بهره می‌برد. پس از بررسی کاربردهای فروسیلیس در صنعت‌های مختلف به بررسی بازار تولید و فرصت‌های این ترکیب خواهیم پرداخت.

فروسیلیس چیست؟

فروسیلیس، فروآلیاژی است که از ترکیب آهن و سیلیکون به‌دست می‌آید. این ترکیب بیشتر از سیلیکون ساخته شده و مابقی آن را آهن تشکیل می‌دهد؛ البته به‌طور معمول مقدار بسیار کمی از موارد دیگر مانند کربن، منگنز، فسفر، تیتانیوم و آلومینیوم هم در ساخت فروسیلیس به کار می‌رود.

فروسیلیس از کوارتزیت یا ماسه با آهن در کوره قوس الکتریکی تولید می‌شود. سیلیکون موجود در کوارتز به فلز سیلیکون تبدیل شده که سپس با آهن مذاب آلیاژ می‌شود.

فروسیلیس با مقدار بالای سیلیکون خود خواص منحصر به فردی را به فولاد و چدن می‌دهد. کاربردهای فروسیلیس در صنایع مختلفی است اما به‌طور گسترده‌ای در صنایع متالورژی و ریخته‌گری استفاده می‌شود. فروسیلیس همچنین در فرآیندهای شیمیایی مختلف و کاربردهای جدید مانند فتوولتائیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ویژگی‌ها، فروسیلیس را به یک ماده ضروری برای بسیاری از صنایع تبدیل می‌کند.

 فروسیلیس چگونه تولید می‌شود؟

همان طور که در بالا ذکر شد، فروسیلیس با استفاده از سنگ کوارتز یا ماسه و سنگ آهن در یک کوره قوس الکتریکی غوطه‌ور تولید می‌شود. کوارتزیت و سنگ آهن از بالای کوره وارد می‌شوند و همچنین الکترودهای کربن از پایین وارد کوره می‌شوند تا فرایند تولید صورت بگیرد.

دمای بالا در حدود 1650 تا 2000 درجه سانتیگراد باعث می‌شود کوارتزیت به فلز سیلیکون تبدیل شود. سیلیکون بلافاصله با آهن ذوب شده از سنگ آهن واکنش داده و تولید می‌شود.

فرآیند ذوب به مقدار زیادی انرژی الکتریکی نیاز دارد. کوره‌های فروسیلیس معمولی توان مصرفی 18000 تا 56000 کیلو وات دارند. گرمای شدید الکترودهای کربنی را به سرعت به اتمام می‌رساند، بنابراین برای حفظ قوس باید به‌طور مداوم به کوره اضافه شوند.

محتوای سیلیکون فروسیلیس را می‌توان با تنظیم نسبت کوارتزیت به سنگ آهن کنترل کرد. گریدهای سیلیکونی بالاتر به کوارتزیت بیشتری نیاز دارند. پس از ذوب، فروسیلیس مذاب از کوره خارج شده و به‌صورت شمش یا گرانول در می‌آید. محصول تولید شده خرد شده و برای حمل به کارخانه‌های فولاد و ریخته‌گری آماده می‌شوند.

برای مشاهده لیست قیمت روز خرید و فروش فروسیلیس و ارتباط با تولیدکنندگان و فروشندگان انواع فروسیلیس روی لینک کلیک کنید.

کاربردهای عمده فروسیلیس در صنعت‌های مختلف

کاربردهای صنعتی فروسیلیس در تولید فولاد

فولادسازی تقریباً 80 درصد از مصرف فروسیلیس در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد. فروسیلیس برای افزودن سیلیکون به فولاد و حذف ناخالصی‌های گوگرد و اکسیژن استفاده می‌شود. سیلیکون در فولاد استحکام، سختی پذیری و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می‌بخشد. به‌طور معمول 0.5 تا 1.5 درصد سیلیکون به فولاد اضافه می‌شود. برخی انواع فولاد درصد بالاتری را در خود دارند.

فروسیلیس یک ماده ایده آل و اقتصادی برای وارد کردن سیلیکون به فولاد مذاب است. در طول فرایند ساخت فولاد، فروسیلیس اضافه می‌شود تا سیلیکون توسط فلز جذب شود. سیلیکون حاصل شده خواص فولاد تولید شده را بهبود می‌بخشد. کاربردهای صنعتی فروسیلیس در فولادسازی بسیار گسترده‌است، زیرا فولاد برای ساخت و ساز، زیرساخت، حمل و نقل و کالاهای مصرفی ضروری است.

کاربردهای صنعتی فروسیلیس در گوگردزدایی فولاد

گوگرد یک ناخالصی مضر در فولاد است. این ترکیب سولفید شکننده تولید می‌کند که شکل‌پذیری و انعطاف‌پذیری را کاهش می‌دهد. هنگامی که فروسیلیس به فولاد اضافه می‌شود، با گوگرد واکنش می‌دهد و ترکیبات بی‌ضرر سیلیکون و سولفید آهن را تشکیل می‌دهد که از فولاد شناور می‌شوند. این اثر گوگردزدایی کیفیت فولاد را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد. توانایی فروسیلیس برای حذف گوگرد یک کاربرد صنعتی کلیدی است که تولید فولاد قوی را امکان‌پذیر می‌کند. فولاد بدون گوگرد قوی‌تر، سخت‌تر و برای کاربردهای صنعتی مناسب است.

کاربردهای صنعتی فروسیلیس در تولید چدن

سیلیکون گرافیتی شدن کربن را افزایش می‌دهد، سیالیت را بهبود می‌بخشد، انقباض را کاهش می‌دهد و دمای ذوب را کاهش می‌دهد. فروسیلیس به‌طور گسترده‌ای برای وارد کردن 1.5 تا 3 درصد سیلیکون به چدن‌ها استفاده می‌شود. سیلیکون موجود در فروسیلیس ریزساختار چدن‌ها را اصلاح می‌کند تا خواصی مانند استحکام کششی، سختی، الاستیسیته، هدایت حرارتی و سهولت ماشینکاری را افزایش دهد. چدن کاربردهای صنعتی عمده‌ای در قطعات خودرو، لوله‌ها و مصالح ساختمانی دارد. استفاده از فروسیلیس باعث بهبود عملکرد و کیفیت محصولات چدنی می‌شود.

کاربردهای صنعتی فروسیلیس در تولید آلیاژ

فروسیلیس همچنین در تولید آلیاژهای مختلف از جمله منیزیم، آلومینیوم و برنز سیلیکون استفاده می‌شود. در آلیاژ منیزیم، فروسیلیس اثرات منفی ناخالصی‌های آهن را حذف می‌کند. ناخالصی‌های آهن معمولاً آلیاژهای منیزیم را شکننده می‌کنند. افزودن فروسیلیس به منیزیم آهن را از بین می‌برد و شکل‌پذیری را بهبود می‌بخشد.

سیلیکون موجود در فروسیلیکون به‌عنوان یک عامل تقویت کننده در آلومینیوم و سیلیکون برنز عمل می‌کند و سختی و مقاومت در برابر سایش را افزایش می‌دهد. افزودنی‌های فروسیلیس همچنین ویژگی‌های جریان و قابلیت ریخته‌گری برنز مذاب را بهبود می‌بخشد. این آلیاژهای بهبود یافته در قطعات خودرو و هوافضا بکار می‌روند. همچنین، برنزهای تقویت شده از اجزای ضروری شیرها و بوشینگ‌ها هستند.

سایر کاربردهای فروسیلیس در صنعت‌های مختلف

جدا از کاربردهای متالورژیکی، فروسیلیس در صنایع شیمی، الکترونیک، ساخت و ساز، خودروسازی و انرژی کاربرد دارد. به‌عنوان مثال، برای تولید سیلیکون و سیلیس استفاده می‌شود. فروسیلیس با خلوص بالا به‌عنوان یک ماده خام برای صنایع شیمیایی برای تولید ترکیبات مختلف سیلیکون عمل می‌کند. در صنعت خودرو از فروسیلیس در تولید موتور استفاده می‌شود. سیلیکون مقاومت در برابر سایش را بهبود می‌بخشد. فروسیلیس همچنین کاربردهای نوظهوری در فتوولتائیک به‌عنوان منبع سیلیکون برای سلول‌های خورشیدی دارد. تحقیقات در حال انجام برای کشف کاربردهای صنعتی جدید برای این ماده همه کاره ادامه دارد.

فروسیلیس در صنعت متالورژی

فروسیلیس به متالورژها امکان افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌ها را می‌دهد. به‌عنوان مثال، افزودنی‌های فروسیلیس با کاهش نقطه ذوب فلزات و آلیاژها، ذوب را تسریع می‌کنند. سیلیکون به‌عنوان یک شار عمل می‌کند که سیال بودن فلز مذاب را بهبود می‌بخشد، واکنش‌پذیری را افزایش می‌دهد و امکان پردازش سریع‌تر را فراهم می‌کند.

علاوه بر این، ظرفیت گوگرد زدایی قدرتمند فروسیلیس یک فرآیند متالورژیکی مهم است که تولید فولاد با کیفیت را قابل دوام می‌کند. گوگرد به‌شدت خواص مکانیکی فولاد را تخریب می‌کند. اما فروسیلیس از طریق تشکیل ترجیحی ترکیبات سیلیکون و سولفید آهن، گوگرد را حذف می‌کند. بدون فروسیلیس، ناخالصی‌های گوگرد در فلزات باقی می‌ماند و استفاده صنعتی آنها را مختل می‌کند.

افزودن مقادیر کنترل شده سیلیکون از طریق فروسیلیس، ترکیب فلزات و آلیاژها را برای دستیابی به ترکیبات برتری از نظر سختی، استحکام، شکل‌پذیری، کشسانی و سایر خواص ممکن می‌سازد. در فولاد، سیلیکون حاصل از فروسیلیس، سختی پذیری را افزایش می‌دهد و بدون کاهش شکل‌پذیری، استحکام را بهبود می‌بخشد. در چدن‌، سیلیکون باعث ایجاد گرافیت می‌شود که استحکام را بهبود می‌بخشد. آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم، مس و نیکل نیز از افزودن سیلیکون با استفاده از فروسیلیس بهره می‌برند. سیلیکون ترکیباتی را تشکیل می‌دهد که با جلوگیری از حرکت نابجایی، ماده آن را تقویت می‌کند. این از شکنندگی جلوگیری می‌کند و خواص مفیدی مانند استحکام در دمای بالا را به وجود می‌آورد.

فروسیلیس در صنایع شیمیایی

سیلیکون به‌دست آمده از فروسیلیس را می‌توان به سیلیکون عنصری، سیلیکون‌ها، سیلیس و مواد شیمیایی صنعتی مختلف تبدیل کرد. فروسیلیس با خلوص بالا حاوی 98-99 درصد سیلیکون به رآکتورهای شیمیایی وارد می‌شود و برای تولید ترکیبات مفید سیلیکونی تحت واکنش قرار می‌گیرد. محتوای سیلیکون بالا و قابلیت کنترل ناخالصی، فروسیلیس را به یک ماده اولیه ایده‌آل تبدیل می‌کند.

سیلان‌های هالوژنه واسطه‌های ضروری در تولید فیبرهای نیمه هادی و نوری هستند. آن‌ها از واکنش فروسیلیس با هالوژن‌هایی مانند کلر تولید می‌شوند. پیوندهای سیلیکون-کلر، ویفرهای سیلیکونی را برای ایجاد محصولات نیمه هادی امکان‌پذیر می‌کند. سیلان‌های فلوئوردار به تولید شیشه سیلیکا خالص مورد نیاز برای فیبر نوری که زیربنای ارتباطات است، کمک می‌کند.

کاربردهای فروسیلیس در صنعت‌های مختلف فراوان است و هزاران ترکیب سیلیکونی دیگر در صنایع مختلف با استفاده از فروسیلیس به‌عنوان منبع سیلیکون سنتز می‌شوند. به‌عنوان مثال می‌توان به ژل‌های سیلیکا، روغن‌ها و رزین‌های سیلیکون، کاربید سیلیکون و لاستیک‌های سیلیکونی اشاره کرد. واکنش همه کاره سیلیکون در فروسیلیکون آن را به یک ماده خام ایده آل برای صنایع شیمیایی تبدیل می‌کند. از وسایل الکترونیکی گرفته تا ساخت‌وساز و محصولات مصرفی، مواد شیمیایی مشتق‌شده از فروسیلیس، زندگی مدرن را تشکیل می‌دهند.

صنایع عمده‌ای که از فلزات و آلیاژهای تقویت شده با فروسیلیکون استفاده می‌کنند عبارتند از:

ساخت و ساز – فولادهای سازه‌ای و میلگردهای حاوی سیلیکون از فروسیلیس، دارای تعادل بهینه مقاومت و شکل‌پذیری مورد نیاز برای ساختمان‌ها، پل‌ها و زیرساخت‌ها هستند.

خودرو – موتورها، میل لنگ و چرخ‌دنده‌ها برای افزایش مقاومت در برابر سایش و ظرفیت تحمل بار به فلزات فرآوری‌شده با فروسیلیکون متکی هستند.

هوافضا – بدنه هواپیما و اجزای موتور از آلیاژهای سبک وزن منیزیم و آلی حاوی فروسیلیس برای مقاومت در برابر فرسایش و شکستگی استفاده گسترده‌ای می‌کنند.

انرژی – لوله‌های حفاری، پوشش چاه‌ها و سایر تجهیزات نفت و گاز از فولادهای میکرو آلیاژی فروسیلیکون بهره می‌برند.

نتیجه‌گیری

فروسیلیس ماده‌ای ضروری است که طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی را از طریق سیلیکون خود کمک می‌بخشد. صنعت متالورژی برای تولید فولادها، آهن‌ها و آلیاژهای باکیفیت به‌شدت به فروسیلیس وابسته‌است.  فروسیلیکون همچنین برای تولید مواد شیمیایی مبتنی بر سیلیکون بسیار ضروری است. کاربردهای فروسیلیس در صنعت‌های مختلف و بکارگیری‌های مختلف از جمله در الکترونیک، سلول‌های خورشیدی، بتن‌های ویژه، آلیاژهای هوافضا و قطعات خودرو دیده می‌شود. همچنین کاربردهای متنوع فروسیلیس، نقش مهم آن را در بسیاری از فناوری‌های ضروری که امروزه به آن‌ها متکی هستیم، برجسته می‌کند.