การเลือกเฟอร์โรแมงกานีสและแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตเหล็กกล้า

เฟอร์โรแมงกานีสเป็นโลหะผสมเฟอร์โรที่มีการใช้มากเป็นอันดับสองในการผลิตเหล็กกล้าทั่วโลกรองจากเฟอร์โรซิลิกอน โดยมีปริมาณการใช้ประจำปีเกิน 15 ล้านเมตริกตัน เหล็กกล้าเกรดพาณิชย์ทุกเกรดมีแมงกานีส — โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 0.30% ในเหล็กกล้าโครงสร้างธรรมดาไปจนถึงมากกว่า 13% ในเหล็กกล้าทนต่อการสึกหรอแมงกานีสออสเตนิติก — และเฟอร์โรแมงกานีสเป็นแหล่งที่ประหยัดและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการนำธาตุที่จำเป็นนี้เข้ามา การเลือกเกรดเฟอร์โรแมงกานีสที่ถูกต้องและการนำไปใช้ด้วยแนวปฏิบัติการเติมที่เหมาะสมส่งผลกระทบโดยตรงต่อการควบคุมองค์ประกอบเหล็กกล้า ต้นทุนการผลิต และคุณภาพผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

เกรดเฟอร์โรแมงกานีสทั้งสามแยกความแตกต่างกันโดยหลักจากปริมาณคาร์บอน ซึ่งกำหนดการใช้งานที่เหมาะสม เฟอร์โรแมงกานีสคาร์บอนสูง (HC FeMn) มีคาร์บอน 6–7% พร้อมแมงกานีส 65–80% ทำให้เป็นเกรดที่ประหยัดที่สุดสำหรับเหล็กกล้าที่การเพิ่มคาร์บอนเป็นที่ยอมรับหรือต้องการ — ซึ่งรวมถึงเหล็กกล้าโครงสร้างคาร์บอนและโลหะผสมต่ำส่วนใหญ่ เฟอร์โรแมงกานีสคาร์บอนกลาง (MC FeMn) ที่มีคาร์บอน 1–1.5% และแมงกานีส 75–85% ใช้สำหรับเกรดเหล็กกล้าที่ต้องการการควบคุมคาร์บอนที่เข้มงวดขึ้น เฟอร์โรแมงกานีสคาร์บอนต่ำ (LC FeMn) ที่มีคาร์บอน ≤0.5% และแมงกานีส 80–90% สำรองไว้สำหรับเกรดเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำพิเศษ ความแตกต่างของราคาระหว่างเกรดเหล่านี้มีนัยสำคัญ — HC FeMn มักถูกกว่า LC FeMn 30–40% ต่อหน่วยแมงกานีส

แมงกานีสทำหน้าที่พื้นฐานสองประการในการผลิตเหล็กกล้า: การขจัดออกซิเจนและการผสมโลหะ ในฐานะตัวขจัดออกซิเจน แมงกานีสทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่ละลายอยู่เพื่อสร้างแมงกานีสออกไซด์ (MnO) ซึ่งมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าซิลิกา (SiO₂) หรืออะลูมินา (Al₂O₃) จุดหลอมเหลวที่ต่ำกว่านี้หมายความว่า MnO รวมตัวกับผลิตภัณฑ์การขจัดออกซิเจนอื่นๆ ได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างสิ่งเจือปนตะกอนที่มีจุดหลอมเหลวต่ำซึ่งสามารถกำจัดได้ง่ายโดยการลอยตัว ด้วยเหตุนี้แมงกานีสจึงเป็นตัวขจัดออกซิเจนตัวแรกเกือบเสมอที่ถูกเติม การขจัดออกซิเจนด้วยแมงกานีสทั่วไปช่วยเพิ่มอัตราการได้คืนของตัวขจัดออกซิเจนในลำดับถัดไป 10–20% ในทางปฏิบัติ ผู้ผลิตเหล็กกล้าส่วนใหญ่บรรลุการขจัดออกซิเจนและการผสมโลหะด้วยแมงกานีสพร้อมกัน

ผลงานการผสมโลหะของแมงกานีสนั้นกว้างขวางและมีการบันทึกไว้อย่างดี ในสารละลายแข็ง แมงกานีสให้การเสริมความแข็งแกร่งประมาณ 5–6 MPa ของค่ากำลังครากต่อการเติมแมงกานีส 0.1% ผ่านการเสริมความแข็งแกร่งสารละลายแข็งและการละเอียดเม็ด ในเหล็กกล้า HSLA ปริมาณแมงกานีส 1.0–1.7% ทำงานร่วมกับตะกอนไมโครผสมเพื่อให้ค่ากำลังคราก 350–690 MPa ขณะรักษาความสามารถในการเชื่อมที่ยอดเยี่ยม

เส้นทางการผลิตเหล็กกล้ามีอิทธิพลอย่างมากต่อแนวปฏิบัติการเติมเฟอร์โรแมงกานีสและอัตราการได้คืน ในเตาออกซิเจนพื้นฐาน (BOF) HC FeMn มักถูกเติมระหว่างการเทด้วยอัตรา 5–15 กก. ต่อตันเหล็กกล้า โดยมีอัตราการได้คืน 85–95% ในเตาไฟฟ้าอาร์ก (EAF) เฟอร์โรแมงกานีสสามารถเติมพร้อมเศษเหล็กหรือเติมลงในทัพลายระหว่างการเท โดยมีอัตราการได้คืน 90–98%

ข้อกำหนดคุณภาพสำหรับเฟอร์โรแมงกานีสเกินกว่าปริมาณแมงกานีสและคาร์บอนพื้นฐาน ฟอสฟอรัสเป็นสิ่งเจือปนที่สำคัญที่สุด — ไม่สามารถกำจัดได้ระหว่างการผลิตเหล็กกล้าและสะสมในเหล็กกล้ารีไซเคิล รูปร่างทางกายภาพของโลหะผสมก็สำคัญเช่นกัน: ขนาดก้อน 10–100 มม. เป็นมาตรฐานสำหรับการเติม BOF และ EAF

เมื่อประเมินซัพพลายเออร์เฟอร์โรแมงกานีส โรงงานเหล็กกล้าควรพิจารณาหลายปัจจัยนอกเหนือจากราคาพื้นฐานต่อตัน ข้อตกลงการจัดหาระยะยาวกับผู้ผลิตโลหะผสมเฟอร์โรที่มีคุณสมบัติเหมาะสมให้ค่าที่สม่ำเสมอที่สุดในช่วงเวลาหนึ่ง