Ferromangan med højt kulstofindhold er arbejdshestens mangantilsætning i stålfremstilling og jernstøbning. Det har et højt manganindhold med et kulstofindhold på omkring 6 % til 8 %, hvilket gør det billigt pr. enhed mangan, men uegnet, hvor lavt kulstof er påkrævet. Dens hovedopgaver er deoxidation af smeltet stål, svovlkontrol, legering med mangan og korrektion af manganniveauer i støbejern.
Hvad er ferromangan med højt kulstofindhold
Mangan alene smelter ved omkring 1244 grader og dets oxid er svært at reducere, så det tilsættes næsten aldrig stål som det rene metal. I stedet introduceres det som en jernlegering, der let opløses i flydende stål. Ferromangan er en skør legering, der ikke kan bruges som et strukturelt materiale; det er til for at blive smeltet til noget andet. Karakterer er normalt beskrevet med to tal, det mindste manganindhold og det maksimale kulstofindhold, for eksempel FeMn78C8.0 eller FeMn74C7.5, og den samme konvention løber gennem GB/T 3795 og ISO 5446.
| Ejendom | Typisk højt kulstofområde | Kommentar |
|---|---|---|
| Mangan | 74 % til 82 % | Højere mangan giver lavere fragt- og slaggeomkostninger pr. enhed |
| Kulstof | 6,0 % til 8,0 % | Karakterfamiliens definerende træk |
| Silicium | 1,0 % til 2,0 % maks | Stiger, når ovnen køres med en mere reducerende ladning |
| Fosfor | 0,20 % til 0,35 % maks | Kontrolleret, fordi manganmalm er den vigtigste fosforbærer |
| Svovl | 0,03 % maks | Normalt lav; svovl kommer hovedsageligt ind fra koks |
| Klump størrelse | 10 til 50 mm, 10 til 100 mm | Bøder frasorteres for at kontrollere opløsningshastighed og støv |
Produktet fremstilles enten i en højovn eller, mere almindeligt i dag, i en nedsænket lysbueovn med koks som reduktionsmiddel. Elektriske ovne har en tendens til at nå højere mangan og lavere fosfor end højovnskvaliteter, hvorfor de foretrækkes til krævende stålkvaliteter.
Deoxidation og afsvovling i stålfremstilling
Mangan tilsættes næsten hvert ton stål fremstillet. Som et deoxidationsmiddel kombineres det med opløst ilt og danner manganoxid, men dets vigtigere funktion er kontrollen af svovl. Svovl i stål danner jernsulfid, som har et lavt smeltepunkt og adskiller sig til korngrænser under størkning, hvilket forårsager varm korthed og revner under valsning. Mangan har en stærkere affinitet til svovl end jern gør, så det danner mangansulfid i stedet.
Mangansulfid smelter ved en meget højere temperatur end jernsulfid, så det forbliver fast og fordeles som harmløse indeslutninger snarere end som en flydende film ved korngrænser.
Forholdet mellem mangan og svovl i smelten skal holdes højt nok til at skubbe reaktionen mod mangansulfid; en almindeligt anvendt arbejdsguide er et vægtforhold på omkring tre til én i det færdige stål.
Fordi kulstof hæver iltpotentialet, tilsættes ferromangan med højt kulstofindhold normalt under tapning eller i øsen i stedet for til allersidst af en fuldstændig dræbt varme, således at kulstoffet, det bærer, kan håndteres af processlaggen.
Den samme kemi gør ferromangan nyttig i støberiet: det fjerner ilt og hjælper med at kontrollere svovl i smeltet jern, hvilket forbedrer støbegodheden og overfladekvaliteten.
Legering: Mangan som en bevidst tilføjelse
Efter deoxidation er det resterende mangan et legeringselement i sig selv. Mangan øger hærdbarheden, forbedrer sejheden efter varmebehandling og er en austenitstabilisator. Tre områder dominerer dets anvendelse:
| Anvendelse | Typisk mangan niveau | Formål |
|---|---|---|
| Konstruktions- og kulstofstål | 0,5 % til 1,6 % | Styrke, hærdbarhed, svovlkontrol |
| Skinne- og slidbestandigt-stål | 1,0 % til 1,5 % | Hårdhed og modstandsdygtighed over for slibende slid |
| Højt-austenitisk manganstål | 11 % til 14 % | Arbejds-hærdningsadfærd for knuserforinger, sporskiver og stødplader |
Den høje-mangan austenitiske familie er det mest karakteristiske tilfælde. Tilsætning af kulstof sammen med 11 % til 14 % mangan stabiliserer austenit ved stuetemperatur, hvilket giver et stål, der er relativt blødt i brug, men som hærder hurtigt under stød. Den kombination er grunden til, at den bruges til knuserkæber og kegler, jernbaneoverskæringer og hammermøllekomponenter, hvor slid og stødbelastning opstår sammen.
Støbejern: Mangankorrektion, ikke podning
Ved jernstøbning bruges ferromangan hovedsageligt til at korrigere eller hæve manganindholdet i jernet og til at øge perlit i matrixen, hvilket forbedrer styrke og hårdhed. Det er værd at adskille dette fra ægte podning. Grafitiserende podemidler er siliciumbaserede, normalt ferrosilicium, ofte med calcium-, barium- eller zirconiumtilsætninger, og deres funktion er at fremme gunstig grafitmorfologi, reducere kulde og øge eutektisk celletal. Ferromangan grafitiserer ikke; tilsat i overskud gør det det modsatte og fremmer karbider og afkøling.
Den praktiske regel i støberiet er derfor at behandle mangan som en legerings- og metallurgisk korrektion, og at kontrollere det inden for det område, som støbeafsnittet og specifikationen tillader. Mangan i støbejern påvirker også svovlbalancen, så tilsætninger bør planlægges sammen med ladningens svovlniveau frem for isoleret.
Den silikotermiske rute og andre anvendelser
Fremstilling af ferromangan med lavt kulstofindhold: smeltet silicomangan bruges som reduktionsmiddel i den silikotermiske proces, som omdanner manganmalm til ferromangan med lavt kulstofindhold i en rysteske eller omformer.
Manganmetal: Høje kulstofkvaliteter raffineres yderligere til elektrolytisk manganmetal og til mangan med lavt kulstofindhold til ikke--jernlegering.
Aluminium og kobberlegeringer: Mangan forbedrer korrosionsbestandighed og mekaniske egenskaber, selvom de højere kulstofferromangankvaliteter for det meste forbruges opstrøms for at lave de kulstoffattige manganenheder, som disse legeringer har brug for.
Fremstilling af forbrugsstoffer til svejsning: Mangan er en standardlegeringskomponent i elektrodebelægninger og trådmateriale.
Små volumen kemikalier og specialanvendelser, hvor mangan er påkrævet i en kontrolleret, oxidisk eller legeret form.
Den underliggende årsag til, at ferromangan overhovedet eksisterer, er værd at sige klart og tydeligt: Manganoxid er svært at reducere, og rent mangan er svært at udvinde, hvorimod jernlegeringen smelter let i flydende stål og derfor kan tilsættes direkte til gryden eller ovnen. De fleste deoxidations- og legeringstilsætninger i stålfremstilling er lavet i ferrolegeringsform af netop den grund.
FAQ
Q: Hvad bruges ferromangan med højt kulstofindhold til?
A: Det bruges som mangantilsætning og deoxideringsmiddel i stålfremstilling, som svovl-kontrolmiddel og til at korrigere mangan i støbejern og til legering af manganstål.
Q: Hvorfor skal mangan tilsættes stål for at kontrollere svovl?
A: Mangan danner mangansulfid i stedet for jernsulfid. Fordi mangansulfid har et meget højere smeltepunkt, forbliver det fast i stedet for at danne en lav-film ved korngrænser, som ville forårsage revner under varmvalsning.
Q: Hvilket manganindhold indeholder ferromangan med højt kulstofindhold?
A: Standardkvaliteter bærer omkring 74 % til 82 % mangan med 6 % til 8 % kulstof og identificeres i de fleste standarder med en betegnelse, der angiver minimum mangan og maksimum kulstof.
Spørgsmål: Er ferromangan med højt kulstofindhold et podemiddel til støbejern?
A: Nej. Podemidler til støbejern er siliciumbaserede, typisk ferrosilicium med calcium, barium eller zirconium. Ferromangan bruges til at korrigere mangan og til at fremme perlit, og i overskud øger det karbider og kulde.
Q: Hvilke standarder dækker ferromangan?
A: GB/T 3795 dækker ferromangankvaliteter, ISO 5446 specificerer leveringsbetingelser og hovedkvaliteter, og ASTM A99 dækker standard ferromangan til stålfremstilling.
Q: Hvorfor leveres ferromangan i stedet for rent mangan?
A: Manganoxid er svært at reducere, og det rene metal er svært at udvinde, mens jernlegeringen let opløses i flydende stål. Det er også billigere pr. enhed mangan end det raffinerede metal.
Spørgsmål: Tilfører ferromangan kulstof til stålet?
A: Ja, og det kulstof skal medregnes i varmebalancen. Hvor kulstofopsamling ikke er acceptabelt, angives der i stedet en ferromangankvalitet med middel eller lav kulstof.
