پیامدهایی برای صنعت فروآلیاژها
هزینه‌های موجود کالا و پشتیبانی فنی:
گرچه توسعه‌ها در تکنولوژی فولادسازی می‌تواند بر کارایی افزودن مواد آلیاژی تاثیر بگذارد اما الزامات واقعی برای عناصر آلیاژی عمدتا با تغییرات در الگوی خاص تقاضا برای انواع بسیار مختلف فولادی‌های قابل دسترسی تعیین می‌شود. تناژ واقعی عناصر آلیاژی می‌تواند به‌صورت متفاوتی تغییر کند و نیازهای آینده برای عناصر اصلی آلیاژی را نمی‌توان به سطوح پیش‌بینی شده تولید کلی فولاد با هر میزانی از دقت مرتبط کرد. تولیدکنندگان فولاد به تولیدکنندگان فروآلیاژ می‌نگرند تا مقرون‌به‌صرفه‌ترین روش استفاده از فروآلیاژ را برای آنها فراهم نمایند، مانند تمام مشاغل تولیدی، فولادسازان هم باید با کمترین میزان ممکن موجودی کار کنند و به‌طور فزاینده‌ای خواستار انبارش امانی محموله‌ی فرو آلیاژها هستند. نمونه‌ای از حذف نه‌تنها ذخیره‌سازی بلکه یک استراتژی تحویل بهبود یافته را نیز می‌توان در کارخانه‌ی port Kembla شرکت bhp steel یافت.
سیلیسید کلسیم اکنون در ظروف فلزی درزبندی شده به کارگاه فولادسازی تحویل می‌شود تا اینکه مستقیما به دستگاه تزریق وصل شود. این ظروف درصورت نیاز از طریق ارتباطات موثر بین مصرف‌کننده و تامین‌کننده با اعلامیه‌ی حمل کوتاه‌مدت به محل کارگاه فولادسازی عرضه می‌شود. این روش تحویل هزینه‌های قابل توجه نگه داشتن موجودی انبار و همچنین زیرساخت‌های زیست‌محیطی عظیمی را که برای اطمینان از انطباق با مقررات زیست‌محیطی در جابه‌جایی گردوغبار سمی مورد نیاز بود، حذف کرده است. همچنین از طریق ترکیبات مناسب مالی و انبارش امانی محموله‌ی فرو آلیاژها (نزد تولیدکننده فروآلیاژ)، همان کارگاه فولاد هزینه‌های ذخیره‌سازی فرومنگنز را سالانه چندین میلیون دلار کاهش داده است.
در صنعت فولاد یک روند کلی برای کاهش ظرفیت تحقیقات داخلی وجود دارد و در نتیجه انتظار رو به یک افزایش است که تامین‌کننده‌های فروآلیاژها نقش بزرگتری در فراهم آوردن پشتیبانی فنی ایفا نمایند. در بسیاری از موارد چنین پشتیبانی مخصوص هر مکان و کارخانه است و به همین دلیل بسیار مهم است که تامین‌کنندگان از نیاز مشتری جزئیات امکانات و رویه‌های تولید و همچنین تقاضای بازار اعمال شده توسط مصرف‌کنندگان فولاد آگاه باشند. برای مثال طراحی تفصیلی مخازن فروآلیاژ مورد استفاده برای تغذیه‌ی آلیاژها به پاتیل در کوره‌ی بازی اکسیژنی، ممکن است عامل محدودکننده‌ی اندازه و توزیع اندازه‌ی فروآلیاژها برای قابلیت استفاده باشد.
کیفیت محصول و همگنی:
در برهه‌ای شرکت BHP Steel مشکل جدی با رشد ناکافی دانه در طی آنیل کاری در مسیر تولید فولاد الکتریکی داشت؛ این مشکل در محموله‌های FeSi آلوده به تیتانیوم ردیابی شد. مشخص شد که رسوبات TiO2در مرزدانه‌های این فولاد الکتریکی حاوی 2_ 3 درصد Si از رشد موثر دانه‌ها جلوگیری کرده است.
هنگامی که افزودن فروآلیاژها به‌صورت اقتصادی می‌تواند در مرحله‌ی اولیه عملیات فولادسازی انجام شود، می‌توان از فروآلیاژهای ارزان قیمت با مقادیر بالای کربن و سایر ناخالص‌ها استفاده کرد. زیرا بیشتر عناصر ناخواسته در طی تصفیه‌ی بعدی حذف می‌شوند اما حذف ناخالصی برای افزودن‌های انجام شده در اواخر فرآیند فولادسازی کمتر عملی است و برای افزودنی‌های به پاتیل حداقل است. از موارد پر اهمیت برای تولیدکنندگان فروآلیاژ روند مدرن تولید آهن اساسا خالص در مقادیر تناژ زیاد و سپس وارد کردن مجدد عناصر آلیاژی در مقدار دقیق در تخلیه، در تجهیز گاز زدایی در خلا یا در هر یک از مراحل ثانوی بعدی است.
برای محاسبه‌ی مقدار دقیق فروآلیاژ که باید به فولاد اضافه شود تا در محدوده‌ی باریک ترکیب شیمیایی مشخص شده برای هر عنصر باشد، لازم است که آنالیز فروآلیاژهای مورد استفاده به‌طور دقیق معلوم باشد. آنالیزها باید در کل یک محموله یکنواخت و باید از یک محموله به محموله‌ی دیگر تکثیرپذیر باشند. چنین اطلاعاتی باید توسط تولیدکنندگان فروآلیاژ ارائه شود؛ گرچه کنترل دقیق کیفیت و همگنی فروآلیاژ درصورت افزودن آلیاژها در هنگام تخلیه حیاتی نیست اما درصورت افزودن همین فورآلیاژ و در آخرین مرحله تصفیه ثانویه غالبا در مقادیر تقسیم شده وضعیت به‌طور چشمگیری تغییر می‌کنند. نمونه‌ای از کنترل ترکیبی دقیق مورد نیاز برای دستیابی به خواص مکانیکی از پیش تعیین شده را می‌توان در تولید فولاد عاری از عناصر بین نشین (IF) با 0.002 درصد یافت.
همه‌ی ترکیبات فولاد با دقت تنظیم نمی‌شود، اما پیام کاملا واضح است؛ تولیدکننده‌ی فروآلیاژ ها باید به خلوص و همگنی محصول خود توجه زیادی نشان دهند. برای مثال تکنیک‌های سنتی ریخته‌گری باید مورد بازنگری قرار گیرند تا اطمینان حاصل شود که جدایش باعث ایجاد تغییرات ناروا در ترکیب موضعی نمی‌شود و اینکه آلودگی اکسیژن یا نیتروژن در ریخته‌گری رخ نمی‌دهد. علاوه بر این جذب بیشتر اکسیژن و یا جذب رطوبت در هنگام حمل و جابه‌جایی باید از بین برود. هیدروژن به‌طور موثری از فولاد مذاب در حین عملیات خلا حذف می‌شود اما فقط حدود 30 درصد هیدروژن را می‌توان حذف کرد. به همین دلیل آلودگی نیتروژن بسیار جدی است؛ علاوه بر این اهمیت زیادی دارد توجه شود که تمام هیدروژن و نیتروژن وارده به فولاد پس از گاز زدایی در خلا در فولاد باقی می‌ماند. در واحدهای ریخته‌گری پیوسته در آمریکا تایید صلاحیت یا حذف تامین‌کنندگان آلومینیوم براساس کیفیت و یکنواختی محصول آنها یک روش استاندارد بوده و کاملا محتمل است.
اندازه و توزیع اندازه:
زمان افزودن مواد آلیاژی به فولاد مذاب ازجمله به مسیر فرآیند، تدارکات کارگاه، نقطه‌ی ذوب فروآلیاژ، نوسانات و میل ترکیبی آن به اکسیژن بستگی دارد. افزودن مواد آلیاژی ممکن است به‌صورت افزودن فله‌ای به کوره‌ی فولادسازی یا پاتیل هنگام تخلیه؛ یا تزریق پودر به داخل پاتیل یا با تغذیه‌ی سیم به پاتیل تندش یا حتی قالب انجام شود. درتحلیلی آمده است که افزودن فله‌ای مواد درشت به‌عنوان انتخاب اول فولادساز همچنان ادامه خواهد داشت؛ به شرط آن که بتوان به بهره‌دهی‌های خوبی دست یافت. اندازه‌ی فروآلیاژها باید به گونه‌ای باشد که مواد بتوانند در زمان اختلاط آشفته ایجاد شده توسط جریان تخلیه حل شوند. اثر شناوری باعث می‌شود که افزودن فله‌ای مواد سبک به پاتیل پس از تخلیه جذاب نباشد اما روش برتر برای افزودن مواد آلیاژی معرفی شده است. در این روش که تنظیم ترکیب توسط سیستم دمش آرگون درزبندی شده نامیده می‌شود، گاز آرگون از طریق توپی متخلخل یا لنس غوطه‌ور به داخل فولاد مذاب دمیده می‌شود.
به‌طور کلی‌تر موادی که چگال‌تر از آهن هستند می‌توانند به‌صورت کلوخه اضافه شوند؛ در حالی که مواد با چگالی کمتر از آن به روش‌های فروبری یا تزریق پودرها در جریان گاز نیاز دارند. سپس یکنواختی ترکیب ناشی از افزودن این آلیاژها به فولاد به نقاط ذوب مواد افزودنی، به اندازه‌ی کلوخه‌ها و میزان هم‌زنی پاتیل بستگی دارد. محققینی سینتیک انحلال فروآلیاژ را به‌طور سیستماتیک مطالعه نموده و دو دسته فروآلیاژ را تعریف کردند: کلاس I با نقاط ذوب زیر دمای فولاد مذاب و کلاس II با نقاط ذوب بالاتر از دمای فولاد مذاب. نتایج آنها درمورد سینتیک انحلال توسط کارهای دیگران پشتیبانی شد.
محققینی نشان داده‌اند که زمان لازم برای ذوب شدن دوباره‌ی پوسته ابتدا منجمد شده در اطراف قطعات فرورفته فرو آلیاژها بیشتر زمان انحلال در مذاب فولاد را تشکیل می‌دهد. زمان انحلال برای فروآلیاژها با ذوب پایین‌تر از فولاد توسط زمان ذوب شدن برگشت پوسته‌ی اولیه تشکیل شده تقریب زده می‌شود که نشان می‌دهد سنتیک انحلال برای چنین آلیاژهایی توسط انتقال حرارت کنترل می‌شود. از طرف دیگر زمان انحلال برای فروآلیاژها با نقطه‌ی ذوب بالاتر از فولاد بیشتر از زمان سرخ شدن برگشتی پوسته‌ی منجمد شده‌ی فولادی که از ملاحظات انتقال حرارت پیش‌بینی شده است. ازاین‌رو سینتیک انحلال این فروآلیاژ نه‌تنها توسط ذوب شدن برگشتی پوسته منجمد بلکه همچنین توسط فرآیند انتقال جرم پس از ذوب شدن کامل پوسته‌ی اولیه کنترل می‌شود.
تغذیه سیم آلیاژها با استفاده از تکنیک‌های سیم مغزه‌دار برای افزودن آن دسته از عناصر آلیاژی است که چگالی کمتری نسبت به فولاد دارند و یا دارای حلالیت محدود فشار بخار بالا و میل ترکیبی زیاد به اکسیژن هستند. تکنیک سیم مغزه‌دار امکان می‌دهد تا مقدار آلیاژ تغذیه شده به فولاد با دقت بالا تنظیم شود و ترکیب فولاد را در محدوده‌ی باریکی تنظیم کند. تزریق پودر زیر سطحی در فولاد مذاب ذاتا دارای ویژگی‌های انتقال حرارت و جرم خوبی است و می‌تواند به‌طور موثری برای افزودن بیشتر عناصر آلیاژی استفاده شود.
اصطلاح آخال و کنترل شکل سولفید:
افزودن کلسیم به فولاد در اکثر کارگاه‌های فولادسازی که در آنها اکسیژن زدایی با آلمینیوم انجام می‌شود، روشی معمول بوده و هدف آن اصلاح آخال‌های آلومینا است تا از گرفتگی نازل در طی عملیات ریخته‌گری پیوسته جلوگیری کند. افزودن کلسیم که معمولا به‌عنوان اصلاح آخال شناخته می‌شود آخال‌های آلومینا و سیلیکا به آلومینات‌های کلسیم یا سیلیکات کلسیم مایع تبدیل می‌شود. این آخال های مایع به‌دلیل اثرات کششی سطحی کروی شکل هستند، علاوه بر این در فولادهای کم گوگرد فرآوری شده با کلسیم از رسوب کردن مرزدانه‌ای در طی انجماد در نتیجه‌ی رسوب کردن گوگرد به‌صورت کمپلکس بر روی آخال‌های آلومینات کلسیم ممانعت می‌شود. میزان دستیابی به کنترل شکل سولفید در فولاد فرآوری شده با کلسیم به میزان اکسیژن کل گوگرد و کلسیم فولاد بستگی دارد.
از موارد پر اهمیت برای تولیدکننده‌ی فروآلیاژ این واقعیت است که گوگرد فولاد مذاب حذف می‌شود یا با تسویه چدن خام مذاب یا عملیات بعدی و پرهزینه‌تر آن با سرباری مصنوعی در پاتیل قبل از افزودن کلسیم. بنابراین چنانچه افزودنی‌های فروآلیاژی حاوی گوگرد پس از افزودن کلسیم وارد شوند، کنترل شکل سولفید امکان‌پذیر نخواهد بود.
