El ferromanganeso es una aleación de hierro y manganeso , con otros elementos como silicio , carbono , azufre , nitrógeno y fósforo . [1] El uso principal del ferromanganeso es como un tipo de fuente de manganeso procesada para agregar a diferentes tipos de acero, como el acero inoxidable . La producción mundial de ferromanganeso con bajo contenido de carbono (es decir, aleaciones con menos del 2 % de contenido de carbono) alcanzó 1,5 megatones en 2010. [2]
Las propiedades del ferromanganeso varían considerablemente según el tipo preciso y la composición de la aleación. El punto de fusión generalmente está entre 1200 °C (2190 °F) y 1300 °C (2370 °F). [3] La densidad de la aleación depende ligeramente de los tipos de impurezas presentes, pero generalmente es de alrededor de 7,3 g/cm 3 (0,26 lb/cu in). [4]
Las fuentes de mineral de manganeso generalmente también contienen óxidos de hierro. Como el manganeso es más difícil de reducir que el hierro, [ cita necesaria ] durante la reducción del mineral de manganeso, el hierro también se reduce y se mezcla con el manganeso en la masa fundida, a diferencia de otros óxidos como SiO 2 , Al 2 O 3 y CaO . [5]
La reducción se logra utilizando un horno de arco sumergido. Existen dos procedimientos industriales principales para realizar la reducción, el método de descarte de escoria (o método fundente) y el método dúplex (o método sin fundente). A pesar del nombre, las diferencias en el método no están en la adición de fundente , sino en el número de etapas requeridas. En el método del fundente, se añaden fundentes básicos como CaO para reducir electrolíticamente el mineral de manganeso:
La escoria restante después del proceso de reducción tiene aproximadamente un 15-20% de contenido de manganeso, que normalmente se desecha.
En el método sin fundente, la reducción de carbono también se utiliza en la primera etapa, pero los fundentes añadidos no necesariamente aumentan la actividad del manganeso. Como resultado, la escoria restante tiene una concentración del 30% al 50% de manganeso. Luego se reprocesa con cuarcita para obtener aleaciones de silicomanganeso. La escoria desechada resultante tiene un contenido de manganeso inferior al 5%, lo que aumenta el rendimiento. Como resultado, este método se utiliza cada vez más en la industria.
En ambos métodos, debido a la adición de carbono como agente reductor, la aleación producida se denomina ferromanganeso con alto contenido de carbono (HCFM), con un contenido de carbono de hasta el 6%. [6]
Se requiere una mezcla correcta de coque, fundente y composición de mineral para brindar un alto rendimiento y una operación confiable del horno, logrando las propiedades químicas, la viscosidad y la temperatura de fundición deseadas en la masa fundida resultante. Dado que la proporción de hierro a manganeso de las fuentes naturales de manganeso varía mucho, a veces se mezclan minerales de varias fuentes para obtener una determinada proporción deseada. [7]
En la fabricación de acero, se prefiere el ferromanganeso con bajo contenido de carbono (LCFM) debido a la capacidad de controlar con precisión la cantidad de carbono en el acero resultante. Para llegar a LCFM a partir de HCFM, también existen dos métodos principales: reducción silicotérmica y refinamiento con oxígeno.
En la reducción silicotérmica, se utiliza como reductor el silicomanganeso del segundo paso del proceso dúplex. Después de una variedad de pasos de mezcla y dosificación para reducir el contenido de silicio, se puede obtener una mezcla baja en carbono con menos del 0,8% de carbono y 1% de silicio en peso.
En el método de refinamiento con oxígeno, el HCFM se funde y se calienta a una temperatura alta de 1750 °C (3180 °F). Luego se sopla oxígeno para oxidar el carbono en CO y CO 2 . La desventaja de este proceso es que a estas altas temperaturas también se oxida el metal. El óxido de manganeso se acumula principalmente en forma de Mn 3 O 4 en el polvo que sale del crisol. [8]
En 1856, Robert Forester Mushet "utilizó manganeso para mejorar la capacidad del acero producido mediante el proceso Bessemer para resistir la laminación y el forjado a temperaturas elevadas". [9] [10]
En 1860, Henry Bessemer inventó el uso de ferromanganeso como método para introducir manganeso en proporciones controladas durante la producción de acero. La ventaja de combinar óxido de hierro en polvo y óxido de manganeso es el punto de fusión más bajo de la aleación combinada en comparación con el óxido de manganeso puro. [11] [12]
En 1872, Lambert von Pantz produjo ferromanganeso en un alto horno, con un contenido de manganeso significativamente mayor de lo que era posible hasta entonces (37% en lugar del 12% anterior). Esto le valió a su empresa el reconocimiento internacional, incluida una medalla de oro en la Exposición Mundial de 1873 en Viena y un certificado de premio en la Exposición del Centenario de 1876 en Pensilvania. [13] [14]
En un artículo de 1876, MF Gautier explicaba que el óxido magnético debe eliminarse mediante la adición de manganeso (entonces en forma de hierro spiegel ) para que sea apto para la laminación. [15]
