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 procesado 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 y la composición de la aleación. El punto de fusión suele estar 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 suele rondar los 7,3 g/cm3 ( 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 requerida ] 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 escoria de descarte (o método de 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 necesarias. En el método de fundente, se agregan 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 descarta.
En el método sin fundente, también se utiliza la reducción de carbono en la primera etapa, pero los fundentes añadidos no necesariamente aumentan la actividad del manganeso. Como resultado, la escoria restante tiene una concentración de manganeso de entre el 30% y el 50%. Esta escoria se reprocesa luego con cuarcita para fabricar aleaciones de silicomanganeso. La escoria descartada resultante tiene un contenido de manganeso de menos del 5%, lo que aumenta el rendimiento. Como resultado, este método se utiliza con más frecuencia 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 obtener un alto rendimiento y un funcionamiento 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 y 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 al LCFM a partir del HCFM, también existen dos métodos principales: reducción silicotérmica y refinamiento con oxígeno.
En la reducción silicotérmica, el silicomanganeso del segundo paso del proceso dúplex se utiliza como reductor. Después de una serie de pasos de mezclado y fusión para reducir el contenido de silicio, se puede obtener una aleación de bajo contenido de carbono con menos de 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 inyecta oxígeno para oxidar el carbono y convertirlo en CO y CO2 . La desventaja de este proceso es que el metal también se oxida a estas altas temperaturas. El óxido de manganeso se acumula principalmente en forma de Mn3O4 en el polvo que se expulsa del crisol. [8]
En 1856, Robert Forester Mushet "utilizó manganeso para mejorar la capacidad del acero producido mediante el proceso Bessemer para soportar el laminado y el forjado a temperaturas elevadas". [9] [10]
En 1860, Henry Bessemer inventó el uso del 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 juntos 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 que el que se había logrado anteriormente (37 % en lugar del 12 % anterior). Esto le valió a su empresa reconocimiento internacional, incluida una medalla de oro en la Exposición Universal de Viena de 1873 y un certificado de premio en la Exposición del Centenario de Pensilvania de 1876. [13] [14]
En un artículo de 1876, MF Gautier explicó que el óxido magnético debe eliminarse mediante la adición de manganeso (en ese entonces en forma de hierro especular ) para que sea apto para el laminado. [15]
