フェロアロイ

フェロアロイとは、マンガン（Mn）、アルミニウム（Al）、シリコン（Si）などの1つ以上の他の元素を高比率で含む鉄のさまざまな合金を指します。 ^{[1]これらは}鋼鉄や合金 の製造に使用されます。 ^{[2] [3]}合金は鋼鉄や鋳鉄に独特の性質を与えたり、製造中に重要な機能を果たしたりするため、フェロアロイの主要消費者である鉄鋼業界と密接に関連しています。2014年のフェロアロイの主要生産国は中国、南アフリカ、インド、ロシア、カザフスタンで、世界生産量の84％を占めました。^[4] 2015年のフェロアロイの世界生産量は5,280万トンと推定されました。^[5]

主なフェロアロイは次のとおりです。

• FeAl –フェロアルミニウム
• FeB –フェロボロン–ホウ素12～20% 、シリコン最大3%、アルミニウム最大2% 、炭素最大1%
• FeCe –フェロセリウム
• FeCr –フェロクロム
• FeMg – フェロマグネシウム
• FeMn –フェロマンガン
• FeMo –フェロモリブデン– 最小Mo 60%、最大1% Si、最大0.5%銅
• FeNb –フェロニオブ
• FeNi –フェロニッケル（およびニッケル銑鉄）
• FeP –鉄リン
• FeSi –フェロシリコン– 15 ～ 90% Si
• FeSiMg – フェロシリコンマグネシウム（Mg 4～25%）、ノジュライザーとも呼ばれる
• FeTa – フェロタンタル
• FeTi –フェロチタン– 10..30–65..75% Ti、最大最大 5 ～ 6.5% の Al 1～4%のSi
• FeU –鉄ウラン
• FeV –フェロバナジウム
• FeW –フェロタングステン

フェロアロイは、一般的に高炉または電気アーク炉の2 つの方法で生産されます。高炉の生産量は 20 世紀を通じて継続的に減少しましたが、電気アークの生産量は依然として増加しています。今日では、フェロマンガンは高炉で効率的に生産できますが、この場合でも電気アーク炉が普及しています。より一般的には、フェロアロイは鉄の存在下で炭素 (コークスなど) による酸化物の還元を伴う炭素熱反応によって生産されます。一部のフェロアロイは、溶融鉄に元素を追加することで生産されます。

一部のフェロアロイは直接還元法で生産することも可能です。例えば、日本ではクルップ・レン法がフェロニッケルの生産に使用されています。^[6]

2014年の世界の主要なクロム鉱石生産国は、南アフリカ（1200万トン）、カザフスタン（370万トン）、インド（350万トン）、トルコ（260万トン）でした。クロム鉱石生産のほとんどは、冶金産業向けのフェロクロムを生産するために電気アーク炉で精錬されました。2014年の世界の主要なフェロクロム生産国は、中国（450万トン）、南アフリカ（360万トン）、カザフスタン（120万トン）、インド（90万トン）でした。世界で生産された1170万トンのフェロクロムのほとんどは、2014年に合計4170万トンに達したステンレス鋼の製造に消費されました。^[4]

マンガン系合金鉄であるフェロマンガンとシリコマンガンという2つの鉄は、製鉄の主要原料です。中国はマンガン系合金鉄の世界最大の生産国（270万トン）であり、その生産量はブラジル（340万トン）、南アフリカ（610万トン）、ウクライナ（380万トン）の3大生産国の合計生産量よりもはるかに大きいです。^[2]

フェロモリブデンの主な生産国は、チリ（16,918 トン）、中国（40,000 トン）、米国（2008 年には世界のモリブデン鉱石生産量の 78% を占めた）である。残りはカナダ、メキシコ、ペルーが占めた。モリブデン精鉱は焙焼されてモリブデン酸化物となり、フェロモリブデン、モリブデン化学品、モリブデン金属に変換できる。米国は 2008 年に世界第 2 位のモリブデン生産国であったが、2008 年にはフェロモリブデンの必要量の 70% 以上を輸入しており、そのほとんどは鉄鋼業界向けであった（フェロモリブデン消費量の 83%）。^[2]

2014年、世界で毎年新たに生産されるニッケルの約33%はフェロニッケルであり^[8]、 1991年にスワルツェンドルーバーらによって詳細なレビュー記事が発表された。^{[9]地球に落下する}隕石の多くはフェロニッケルであることが判明しており^{[9] 、}カマサイトやテーナイトの形をとっている。^{[要出典]フェロニッケルは}面心立方結晶構造（Ni経由）を有する。^[10]フェライト、マルテンサイト、またはオーステナイトの形をとることができる。オーステナイト系ステンレス鋼やマルエージング鋼などの高合金鋼中のニッケルの存在は、体心立方フェライトから面心立方オーステナイトへの遷移の重要な要因であるため、二元Fe-Ni系は鋼との類似性を目的として研究されてきた。^[11]

20世紀後半、ニッケル生産の60％は硫化鉱石のマット製錬に基づいていましたが、これはフェロニッケル生産には適していませんでした。^[12] 2003年のデータによると、一次ニッケル生産に占めるラテライトの割合は42％と報告されています。^[12] 2014年の世界のフェロニッケルの年間生産量は約25万トンでした。^[8] 2大生産者はBHPとソシエテ・ル・ニッケルでした。^[8] ラテライト鉱石は、生産プロセスの供給によく使用されます。^{[13] [14]} RKEFプロセスがよく使用されます。^[15]ラテライト鉱石は、低品位の原料のため、製品1トンあたりのエネルギー消費量が高く、そのため大量の廃棄スラグとガス状汚染物質が発生します。^{[16]一般に、炉の出力の90％以上は}スラグの形です。^[8]溶融フェロニッケルの精錬技術は専門家のテーマであり、^[17]鉱石含有量の変動性のため、プロセスは産地ごとに調整する必要があるかもしれません。たとえば、ギリシャの鉱石のラルコプロセスなどです。^[18]「鉄合金にニッケルを添加する主な理由は、オーステナイト微細構造を促進することです。ニッケルは一般に延性、靭性、耐食性を高めます。」^[19] ニッケル銑鉄は、ニッケルの重量分率が低い (4～10%) ことと、炭素含有量が高い (> 3%) ことでフェロニッケルと区別されます。対照的に、フェロニッケルは比較的純粋な二元合金です。^[19]

2008 年、フェロニッケルの主要生産国は日本 (301,000 トン)、ニューカレドニア(144,000 トン)、コロンビア (105,000 トン) であった。中国を除くと、これら 3 か国で世界生産量の約 51% を占める。総生産量の多い順にウクライナ、インドネシア、ギリシャ、マケドニアのフェロニッケル生産量は 68,000 トンから 90,000 トンで、中国を除くとさらに 31% を占める。中国は統計から除外されているが、これは同国の産業が従来のフェロニッケルのさまざまなグレードに加えて大量のニッケル銑鉄を生産しており、総生産量は 590,000 トンと推定されるからである。個々の中国製品のニッケル含有量は、顧客の最終用途によって約 1.6% から最大 80% までさまざまである。^[2]

米国では、2008年に消費されたフェロニッケルのほぼ全てを鉄鋼業界が占め、その98%以上がステンレス鋼と耐熱鋼に使用されており、2008年には米国でフェロニッケルは生産されなかった。^[2]

ニッケル銑鉄は中国で生産される低品位のフェロニッケルで、2010年代から非常に人気があります。

シリコン合金鉄の消費は鋳鉄と鋼鉄の生産によって推進されており、シリコン合金は脱酸剤として使用されています。一部のシリコン金属は鉄の合金剤としても使用されています。シリコン含有量に基づくと、米国におけるフェロシリコンとその他のシリコン合金の純生産量は 2008 年に 148,000 トンでした。中国は主要な供給国であり、2008 年のフェロシリコン生産量 (4.9 Mt) は世界の他の地域の合計よりも多くなっています。その他の主要製造国はノルウェー (0.21 Mt)、ロシア (0.85 Mt)、米国 (0.23 Mt) です。^[2]

チタンは、脱酸、粒度制御、炭素と窒素の制御と安定化のために製鋼に使用されます。製鋼中、チタンは比較的低い融点と高い密度のため、通常フェロチタンとして投入されます。比較的チタン含有量の高い鋼には、格子間原子を含まないステンレス鋼と高強度低合金鋼があります。フェロチタンは通常、チタンスクラップを鉄または鋼と誘導溶解して製造されますが、チタン鉱物濃縮物から直接製造されることもあります。フェロチタンの標準グレードは、チタン含有量が 30% と 70% です。シリコンとチタンを同時に添加できるように、フェロシリコンチタンも製造されています。フェロチタンの主要生産国には、ブラジル、中国、インド、日本、ロシア、ウクライナ、英国、米国などがあります。^[2]

フェロタンタルは溶融鋼に添加され、硬化可能な特殊鋼を製造する。また、溶接材料、粉末噴霧、粉末冶金用途にも使用される。^[20]

タングステンは、高速鋼やその他の工具鋼の重要な合金元素であり、一部のステンレス鋼や構造用鋼にも少量使用されています。タングステンは、最大 80% のタングステンを含むフェロタングステンとして鋼の溶解物に添加されることがよくあります。世界のフェロタングステンの生産は中国が独占しており、2008 年には 4,835 トン (総重量) の合金を輸出しました。フェロタングステンは比較的高価で、含まれるタングステン 1 キログラムあたりの価格は約 31 ～ 44 ドルです。^[2]

2008年、中国、ロシア（12,000トン）、南アフリカ（17,000トン）で世界のバナジウム鉱山生産量の98％を占めた。これら3か国では、バナジウムは主にチタン含有磁鉄鉱から回収され、銑鉄に加工された。このプロセスでは、酸化バナジウム（V）、アルミニウム（酸化物ゲッターとして）、スクラップ鉄の熱酸化還元が行われる。^[1] これにより、20％～24％の五酸化バナジウムを含むスラグが生成され、これをさらに加工して40％～50％のバナジウムを含むフェロバナジウムにすることができる。2008年に米国で消費されたバナジウム5,090トンのうち、84％はフェロバナジウムから得られ、そのほぼすべて（99％）が鉄鋼製造に使用された。^[2]

この記事には、米国地質調査所のFerroalloys (PDF) からのパブリック ドメインの資料が組み込まれています。