Ferrolegeringer er avgjørende for stål

EU har innført beskyttelsestiltak som skal sikre minstepris på ferrolegeringer. 75 prosent av det gjennomsnittlige volumet Norge eksporterte i perioden 2022 til 2024 går tollfritt.

De resterende 25 prosentene kan fortsatt selges til lavere pris, men EU vil da kreve toll tilsvarende differansen mellom faktisk pris og prisgulvet.

Det gjøres for å beskytte EUs egen industri, som på grunn av global overproduksjon ikke kan konkurrere på pris. Tiltaket skal hindre at EUs egne produsenter ikke må selge sine ferrolegeringer med tap, og i ytterste fall gå over ende.

Men hva gjør ferrolegeringer så viktige, hvordan lages de, og hvorfor er Norge så store på dette?

Vi har spurt Aud Nina Værnes, senior forretningsutvikler i Sintef med lang forskningserfaring innen ferrolegeringer. Vi har også spurt Nina Dahl, forskningssjef i Sintef og koordinator for Ferrolegeringsindustriens forskningsforening.

Hva er en ferrolegering?

Ferrolegeringer er helt avgjørende byggesteiner i produksjon av stål.

En legering er et metallisk materiale som består av minst ett metall og ett eller flere andre grunnstoffer.

En ferrolegering er en metallegering hvor jern (Fe) er blandet med ett eller flere andre metaller eller halvmetaller som mangan, silisium eller magnesium. Hensikten er å gi andre metaller andre egenskaper, først og fremst stål.

Stål er i seg selv en legering av jern og karbon, og stålindustrien bruker ferrolegeringer som tilsatsstoff for å oppnå:

• Deoksidering: Ferrosilisum fjerner uønsket oksygen fra stålsmelter.
• Legering: Justere den kjemiske sammensetningen av stålet.
• Mekaniske egenskaper: Styrke, duktilitet, korrosjonsbestandighet og hardhet.

Kort sagt er det ikke mulig å lage moderne stålprodukter uten ferrolegeringer.

Legeringene gjør det mulig å skreddersy stål til bruk i industrien, forklarer Dahl og Wærnes. For eksempel er de avgjørende innsatsfaktorer i stål til produksjon av fornybar energi, som vindmøller. De brukes også i mange andre industrier, som bygg og bilproduksjon.

Ferromangan og ferrosilisium

De norske produsentene er størst på jernlegeringer med mangan og silisium.

Ferromangan (FeMn) øker styrke og seighet i stål. Det produseres ved å redusere manganmalm med karbon i store smelteovner. I noen prosesser tilsettes også mindre mengder fluksmidler, som kvarts eller kalkstein, for å styre slaggens egenskaper.

Ferrosilisium (FeSi) er et viktig deoksideringsmiddel i stålproduksjon. Gir i tillegg styrke og duktilitet til stålet. FeSi produseres også i store ovner der jern- og kvartsmalm reagerer med karbon og danner FeSi ved høy temperatur.

Disse legeringene blir til ved at råstoffene smeltes i store elektrodeovner ved svært høye temperaturer.

Deretter brukes de som tilsatsstoff i stålproduksjon, der de fordeler seg i smelten og gir stålet ønskede egenskaper.

Ferrosilisium produseres fra kvarts, som vi har noe av i Norge. Mye importeres. Skrapjern eller jernmalm benyttes som jernkilde.

Ferromangan produseres fra manganmalm, som importeres fra blant annet Gabon og Sør-Afrika.

Begge legeringene krever kull eller koks som reduksjonsmiddel i produksjonen.

Andre vanlige legeringer er ferrokrom til rustfritt stål, ferrovanadium som gir sterkere og varmebestandig stål, og ferronikkel som også er viktig i produksjon av rustfritt stål og superlegeringer. Ferrokrom og ferronikkel produseres ikke i Norge.

Slik lages de

Ferrolegeringene produseres i store elektriske smelteovner, som i Norge drives av vannkraft.

Råstoffene, altså malm, kvarts og reduksjonsmidler som koks eller kull, mates kontinuerlig inn i ovnen.

Der skjer det tre prosesstrinn:

• Oppvarming: Oppvarming til rundt 1400-1700 grader. Strøm sendes gjennom massive elektroder, og den elektriske motstanden i materialene skaper varme som får råstoffene til å smelte.
• Kjemisk reduksjon: Metalloksidene i råstoffene inneholder oksygen bundet til metallene. Kull eller koks (karbon) binder oksygenet, og danner karbondioksid.
• Separasjon: Flytende metall synker til bunnen av smelteovnen og tappes ut. Slagg og metall separeres.

Det ferdige produktet støpes i blokker eller knuses til mindre stykker.

Hele prosessen foregår kontinuerlig. Norsk industri bruker avansert modellering og prosesskontroll, for å styre ovnene og kontrollere energi- og råstoffbruk. Disse prosessene er utviklet av norske miljøer.

Ferrosilisium produseres vanligvis i åpne ovner, mens ferromangan kan produseres i både åpne og lukkede ovner. Ovnstypen påvirker hvilke gasser som fanges opp og behandles, og dermed utslippsnivåene.

Energi har drevet industri

Selv om mye av råstoffene som brukes i produksjonen av ferromangan og ferrosilisium må importeres, er Norge en stor produsent fordi prosessene er svært energikrevende og industrien har tilgang på store mengder rimelig, fornybar vannkraft.

I tillegg har Norge egnede eksporthavner som gjør det effektivt å frakte både råmaterialer inn og ferdige produkter ut.

Wærnes og Dahl peker også på at Norge har en lang industrihistorie på området, med sterke forskningsmiljøer som i flere tiår har samarbeidet tett med ferrolegeringsindustrien.

Sammen med arbeid ved Sintef og NTNU har dette gitt norske produsenter en teknologisk fordel, særlig innen prosessforståelse, modellering og effektiv ovnsstyring.

Produksjonen er energikrevende og gir CO₂-utslipp, men industrien bruker i økende grad biokarbon som reduksjonsmiddel.

Lukkede ovner gjør det mulig å fange opp og behandle prosessgasser, noe som gir bedre muligheter for utslippskutt og karbonfangst. Industrien har mål om å bli karbonnøytral innen 2050.

Norsk produksjon har betydelig lavere CO₂-utslipp enn verdensgjennomsnittet, på grunn av god prosesskompetanse, moderne teknologi og bruk av fornybar energi.

I land som Kina, India og Sør-Afrika er utslippene langt høyere, ettersom kullkraft dominerer energiforsyningen.