آلیاژ آهنی
آلیاژ آهنی به آلیاژهای گوناگون آهن اطلاق می‌شود که به‌طور نسبی بالای یک یا چند عنصر دیگر مانند منگنز، آلومینیوم یا سیلیسیم قرار دارد و در تولید انواع فولاد و آلیاژها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این آلیاژها ویژگی‌های متمایزی را به فولاد و چدن می دهند و با صنعت فولاد و فراورده‌های فلزی، ارتباط نزدیکی دارند. کشورهای پیشرو در تولید آلیاژهای آهن در سال 2014 چین، آفریقای جنوبی، هند، روسیه و قزاقستان بودند که 84 درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص دادند. تولید جهانی آلیاژهای آهنی 52.8 میلیون تن در سال 2015 برآورد شده است.آلیاژهای آهن به طور کلی به دو روش تولید می شوند: در کوره بلند یا احیای مستقیم. تولید در کوره بلند در طول قرن بیستم به طور مداوم کاهش یافت، در حالی که تولید به روش احیای مستقیم همچنان در حال افزایش است. امروزه فرومنگنز را می توان به طور موثر در کوره بلند تولید کرد، اما حتی در این حالت نیز، تولید این آلیاژ به روش احیای مستقیم در حال گسترش است. معمولاً آلیاژهای آهن توسط واکنش‌های کربوترمیک تولید می‌شوند که شامل کاهش اکسیدها با کربن (به عنوان کک) در حضور آهن است. برخی از آلیاژهای آهن با افزودن عناصر به آهن مذاب تولید می شوند. همچنین امکان تولید برخی فروآلیاژها با فرآیندهای احیای مستقیم نیز وجود دارد. به عنوان مثال، فرآیند کروپ-رن در ژاپن برای تولید فرونیکل استفاده می شود.
از میان آلیاژهای منگنز، دو آلیاز فرومنگنز و سیلیکومنگنز، مواد اصلی برای فولادسازی هستند. بزرگترین تولیدکننده فرومنگنز، چین است (2.7 میلیون تن) که با اختلاف بسیار از سایر کشورها در صدر تولیدکنندگان این آلیاژ قرار دارد. تولید کنندگان بعدی این آلیاژ به ترتیب برزیل (0.34 میلیون تن)، آفریقای جنوبی (0.61 میلیون تن) و اوکراین (0.38 میلیون تن) می‌باشند.
کشورهای پیشرو در تولید سنگ کروم در سال 2014 شا آفریقای جنوبی (12 میلیون تن)، قزاقستان (3.7 میلیون تن)، هند (3.5 میلیون تن) و ترکیه (2.6 میلیون تن) بودند. بیشتر تولید سنگ کرومیت تولید شده در کوره های قوس الکتریکی برای استفاده در صنعت متالورژی جهت تولید فروکروم برای صنعت متالورژی ذوب می‌شود. کشورهای پیشرو در تولید فروکروم در جهان در سال 2014 چین (4.5 میلیون تن)، آفریقای جنوبی (3.6 میلیون تن)، قزاقستان (1.2 میلیون تن) و هند (0.9 میلیون تن) بودند. میزان تولید فروکروم در جهان 11.7 میلیون تن در سال بود که این عدد در سال 2014 به 41.7 میلیون تن در سال رسید. بیشتر فروکروم تولید شده در دینا صرف ساخت فولاد ضد زنگ می‌شود.
اصلی ترین تولیدکنندگان این آلیاژ عبارتند از شیلی (16918 تن)، چین (40000 تن) و ایالات متحده که حدود 78 درصد از تولید جهانی سنگ معدن مولیبدنیت را در سال 2008 به خود اختصاص دادند. همچنین دیگر تولیدکنندگان آن شامل کانادا، مکزیک و پرو است که باقی تولید را به خود اختصاص داده‌اند. کنسانتره‌های مولیبدنیت برای تشکیل اکسید مولیبدیک برشته می‌شوند که می‌تواند به فرومولیبدن، مواد شیمیایی مولیبدن یا فلز مولیبدن تبدیل شوند. اگرچه ایالات متحده دومین کشور پیشرو در تولید مولیبدن در جهان در سال 2008 بود، اما بیش از 70 درصد فرومولیبدن مورد نیاز خود را در سال 2008 وارد نمود که بیشتر آن را در صنایع فولاد مورد استفاده قرار داد.
بسیاری از شهاب‌سنگ‌هایی که به زمین می‌افتند از جنس فرونیکل بوده و به شکل کاماسیت و یا تانیت هستند. ساختار کریستالی فرونیکل به شکل FCC بوده که می‌تواند به شکل های فریت، مارتنزیت یا آستنیت باشد.
در سال 2008 کشورهای پیشرو در تولید این آلیاژ شامل ژاپن(301000تن) کالدونیای جدید(144000تن) و کلمبیا(105000تن) بودند که 51 درصد از تولید جهانی این آلیاژ را به خود اختصاص داده اند. با توجه به تولید بالای این آلیاژ توسط کشور چین، این کشور در این آمار محاسبه نشده است.
فروسیلیسیم آلیاژی از آهن و سیلیسیم است که در کوره قوس الکتریکی و در درصدهای مختلف ازجمله ۱۰ الی ۹۰ درصد تولید می‌گردد؛ این آلیاژ برای تولید فولاد و چدن مصرف می‌شود که از آنها به عنوان اکسید زدا استفاده می شود. منظور از درصد میزان سیلیسیم موجود در آلیاژ می‌باشد، اما درصدهای مورد نیاز صنعت به خصوص صنایع فولاد سازی ۷۰ الی ۷۵ درصد می‌باشد. از جمله عناصر دیگر که در این آلیاژ وجود دارد و جز عناصر ناخواسته می‌باشد، می‌توان به تیتانیوم، کرم، کربن، گوگرد، آلومنیوم، فسفر اشاره کرد و معمولاً اکثر فولادسازها با درصد آلومنیوم زیر ۲ درصد در خواست می‌نمایند. فرو سیلیسیم تولیدی در سه سایز (اندازه) به بازار مصرف ارایه می‌شود: ۱–۱۰ تا ۶۰ میلی‌متر ۲–۳ تا ۱۰ میلی‌متر ۳–۰ تا ۳ میلی‌متر که هر یک از صنایع با توجه به نوع مصرف از سایز مورد نیاز استفاده می‌کنند، به عنوان مثال در صنایع فولاد سازی و ریخته‌گری مداوم بیشتر از اندازه ۱۰ تا ۶۰ میلی‌متر استفاده می‌شود.
اصلی ترین تولیدکننده فروسیلیسیم چین با (4.9 میلیون تن) در سال 2008 بود. دیگر تولیدکنندگان این آلیاژ شامل نروژ (0.21 تن)، روسیه (0.85 تن) و ایالات متحده (0.23 میلیون تن) می‌شود.
تیتانیوم در فولادسازی برای اکسید زدایی، کنترل اندازه دانه و کنترل و تثبیت کربن و نیتروژن استفاده می شود. در طی فولادسازی، تیتانیوم به دلیل دمای ذوب نسبتا پایین و چگالی بالا معمولاً به عنوان فروتیتانیوم استفاده می‌شود . فولادهایی که محتوای تیتانیوم نسبتاً بالایی دارند شامل فولاد ضد زنگ، فولاد کم‌آلیاژ پراستحکام و فولادهای بینابینی می‌شود. فروتیتانیوم معمولاً از ذوب القایی قراضه تیتانیوم با آهن یا فولاد تولید می شود. علاوه بر این، آن را نیز به طور مستقیم از کنسانتره معدنی تیتانیوم نیز تولید می‌کنند. درصد های استاندارد فروتیتانیوم 30% و 70% تیتانیوم هستند. همچنین فروسیلیکون-تیتانیوم نیز به منظور امکان افزودن همزمان سیلیکون و تیتانیوم تولید می‌شود. کشورهای پیشرو در تولید فروتیتانیوم عبارتند از: برزیل، چین، هند، ژاپن، روسیه، اوکراین، بریتانیا و ایالات متحده.
تنگستن یک عنصر آلیاژی مهم در فولادهای ابزار با سرعت بالا و سایر فولادها است و به میزان کمتری در برخی از فولادهای ضدزنگ و ساختاری استفاده می‌شود. تنگستن اغلب به مذاب فولاد به عنوان فروتنگستن اضافه می‌شود که می تواند تا 80 درصد تنگستن داشته باشد. تولید جهانی فرونگستن تحت سلطه چین است که در سال 2008، 4835 تن (وزن ناخالص) از این آلیاژ را صادر کرد. فروتنگستن قیمت نسبتا بالای داشته و قیمت آن حدود 31 تا 44 دلار برای هر کیلوگرم تنگستن است.
در سال 2008، چین، روسیه (12000 تن) و آفریقای جنوبی (17000 تن) 98 درصد از تولید معدن وانادیوم جهان را به خود اختصاص دادند. در این سه کشور، وانادیوم عمدتاً از سنگ معدن مگنتیت حاوی تیتانیوم که برای تولید آهن خام فرآوری شده بود، بازیابی می‌شود. این فرآیند مستلزم احیای اکسید وانادیم (V) به وسلیه واکنش آلومینوترمیک ، آلومینیوم (عنوان عنصر احیاکننده)، و آهن قراضه است. این سرباره حاوی 20 تا 24 درصد پنتوکسید وانادیم بوده که می‌توان آن را به فرووانادیوم حاوی 40 تا 50 درصد وانادیم تبدیل کرد.