Gedetailleerde uitleg van het metaalproductieproces
De productie van metaalmaterialen omvat meerdere stappen van de ontginning van erts tot het eindproduct.,Het volgende is het industriële productieproces van typische metalen:
1. Mijnbouw en ertsdressing
(1) Ertswinning
- IJzererts (hematite Fe2O3, magnetite Fe3O4)
- Bauxiet (Al2O3)
- kopererts (chalcopyrit CuFeS2)
Methode: open mijnen of ondergrondse mijnen.
(2) Ertsdressing
- Breiden en slijpen: het in fijne deeltjes breken van het erts.
- Floatatie/magnetische scheiding: scheiding van metaalmineralen van onzuiverheden (bijvoorbeeld met behulp van een magnetische scheider om ijzerconcentraat te extraheren).
- Concentraat: voor het verkrijgen van mineraalstoffen van hoge zuiverheid (zoals ijzerconcentraat met een ijzergehalte van meer dan 60%).
2. Smelting (metalenwinning)
(1) Pyrometallurgie (vermindering bij hoge temperatuur)
Toepasselijke metalen: ijzer, koper, lood, zink, enz.
- Hoogoven ijzer:
- grondstoffen: ijzererts + coke (reducerende stof) + kalksteen (flux).
- Reactie: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (temperatuur 1500°C).
- Product: ruwe ijzer (met een koolstofgehalte van 2-4%, waarvoor verdere staalproductie nodig is).
- Vervaardiging van ijzer en staal:
- Ontkooling: zuurstof blazen om het koolstofgehalte in ruwe ijzer te verminderen (bijvoorbeeld bij de transformatorstaalvervaardiging gedurende 15-20 minuten).
- legering: toevoeging van chroom, nikkel, enz. voor het maken van roestvrij staal.
(2) Hydrometallurgie (chemische ontbinding)
Toepasselijke metalen: aluminium, goud, uranium, enz.
- Bayerproces voor aluminium:
1. Bauxiet + NaOH → oplossen Al2O3.
2. Aluminiumoxide (Al2O3) elektrolyseer om puur aluminium te verkrijgen (Hall-Héroultproces).
(3) Elektrolytische raffinage
Toepasselijke metalen: koper (zuiverheid 99,99%), zink, nikkel.
- kopererts wordt gebruikt als anode, puur koperplaat als katode en kopersulfaatoplossing wordt geelectrolyseerd.
3. Gieten en gieten
(1) Casting
- Zandgieten: goedkoop, geschikt voor complexe vormen (zoals motorcilinder).
- Continu gieten: rechtstreekse productie van stalen billets en aluminiumplaten (verbeterde efficiëntie).
(2) Warm bewerken
- Warmwalsen: verwarming tot boven de rekristallisatietemperatuur en walsen (zoals staalplaten en koperen buizen).
- smeden: drukgieten (zoals krukassen en luchtvaartonderdelen).
(3) Koudbewerking
- Koudwalsen: verwerking bij kamertemperatuur om de sterkte te verhogen (zoals roestvrij staalplaten, koperdraad).
- Stempelen/snijden: vervaardiging van eindonderdelen (bijv. autoshellen).
4. Warmtebehandeling
technologie
doelstelling
Geef een voorbeeld.
verlichting
Verzacht het metaal en verlicht de spanning
Gekoelde koperdraad om de buigzaamheid te verbeteren
Verdoofing + tempering
Verbeteren van hardheid en taaiheid
gereedschapsgereedschap
Behandeling met oplossing
Uniforme legeringselementen (bijv. roestvrij staal)
304 roestvrij staal, verwarmd tot 1100°C
5Oppervlaktebehandeling
- Roestbestrijding: galvanisatie (gegalvaniseerd staal), anodisatie (aluminium).
- Esthetiek: polijsten (spiegelroestvrij staal), sproeien (kleur aluminium plaat).
- Functionele coating: PVD-coating ( slijtagebestendige gereedschappen).
6. Kwaliteitscontrole
Spectrometer om elementen te detecteren.
- Mechanische tests: trekproef, hardheidsproef.
- Niet-destructieve tests: röntgenonderzoek, ultrasone scheuropsporing.
Gedetailleerde uitleg van het legeringsproductieproces
Legeringen zijn materialen die zijn gemaakt van twee of meer metalen (of metalen en niet-metalen) door fusie, sintering of andere processen en die betere eigenschappen hebben dan zuivere metalen, zoals een hogere sterkte,corrosiebestendigheid of speciale functiesEen typisch legeringsproductieproces is als volgt beschreven:
1Voorbereiding van grondstoffen
- De belangrijkste metalen substraten: ijzer (Fe), aluminium (Al), koper (Cu), nikkel (Ni), enz.
- legeringselementen:
- Verbeterde prestaties: chroom (Cr), molybdeen (Mo), mangaan (Mn), silicium (Si), enz.
- Verbeterde verwerkbaarheid: koolstof (C), zwavel (S), fosfor (P) (inhoud moet strikt worden gecontroleerd).
- Hulpmiddelen: vloeistof (zoals kalksteen CaO), deoxider (zoals aluminium Al), beschermend gas (zoals argon Ar).
2. Smeltproces
(1) Berekening van de ingrediënten
De grondstoffen moeten nauwkeurig worden gewogen, afhankelijk van de samenstelling van de streeflegering (bijvoorbeeld 304 roestvrij staal vereist 18%Cr+8%Ni).
(2) Smeltmethode
Smeltoestand
Toepassingsscenario
eigenaardigheid
Elektrische boogoven (EAF)
roestvrij staal, speciale legering
Hoge temperatuur (1600°C+), nauwkeurige samenstellingscontrole
Inductieovens
met een breedte van niet meer dan 50 mm
Geen vervuiling, uniforme samenstelling
Converter (AOD/VOD)
Raffinage van roestvrij staal
Een lager koolstofgehalte en minder chroomverlies
Belangrijkste stappen:
- Smelting: Verhitting van het metaal tot vloeibare toestand (bijv. ongeveer 1500-1600°C voor legeringen op basis van ijzer).
- Legeren: toevoegen van legeringselementen (bv. chroom, nikkel) en roeren om een gelijkmatig mengsel te garanderen.
- Raffinage:
- Deoxidering: toevoeging van aluminium/silicium om zuurstofverontreinigingen te verwijderen.
- Ontzwaveling/fosfor: verwijdering van schadelijke elementen door middel van een fluxreactie (bijv. CaO).
3. gieten of continue gieten
- Giet van malen: een vloeibare legering wordt in een mal gegooid en gekoeld tot vorm (geschikt voor kleine partijen van complexe onderdelen).
- Continu gieten: rechtstreeks gieten in platen, vierkante of ronde billets (geschikt voor grootschalige productie, zoals roestvrijstalen spoelen).
4- Heet werk.
- Warmwalsen: verwarming tot boven de recristallisatietemperatuur (bijv. 1100-1250°C voor roestvrij staal) en walsen tot platen, staven, enz.
- smeden: drukvorming (bijv. smeden van luchtvaartlegeringen).
5. Koudbewerking (facultatief)
- koudwalsen/tekenen: verwerking bij kamertemperatuur om de sterkte te vergroten (zoals vellen van roestvrij staal, koperen legeringsdraad).
- Groeiing: verhelpen van de hardheid en herstellen van de taaiheid (bijvoorbeeld bij de glanstemperatuur van 304 roestvrij staal 1010-1120°C).
6Oppervlaktebehandeling
- Beurten: verwijderen van de oxide schubben (HNO3+HF mengsel voor roestvrij staal).
- Polieren/beplaten: zoals elektrogalvanisatie (galvaniseerd staal), PVD-coating (gekleurd roestvrij staal).
7. Kwaliteitscontrole
Spectrometer detecteert elementen.
- Mechanische eigenschappen: hardheid, treksterkte, botstest.
- Niet-destructieve tests: röntgenfouten detectie, ultrasone detectie van interne defecten.
Het verschil tussen metalen en legeringen
1. metaal (zuiver metaal)
- Definitie: een materiaal dat bestaat uit één enkel metaalelement (bijv. puur ijzer, puur koper, puur aluminium).
- Kenmerken:
- goede elektrische/thermische geleidbaarheid, maar slechte mechanische eigenschappen (zacht, gemakkelijk te vervormen).
- Actieve chemische eigenschappen (zoals puur ijzer dat gemakkelijk roest).
- Typisch gebruik: draad (koper), aluminiumfolie (aluminium) en andere scènes met hoge zuiverheidsvereisten.
2. legering
- Definitie: materiaal dat wordt gevormd door fusie van twee of meer metalen (metalen en niet-metalen).
- Kenmerken:
- Optimaliseert eigenschappen (sterkte, corrosiebestendigheid, enz.) door aanpassing van de samenstelling.
- kostenbeheersing (zoals de vervanging van een deel van nikkel door mangaan om de kosten van roestvrij staal te verlagen).
- Typische voorbeelden:
- roestvrij staal (ijzer + chroom + nikkel),
- Messing (koper + zink),
- Aluminiumlegering (aluminium + magnesium/silicium).
Waarom kiezen voor roestvrijstalen producten?
Roestvrij staal (zoals 304, 316) is een klassieke vertegenwoordiger van legeringen op basis van ijzer, en de belangrijkste voordelen zijn de volgende:
1. Corrosiebestendigheid
- De rol van chroom: wanneer het chroomgehalte meer dan 10,5% bedraagt, ontstaat er op het oppervlak een dichte passivatiefilm van chroommonoxide (Cr2O3) om waterzuurstof te isoleren.
- Vergelijking:
- Gewoon koolstofstaal: gemakkelijk roestbaar, extra galvanisatie/verf nodig.
Aluminium: Alhoewel het bestand is tegen atmosferische corrosie, maar niet tegen zuur en alkalis.
2. Hoge sterkte en duurzaamheid
- Werkverharding: de sterkte kan na koudwalsen aanzienlijk worden verbeterd (bijvoorbeeld 304 met een 50% toename van de treksterkte na koudwalsen).
- Hoogtemperatuurprestaties: austenitisch roestvrij staal (zoals 310S) blijft stabiel bij 800 °C.
3. Hygiëne en esthetiek
- Geen coating: geen bekleding of verf is vereist om verontreiniging van de coating te voorkomen (toepassingen voor levensmiddelen zoals keukenapparatuur, chirurgische instrumenten).
- Verscheidenheid van oppervlakken: gepolijst (spiegel), geborsteld (mat), geplaatst (PVD), enz.
4. milieuvriendelijk en recyclebaar
- 100% recyclebaar: afval van roestvrij staal kan rechtstreeks opnieuw worden gesmolten zonder dat de prestaties afnemen.
- lange levensduur: de levensduur van roestvrij staal dat in de bouw wordt gebruikt (zoals 316L gordijnmuur) kan meer dan 50 jaar bereiken, waardoor de verspilling van hulpbronnen wordt verminderd.
5Economische ontwikkeling (langetermijnperspectief)
- Aanvankelijke kosten: roestvrij staal is 2 tot 3 keer hoger dan koolstofstaal, maar is onderhoudsvrij (geen roestbehandelingen vereist).
- Geval:Chemische opslagbank: koolstofstaal moet regelmatig worden vervangen, eenmalige investering in roestvrij staal is kosteneffectiever.
Wanneer moet je niet voor roestvrij staal kiezen?
1- Extreme begrotingsbeperkingen: koolstofstaal + roestbestendige coating kunnen voor korte termijnprojecten worden gebruikt.
2De vraag naar ultralichtgewicht: aluminiumlegering of titaniumlegering (zoals lucht- en ruimtevaart).
3Ultrahoge temperatuuromgeving: legeringen op basis van nikkel (zoals Inconel) zijn hittebestendig.
