Detaillierte Erläuterungen des Metallproduktionsprozesses
Die Herstellung von Metallmaterialien umfasst mehrere Schritte von der Erzgewinnung bis zum Endprodukt.,Das folgende ist der industrielle Produktionsprozess typischer Metalle:
1Bergbau und Erzverdressing
(1) Erzbergbau
- Eisenerz (Hämatit Fe2O3, Magnetit Fe3O4)
- Bauxit (Al2O3)
- Kupfererz (Chalcopyrit CuFeS2)
Methode: Tagebau oder unterirdische Bergbau.
(2) Erzdressing
- Brechen und Schleifen: Zerkleinern des Erzes in feine Partikel.
- Flotation/magnetische Trennung: Trennung von Metallmineralien von Verunreinigungen (z. B. mit einem magnetischen Trennmittel zur Extraktion von Eisenkonzentrat).
- Konzentrat: zur Gewinnung von hochreinen Mineralien (z. B. Eisenkonzentrat mit einem Gehalt an Eisen von mehr als 60%).
2. Schmelzen (Metallgewinnung)
(1) Pyrometallurgie (Hochtemperaturreduktion)
Anwendbare Metalle: Eisen, Kupfer, Blei, Zink usw.
- Eisenherstellung im Hochofen:
- Rohstoffe: Eisenerz + Koks (Reduktionsmittel) + Kalkstein (Flux).
- Reaktion: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (Temperatur 1500°C).
- Erzeugnis: Rohstahl (mit einem Kohlenstoffgehalt von 2 bis 4%, der zur weiteren Stahlherstellung erforderlich ist).
- Stahlherstellung mit Umwandler/elektrischen Bogenöfen
- Dekarburisierung: Sauerstoffblasen zur Verringerung des Kohlenstoffgehalts von Rohstahl (z. B. in der Stahlkonverterherstellung für 15-20 Minuten).
- Legierung: Zugabe von Chrom, Nickel usw. zur Herstellung von Edelstahl.
(2) Hydrometallurgie (chemische Lösungen)
Anwendbare Metalle: Aluminium, Gold, Uran usw.
- Bayer-Verfahren für Aluminium:
1. Bauxit + NaOH → lösen Al2O3 auf.
2. Aluminiumoxid (Al2O3) zu reinem Aluminium (Hall-Héroult-Verfahren) elektrolisieren.
(3) Elektrolytische Raffination
Anwendbare Metalle: Kupfer (Reinheit 99,99%), Zink, Nickel.
- Kupfererz wird als Anode, reines Kupferblech als Kathode verwendet und die Kupfersulfatlösung wird elektrolyisiert.
3. Gießerei und Formen
(1) Casting
- Sandguss: kostengünstig, geeignet für komplexe Formen (z. B. Motorzylinder).
- Kontinuierliches Gießen: direkte Produktion von Stahl- und Aluminiumplatten (verbesserte Effizienz).
(2) Warmbearbeitung
- Warmwalzen: Erhitzen bis über die Wiederkristallisierungstemperatur und Walzen (z. B. Stahlplatten und Kupferrohre).
- Schmieden: Druckguss (z. B. Kurbelwellen und Flugzeugteile).
(3) Kaltbearbeitung
- Kaltwalzen/Ziehen: Verarbeitung bei Raumtemperatur zur Erhöhung der Festigkeit (z. B. Edelstahlbleche, Kupferdraht).
- Stempeln/Schneiden: Herstellung von Endteilen (z. B. Autohülsen).
4. Wärmebehandlung
Technologie
Ziel
Gib ein Beispiel.
Verhüllung
Das Metall erweichen und die Belastung lindern
Verbrannte Kupferdrähte zur Verbesserung der Duktilität
Auslöschen + Härten
Verbesserung der Härte und Zähigkeit
Werkzeug aus Stahl
Lösungsbehandlung
Einheitliche Legierungselemente (z. B. aus Edelstahl)
304 rostfreier Stahl, erhitzt auf 1100 °C
5. Oberflächenbehandlung
- Rostverhütung: Elektrogalvanierung (Ziegelstahl), Anodisierung (Aluminium).
- Ästhetik: Polieren (Spiegel-Edelstahl), Sprühen (farbige Aluminiumplatte).
- Funktionale Beschichtung: PVD-Beschichtung (verschleißfestes Werkzeug).
6. Qualitätskontrolle
- Zusammensetzungsanalyse: Spektrometer zum Nachweis des Elementgehalts.
- Mechanische Prüfungen: Zugprüfung, Härteprüfung.
- Nicht zerstörerischer Test: Röntgenuntersuchung, Ultraschall-Risserkennung.
Ausführliche Erläuterungen zum Produktionsprozess der Legierung
Legierungen sind Materialien, die aus zwei oder mehr Metallen (oder Metallen und Nichtmetallen) durch Fusion, Sintern oder andere Verfahren hergestellt werden und bessere Eigenschaften haben als reine Metalle, wie z. B. höhere Festigkeit,Korrosionsbeständigkeit oder spezielle FunktionenHier ist ein typisches Verfahren zur Herstellung von Legierungen:
1. Vorbereitung der Rohstoffe
- Hauptsubstrate aus Metall: Eisen (Fe), Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) usw.
- Legierte Elemente:
- Verbesserte Leistungsfähigkeit: Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Mangan (Mn), Silizium (Si) usw.
- Verbesserte Verarbeitbarkeit: Kohlenstoff (C), Schwefel (S), Phosphor (P) (Inhalt muss streng kontrolliert werden).
- Hilfsstoffe: Fluss (wie Kalkstein CaO), Deoxidizer (wie Aluminium Al), Schutzgas (wie Argon Ar).
2. Schmelzprozess
(1) Berechnung der Zutaten
Gemäß der Zusammensetzung der Ziellegierung (z. B. Edelstahl 304 benötigt 18%Cr+8%Ni) werden die Rohstoffe genau gewogen.
(2) Schmelzmethode
Schmelzmodus
Anwendungsszenario
Besonderheit
Elektrische Lichtbogenofen (EAF)
Stabstahl, Speziallegierung
Hohe Temperatur (1600°C+), präzise Kompositionskontrolle
Schmelzkörper
Kleinserien hochreine Legierungen (z. B. Legierungen auf Nickelbasis)
Keine Verschmutzung, einheitliche Zusammensetzung
Umrechner (AOD/VOD)
Raffination durch Dekarbonisierung von Edelstahl
Senkung des Kohlenstoffgehalts und Verringerung des Chromverlustes
Schlüsselschritte:
- Schmelzen: Erhitzen des Metalls zum flüssigen Zustand (z.B. ca. 1500-1600°C bei Eisenlegierungen).
- Legierung: Hinzufügen von Legierungselementen (z.B. Chrom, Nickel) und Rühren zur gleichmäßigen Mischung.
- Veredelung:
- Deoxidation: Hinzufügen von Aluminium/Silizium zur Beseitigung von Sauerstoffverunreinigungen.
- Desulfurisierung/Phosphor: Entfernung schädlicher Elemente durch Flux (z.B. CaO) Reaktion.
3Gießerei oder fortlaufende Gießerei
- Formguss: Eine flüssige Legierung wird in eine Form gegossen und gekühlt (für kleine Chargen komplexer Teile geeignet).
- Kontinuierliches Gießen: Direktgießen in Platten, Quadrat- oder Rundenbilletten (für die Großproduktion geeignet, z. B. Edelstahlspulen).
4Heiß arbeitend.
- Warmwalzen: Erhitzen bis über die Wiederkristallisierungstemperatur (z.B. 1100-1250°C für Edelstahl) und Walzen in Platten, Stangen usw.
- Schmieden: Druckgeformung (z.B. Schmieden aus Luftfahrtlegierungen).
5. Kaltbearbeitung (optional)
- Kaltwalzen/Ziehen: Verarbeitung bei Raumtemperatur zur Erhöhung der Festigkeit (z. B. Edelstahlbleche, Kupferlegerungen).
- Glühen: Beseitigen Sie die Verhärtung und wiederherstellen Sie die Zähigkeit (z. B. Glühenstemperatur von 304 rostfreiem Stahl 1010-1120°C).
6. Oberflächenbehandlung
- Beikühlen: Entfernen von Oxidschalen (HNO3+HF-Gemisch für Edelstahl).
- Polieren/Bleichen: z. B. Elektrogalvanieren (galvanisierter Stahl), PVD-Beschichtung (farbiger Edelstahl).
7. Qualitätskontrolle
- Zusammensetzungsanalyse: Spektrometer erkennt Elementgehalt.
- Prüfung der mechanischen Eigenschaften: Härte, Zugfestigkeit, Aufprallprüfung.
- Nichtzerstörende Prüfung: Röntgenfehlererkennung, Ultraschallerkennung von inneren Defekten.
Unterschied zwischen Metallen und Legierungen
1. Metall (reines Metall)
- Definition: Material, das aus einem einzigen metallischen Element besteht (z.B. reines Eisen, reines Kupfer, reines Aluminium).
- Eigenschaften:
- Gute elektrische/thermische Leitfähigkeit, aber schlechte mechanische Eigenschaften (weich, leicht verformbar).
- aktive chemische Eigenschaften (z. B. reines Eisen, das leicht rostet).
- Typischer Einsatz: Draht (Kupfer), Aluminiumfolie (Aluminium) und andere Szenen mit hohen Reinheitsanforderungen.
2. Legierung
- Definition: Material, das durch die Verschmelzung von zwei oder mehr Metallen (oder Metall und Nichtmetall) gebildet wird.
- Eigenschaften:
- Optimiert Eigenschaften (Haltbarkeit, Korrosionsbeständigkeit usw.) durch Anpassung der Zusammensetzung.
- Kostenkontrolle (z. B. Ersatz eines Teils des Nickels durch Mangan zur Senkung der Kosten für Edelstahl).
- Typische Beispiele:
- Edelstahl (Eisen + Chrom + Nickel),
- Messing (Kupfer + Zink),
- Aluminiumlegierung (Aluminium + Magnesium/Silizium).
Warum wählen Sie Edelstahlprodukte?
Edelstahl (z. B. 304, 316) ist ein klassischer Vertreter von Legierungen auf Eisenbasis und weist folgende Vorteile auf:
1. Korrosionsbeständigkeit
- Die Rolle des Chroms: Bei einem Chromgehalt von mehr als 10,5% bildet sich auf der Oberfläche eine dichte Passivationsfolie aus Chromoxid (Cr2O3) zur Isolierung von Wassersauerstoff.
- Vergleiche:
- Gewöhnlicher Kohlenstoffstahl: leicht rostbar, erfordert zusätzliche Verzinkung/Bemalung.
Aluminium: Obwohl es atmosphärischer Korrosion widerstandsfähig ist, aber nicht Säure und Alkali.
2. Hohe Festigkeit und Langlebigkeit
- Arbeitshärtung: Die Festigkeit kann nach dem Kaltwalzen erheblich verbessert werden (z. B. bei 304 erhöht sich die Zugfestigkeit nach dem Kaltwalzen um 50%).
- Hohe Temperaturleistung: Austenitischer Edelstahl (z. B. 310S) bleibt bei 800 °C stabil.
3. Hygiene und Ästhetik
- Keine Beschichtung: Um eine Beschichtungskontamination zu vermeiden, ist keine Beschichtung oder Farbe erforderlich (Anwendungen für Lebensmittel wie Küchengeräte, chirurgische Instrumente).
- Oberflächenvielfalt: poliert (Spiegel), gebürstet (matte), plattiert (PVD) usw.
4Umweltfreundlich und recycelbar
- 100% recycelbar: Abfälle aus Edelstahl können ohne Leistungsverlust direkt neu geschmolzen werden.
- Langlebigkeit: Die Lebensdauer von Edelstahl im Baugewerbe (wie 316L Vorhangwand) kann mehr als 50 Jahre betragen, wodurch die Ressourcenverschwendung verringert wird.
5Wirtschaft (Langzeitperspektive)
- Anfangskosten: Edelstahl ist 2 bis 3 Mal höher als Kohlenstoffstahl, ist aber wartungsfrei (keine Rostbehandlung erforderlich).
- Fall: Chemikalienlager: Kohlenstoffstahl muss regelmäßig ersetzt werden, einmalige Investition in Edelstahl ist kostengünstiger.
Wann sollte man sich nicht für Edelstahl entscheiden?
1Extreme Budgetbeschränkungen: Kohlenstoffstahl + rostfeste Beschichtung können für kurzfristige Projekte verwendet werden.
2- Ultraleichtgewicht: Aluminiumlegierung oder Titanlegierung leichter (z. B. Luftfahrt).
3. Ultrahochtemperaturumgebung: Legierungen auf Nickelbasis (wie Inconel) sind wärmebeständiger.
