Λεπτομερή εξήγηση της διαδικασίας παραγωγής μετάλλων
Η παραγωγή μεταλλικών υλικών περιλαμβάνει πολλαπλά βήματα από την εξόρυξη του μεταλλίου μέχρι το τελικό προϊόν.,Η βιομηχανική διαδικασία παραγωγής των τυπικών μετάλλων είναι η εξής:
1Ορυχεία και κατεργασία μετάλλων
(1) Εξόρυξη μεταλλεύματος
- σιδηρομεταλλεύματα (αιματίτης Fe2O3, μαγνητίτης Fe3O4)
- Βοξίτης (Al2O3)
- Χαλκοπυρίτης CuFeS2
Μέθοδος: ανοιχτό ορυχείο ή υπόγεια ορυχεία.
(2) Συσκευή μεταλλεύματος
- Σπασμός και άλεση: σπασμός του μεταλλεύματος σε λεπτά σωματίδια.
- Φλοτάρισμα/μαγνητικός διαχωρισμός: διαχωρισμός των μεταλλικών μετάλλων από τις προσμείξεις (όπως η χρήση μαγνητικού διαχωριστή για την εξαγωγή συμπυκνωμένου σιδήρου).
- Συγκεντρώσεις: για την παραγωγή ορυκτών υψηλής καθαρότητας (π.χ. συγκεντρώματα σιδήρου που περιέχουν περισσότερο από 60% σιδήρου).
2. Έλιξη (εκχύλιση μετάλλων)
(1) Πυρομεταλλουργία (μείωση υψηλής θερμοκρασίας)
Εφαρμόσιμα μέταλλα: σίδηρος, χαλκός, μόλυβδος, ψευδάργυρος κλπ.
- Εργασία σιδήρου σε ψηλούς φούρνους:
- Πρωτοϋλικά: σιδηρομεταλλεύματα + κοξ (μείωση) + ασβεστόλιθοι (πύρο).
- Αντίδραση: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (θερμοκρασία 1500°C).
- Προϊόν: χάλυβας (περιέχει 2-4% άνθρακα, απαιτεί περαιτέρω μεταποίηση χάλυβα).
- Μετατροπές και ηλεκτρικοί φούρνοι τόξου:
- Αποκαρβουρίωση: φούσκωση οξυγόνου για τη μείωση της περιεκτικότητας σε άνθρακα του χάλυβα (όπως στην μετατροπική χάλυβα για 15-20 λεπτά).
- Σύνθεση: προσθήκη χρωμίου, νικελίου κλπ. για την παραγωγή ανοξείδωτου χάλυβα.
(2) Υδρομεταλλουργία (χημική διάλυση)
Εφαρμόσιμα μέταλλα: αλουμίνιο, χρυσός, ουράνιο κλπ.
- Διαδικασία Bayer για το αλουμίνιο:
1. Bauxite + NaOH → διαλύουν Al2O3.
2Ηλεκτρολύει το οξείδιο του αλουμινίου (Al2O3) για την παραγωγή καθαρού αλουμινίου (διαδικασία Hall-Héroult).
(3) Ηλεκτρολυτική διύλιση
Εφαρμόσιμα μέταλλα: χαλκός (καθαρότητα 99,99%), ψευδάργυρος, νικέλιο.
- Χρησιμοποιείται χαλκό ως άνοδος, χρησιμοποιείται καθαρό χαλκό σαν κάθοδος και ηλεκτρολύεται διάλυμα θειικού χαλκού.
3Χύτευση και χύτευση
(1) Διοργάνωση
- Χύτευση με άμμο: χαμηλό κόστος, κατάλληλη για πολύπλοκα σχήματα (όπως κύλινδρο κινητήρα).
- Συνεχής χύτευση: άμεση παραγωγή σιδηροειδών και πλακών αλουμινίου (βελτίωση της αποδοτικότητας).
(2) Εργασία σε θερμότητα
- Ζεστή έλαση: θέρμανση πάνω από την θερμοκρασία ανακρυσταλλώσεως και έλαση (όπως οι πλάκες χάλυβα και οι σωλήνες χαλκού).
- Σφυρηλασία: τυποποίηση υπό πίεση (όπως στρογγυλοξάφτες και αεροπορικά εξαρτήματα).
(3) Εργασία σε κρύο
- Ψυχρή έλαση/έλαση: επεξεργασία σε θερμοκρασία δωματίου για την αύξηση της αντοχής (όπως φύλλα από ανοξείδωτο χάλυβα, σύρμα χαλκού).
- Τυποποίηση/κόψιμο: Κατασκευή τελικών εξαρτημάτων (π.χ. περιβλήματα αυτοκινήτων).
4Θερμική επεξεργασία
τεχνολογία
Στόχος
Δώστε ένα παράδειγμα
αναψυκτικό
Ελαφρύνει το μέταλλο και ανακουφίζει από την πίεση
Επενεργοποιημένο σύρμα χαλκού για τη βελτίωση της ευελιξίας
Σβήσιμο + θέρμανση
Βελτίωση της σκληρότητας και της αντοχής
Εργαλεία από χάλυβα
Επεξεργασία με διάλυμα
Ομοιόμορφα στοιχεία κράματος (π.χ. από ανοξείδωτο χάλυβα)
304 από ανοξείδωτο χάλυβα θερμαινόμενο στους 1100 °C
5Επεξεργασία επιφάνειας
- Πρόληψη της σκουριάς: ηλεκτροσίδεωση (σίδερος), ανωτισμός (αλουμίνιο).
- Αισθητική: γυαλιστερότητα (αντιαστροφικός ανοξείδωτος χάλυβας), ψεκασμός (χρωματική πλάκα αλουμινίου).
- Λειτουργική επικάλυψη: επικάλυψη PVD (ανθεκτικά σε φθορά εργαλεία).
6. Ελέγχος ποιότητας
- Ανάλυση σύνθεσης: Φασματομετρητής για ανίχνευση περιεκτικότητας σε στοιχεία.
- Μηχανολογικές δοκιμές: δοκιμές ελαστικότητας, δοκιμές σκληρότητας.
- Μη καταστροφικές δοκιμές: εξέταση με ακτίνες Χ, υπερηχητική ανίχνευση ρωγμών.
Λεπτομερή εξήγηση της διαδικασίας παραγωγής κράματος
Τα κράματα είναι υλικά που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα μέταλλα (ή από μέταλλα και μη μέταλλα) μέσω σύντηξης, συγκόλλησης ή άλλων διαδικασιών και έχουν καλύτερες ιδιότητες από τα καθαρά μέταλλα, όπως μεγαλύτερη αντοχή,αντοχή στη διάβρωση ή ειδικές λειτουργίεςΗ ακόλουθη είναι μια τυπική διαδικασία παραγωγής κράματος:
1Προετοιμασία πρώτων υλών
- Κύρια μεταλλικά υπόστρωμα: σίδηρο (Fe), αλουμίνιο (Al), χαλκό (Cu), νικέλιο (Ni), κλπ.
- Συσκευές από κράμα:
- Βελτιωμένες επιδόσεις: χρώμιο (Cr), μολυβδένιο (Mo), μαγγάνιο (Mn), πυρίτιο (Si), κλπ.
- Βελτιωμένη επεξεργασιμότητα: άνθρακας (C), θείο (S), φωσφόρος (P) (η περιεκτικότητα πρέπει να ελέγχεται αυστηρά).
- Βοηθητικά υλικά: ρεύμα (όπως ο ασβεστόλιθος CaO), αποξειδωτικό (όπως το αλουμίνιο Al), προστατευτικό αέριο (όπως το άργον Ar).
2. Διαδικασία τήξης
(1) Υπολογισμός των συστατικών
Σύμφωνα με τη σύνθεση του στόχου του κράματος (όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας 304 απαιτεί 18%Cr+8%Ni), ζυγίστε με ακρίβεια τις πρώτες ύλες.
(2) Μέθοδος τήξης
Τρόπος τήξης
Σενάριο εφαρμογής
ιδιαιτερότητα
Ηλεκτρικός φούρνος τόξου (EAF)
Χάλυβα από ανοξείδωτο χάλυβα, ειδικό κράμα
Υψηλή θερμοκρασία (1600°C+), ακριβής έλεγχος της σύνθεσης
Φούρνος επαγωγής
Λύκη μικρής παρτίδας υψηλής καθαρότητας (όπως κράματα με βάση το νικέλιο)
Καμία ρύπανση, ομοιόμορφη σύνθεση
Μετατροπέας (AOD/VOD)
Ραφινάρισμα με αποκαρβονισμό από ανοξείδωτο χάλυβα
Χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα και μείωση της απώλειας χρωμίου
Βασικά βήματα:
- Έλιξη: Θέρμανση του μετάλλου σε υγρή κατάσταση (π.χ. περίπου 1500-1600°C για κράματα με βάση το σίδηρο).
- Σύνθεση: προσθήκη στοιχείων συναρμολόγησης (π.χ. χρώμιο, νικέλιο) και ανάμειξη για την ομοιόμορφη ανάμειξη.
- Επεξεργασία:
- Αποοξείδωση: προσθήκη αλουμινίου/πυριτίου για την αφαίρεση των προσμείξεων οξυγόνου.
- Αποσύλφωση/φώσφορος: Απομάκρυνση των επιβλαβών στοιχείων μέσω της αντίδρασης ροής (π.χ. CaO).
3Χύτευση ή συνεχής χύτευση
- Χύτευση καλούπιων: Το υγρό κράμα χύνεται σε καλούπι και ψύχεται για να σχηματιστεί (κατάλληλο για μικρές παρτίδες πολύπλοκων εξαρτημάτων).
- Συνεχή χύτευση: άμεση χύτευση σε πλάκες, τετράγωνες ή στρογγυλές πλάκες (κατάλληλη για μεγάλης κλίμακας παραγωγή, όπως σπείρες από ανοξείδωτο χάλυβα).
4- Καυτή δουλειά.
- Ζεστή έλαση: θέρμανση πάνω από την θερμοκρασία ανακρυσταλλώσεως (π.χ. 1100-1250°C για τον ανοξείδωτο χάλυβα) και έλαση σε πλάκες, ράβδους κλπ.
- Σφυρηλάτηση: Σφυρηλάτηση υπό πίεση (π.χ. σφυρηλάτηση αεροπορικών κράματος).
5. Εργασία σε κρύο (προαιρετική)
- Ψυχρή έλαση/έλαση: επεξεργασία σε θερμοκρασία δωματίου για την αύξηση της αντοχής (όπως φύλλα από ανοξείδωτο χάλυβα, σύρματα από κράμα χαλκού).
- Επεξεργασία: Εξάλειψη της σκληρότητας της εργασίας και αποκατάσταση της αντοχής (όπως η θερμοκρασία επεξεργασίας του 304 από ανοξείδωτο χάλυβα 1010-1120°C).
6Επεξεργασία επιφάνειας
- Απομάκρυνση: Απομάκρυνση της κλίμακας οξειδίου (μείγμα HNO3+HF για το ανοξείδωτο χάλυβα).
- Λάμψη: όπως ηλεκτροσίδεωση (σίδερος), επικάλυψη PVD (χρωματισμένος ανοξείδωτος χάλυβας).
7. Ελέγχος ποιότητας
- Ανάλυση σύνθεσης: το φασματομέτρο ανιχνεύει περιεχόμενο στοιχείων.
- Δοκιμή μηχανικών ιδιοτήτων: σκληρότητα, αντοχή σε έλξη, δοκιμή κρούσης.
- Μη καταστροφικές δοκιμές: ανίχνευση ελαττωμάτων με ακτίνες Χ, ανίχνευση εσωτερικών ελαττωμάτων με υπερήχους.
Η διαφορά μεταξύ μετάλλων και κράματος
1Μεταλλικό (καθαρό μέταλλο)
- Ορισμός: υλικό που αποτελείται από ένα μόνο μεταλλικό στοιχείο (π.χ. καθαρό σίδηρο, καθαρό χαλκό, καθαρό αλουμίνιο).
- Χαρακτηριστικά:
- Καλή ηλεκτρική/θερμική αγωγιμότητα, αλλά κακές μηχανικές ιδιότητες (μαλακότητα, εύκολη παραμόρφωση).
- Ενεργές χημικές ιδιότητες (όπως καθαρό σίδηρο εύκολα σκουριασμένο).
- Τυπική χρήση: σύρμα ( χαλκός), φύλλο αλουμινίου (αλουμίνιο) και άλλες σκηνές με υψηλές απαιτήσεις καθαρότητας.
2. κράμα
- Ορισμός: υλικό που σχηματίζεται από τη σύντηξη δύο ή περισσοτέρων μετάλλων (ή μετάλλων και μη μετάλλων).
- Χαρακτηριστικά:
- Βελτιστοποιεί τις ιδιότητες (δύναμη, αντοχή στη διάβρωση κλπ.) με προσαρμογή της σύνθεσης.
- Ο έλεγχος του κόστους (όπως η αντικατάσταση ενός μέρους του νικελίου με μαγγάνιο για τη μείωση του κόστους του ανοξείδωτου χάλυβα).
- Τυπικά παραδείγματα:
- από ανοξείδωτο χάλυβα (σίδηρο + χρώμιο + νικέλιο),
- Χαλκός ( χαλκός + ψευδάργυρος),
- κράμα αλουμινίου (αλουμίνιο + μαγνήσιο/πυρίτιο).
Γιατί να επιλέξετε προϊόντα από ανοξείδωτο χάλυβα;
Ο ανοξείδωτος χάλυβας (όπως 304, 316) είναι ένας κλασικός αντιπρόσωπος των κράμάτων με βάση το σίδηρο και τα βασικά πλεονεκτήματά του είναι τα ακόλουθα:
1Αντίσταση στη διάβρωση
- Ο ρόλος του χρωμίου: όταν η περιεκτικότητα σε χρώμιο είναι μεγαλύτερη από 10,5%, σχηματίζεται στην επιφάνεια ένα πυκνό φιλμ παθητικοποίησης οξειδίου του χρωμίου (Cr2O3) για την απομόνωση του οξυγόνου του νερού.
- Σύγκριση:
- Συχνός χάλυβας άνθρακα: εύκολο να σκουριάσει, απαιτεί πρόσθετη γαλβάνωση/χρωματισμό.
Αλουμίνιο: Αν και ανθεκτικό στην ατμοσφαιρική διάβρωση, αλλά όχι σε οξέα και αλκαλία.
2. Υψηλή αντοχή και αντοχή
- Σκληροποίηση εργασίας: Η αντοχή μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά μετά από ψυχρή έλαση (όπως η αντοχή σε έλαση 304 αυξάνεται κατά 50% μετά από ψυχρή έλαση).
- Δυναμικότητα σε υψηλές θερμοκρασίες: Ο αυστενίτης ανοξείδωτος χάλυβας (όπως ο 310S) παραμένει σταθερός στους 800 °C.
3Υγιεινή και αισθητική
- Χωρίς επικάλυψη: Δεν απαιτείται επικάλυψη ή βαφή για την αποφυγή μόλυνσης της επικάλυψης (εφαρμογές τροφίμων όπως εξοπλισμός κουζίνας, χειρουργικά όργανα).
- Ποικιλομορφία επιφανειών: γυαλισμένες (καθρέφτης), βουρτσισμένες (ματ), επικαλυμμένες (PVD), κλπ.
4- φιλικό προς το περιβάλλον και ανακυκλώσιμο
- 100% ανακυκλώσιμο: Τα απόβλητα από ανοξείδωτο χάλυβα μπορούν να ξαναλιωθούν άμεσα χωρίς εξασθένιση της απόδοσης.
- Διάρκεια ζωής: η διάρκεια ζωής του ανοξείδωτου χάλυβα που χρησιμοποιείται στην κατασκευή (όπως το τείχος κουρτίνας 316L) μπορεί να φθάσει τα περισσότερα από 50 έτη, μειώνοντας την σπατάλη πόρων.
5Οικονομία (μακροπρόθεσμη προοπτική)
- αρχικό κόστος: ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι 2 έως 3 φορές υψηλότερος από τον ανθρακικό χάλυβα, αλλά δεν απαιτείται συντήρηση (δεν απαιτείται αντισιώδης επεξεργασία).
- Υπόθεση:Χημική δεξαμενή αποθήκευσης: ο χάλυβας άνθρακα πρέπει να αντικαθίσταται τακτικά, η εφάπαξ επένδυση από ανοξείδωτο χάλυβα είναι πιο οικονομική.
Πότε να μην επιλέξουμε ανοξείδωτο χάλυβα;
1Εξαιρετικοί περιορισμοί του προϋπολογισμού: μπορεί να χρησιμοποιηθεί χάλυβα άνθρακα + αντιτρίχνης επίστρωση για βραχυπρόθεσμα έργα.
2- Υπερ-ελαφριά ζήτηση: κράμα αλουμινίου ή κράμα τιτανίου ελαφρύτερο (όπως αεροδιαστημικό).
3• Υψηλής θερμοκρασίας περιβάλλον: Τα κράματα με βάση το νικέλιο (όπως το Inconel) είναι πιο ανθεκτικά στη θερμότητα.
