Penjelasan rinci tentang proses produksi logam
Produksi bahan logam melibatkan beberapa langkah dari ekstraksi bijih hingga produk akhir. Aliran proses logam yang berbeda (seperti besi, aluminium, tembaga, dan baja tahan karat) berbeda,Berikut adalah proses produksi industri dari logam khas:
1. Pertambangan dan pengolahan bijih
(1) Pertambangan bijih
- Bijih besi (hematit Fe2O3, magnetit Fe3O4)
- Bauksit (Al2O3)
- Bijih tembaga (chalcopyrite CuFeS2)
Metode: pertambangan terbuka atau tambang bawah tanah.
(2) Pengolahan bijih
- Penghancur & penggilingan: menghancurkan bijih menjadi partikel halus.
- Flotasi / pemisahan magnetik: memisahkan mineral logam dari kotoran (seperti menggunakan pemisah magnetik untuk mengekstrak konsentrat besi).
- Konsentrat: untuk mendapatkan mineral dengan kemurnian tinggi (seperti konsentrat zat besi yang mengandung lebih dari 60% zat besi).
2. Pengeboran (ekstraksi logam)
(1) Pyrometallurgy (pengurangan suhu tinggi)
Logam yang dapat digunakan: besi, tembaga, timbal, seng, dll.
- Pembuatan besi tungku tinggi:
- Bahan baku: bijih besi + koksa (pembatasan) + batu kapur (flux).
- Reaksi: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (suhu 1500°C).
- Produk: besi mentah (mengandung 2-4% karbon, membutuhkan pembuatan baja lebih lanjut).
- Konverter / tungku busur listrik
- Dekarburisasi: meniup oksigen untuk mengurangi kandungan karbon dalam besi mentah (seperti pembuatan baja konverter selama 15-20 menit).
- Legasi: penambahan kromium, nikel, dll untuk membuat stainless steel.
(2) Hidrometallurgy (penyelesaian kimia)
Logam yang dapat digunakan: aluminium, emas, uranium, dll.
- Proses Bayer untuk aluminium:
1. Bauksit + NaOH → larut Al2O3.
2. Elektrolisis aluminium oksida (Al2O3) untuk mendapatkan aluminium murni (proses Hall-Héroult).
(3) Pemurnian elektrolitik
Logam yang dapat digunakan: tembaga (kesucian 99,99%), seng, nikel.
- Bijih tembaga digunakan sebagai anode, lembaran tembaga murni digunakan sebagai katode, dan larutan tembaga sulfat dielektrolisis.
3. Membuang dan membentuk
(1) Casting
- Pengeboran pasir: biaya rendah, cocok untuk bentuk yang kompleks (seperti silinder mesin).
- Pengeboran terus menerus: produksi langsung billet baja dan lempengan aluminium (peningkatan efisiensi).
(2) Pengolahan panas
- Hot rolling: pemanasan di atas suhu rekristalisasi dan rolling (seperti pelat baja dan tabung tembaga).
- Mempertukarkan: cetakan tekanan (seperti poros engkol dan bagian penerbangan).
(3) Pengolahan dingin
- Pengolahan pada suhu kamar untuk meningkatkan kekuatan (seperti lembaran stainless steel, kawat tembaga).
- Stamping/Potong: Pembuatan suku cadang akhir (seperti cangkang mobil).
4Pengolahan panas
teknologi
tujuan
Berikan contoh
penggilingan
Mempermudah logam dan mengurangi stres
Kawat tembaga yang dipanaskan untuk meningkatkan fleksibilitas
Pemadam + tempering
Meningkatkan kekerasan dan ketahanan
Alat baja alat
Pengolahan larutan
Elemen paduan seragam (misalnya, stainless steel)
304 stainless steel dipanaskan hingga 1100°C
5Pengolahan permukaan
- Pencegahan karat: galvanisasi (baja galvanisasi), anodisasi (aluminium).
- Estetika: polishing (stainless steel cermin), penyemprotan (plak aluminium warna).
- Lapisan fungsional: Lapisan PVD (alat tahan haus).
6. Pemeriksaan kualitas
- Analisis komposisi: Spektrometer untuk mendeteksi kandungan unsur.
- Pengujian mekanik: pengujian ketegangan, pengujian kekerasan.
- Pengujian tidak merusak: pemeriksaan sinar-X, deteksi retak ultrasonik.
Penjelasan rinci tentang proses produksi paduan
Paduan adalah bahan yang terbuat dari dua atau lebih logam (atau logam dan non-logam) melalui fusi, sintering atau proses lainnya, dan memiliki sifat yang lebih baik daripada logam murni, seperti kekuatan yang lebih tinggi,ketahanan korosi atau fungsi khususBerikut ini adalah proses produksi paduan khas:
1. Persiapan bahan baku
- Substrat logam utama: seperti besi (Fe), aluminium (Al), tembaga (Cu), nikel (Ni), dll.
- Elemen paduan:
- Kinerja yang lebih baik: kromium (Cr), molibdenum (Mo), mangan (Mn), silikon (Si), dll.
- Peningkatan kemampuan pengolahan: karbon (C), belerang (S), fosfor (P) (isi harus dikontrol secara ketat).
- Bahan tambahan: fluks (seperti batu kapur CaO), deoksidan (seperti aluminium Al), gas pelindung (seperti argon Ar).
2. Proses peleburan
(1) Perhitungan bahan
Berdasarkan komposisi paduan target (seperti 304 stainless steel membutuhkan 18%Cr+8%Ni), beratkan bahan baku dengan tepat.
(2) Metode peleburan
Mode peleburan
Skenario aplikasi
Keistimewaan
Tungku busur listrik (EAF)
Baja tahan karat, paduan khusus
Suhu tinggi (1600°C+), kontrol komposisi yang tepat
Tungku induksi
Paduan murni kecil (seperti paduan berbasis nikel)
Tidak ada polusi, komposisi yang seragam
Konverter (AOD/VOD)
Pengolahan stainless steel dekarbonisasi
Menurunkan kandungan karbon dan mengurangi kehilangan krom
Langkah-langkah utama:
- Peleburan: Pemanasan logam ke keadaan cair (misalnya sekitar 1500-1600 °C untuk paduan berbasis besi).
- Legasi: Menambahkan elemen paduan (misalnya kromium, nikel) dan mengaduk untuk memastikan pencampuran yang seragam.
- Memurniakan:
- Deoksidasi: Menambahkan aluminium/silikon untuk menghilangkan kotoran oksigen.
- Desulfurisasi/fosfor: Penghapusan unsur berbahaya melalui reaksi fluks (misalnya CaO).
3. Pengeboran atau pemboran terus menerus
- Pengeboran cetakan: paduan cair dituangkan ke dalam cetakan dan didinginkan untuk membentuk (cocok untuk batch kecil bagian kompleks).
- Pembuangan terus menerus: Pembuangan langsung ke dalam lempeng, billet persegi atau billet bulat (cocok untuk produksi skala besar, seperti gulungan baja tahan karat).
4. bekerja panas
- Hot rolling: Pemanasan ke atas suhu rekristalisasi (misalnya 1100-1250 °C untuk stainless steel) dan rolling ke dalam pelat, batang, dll.
- Mempertukarkan: Membentuk dengan tekanan (misalnya pemalsuan paduan penerbangan).
5Pengolahan dingin (opsional)
- Pengolahan pada suhu kamar untuk meningkatkan kekuatan (seperti lembaran stainless steel, kawat paduan tembaga).
- Annealing: Menghilangkan pengerasan kerja dan memulihkan ketahanan (seperti suhu annealing 304 stainless steel 1010-1120 °C).
6Pengolahan permukaan
- Penggorengan: Hapus sisik oksida (campuran HNO3 + HF untuk stainless steel).
- Polishing/plating: seperti electrogalvanizing (baja galvanis), PVD coating (baja stainless berwarna).
7. Pemeriksaan kualitas
- Analisis komposisi: Spektrometer mendeteksi kandungan unsur.
- Uji sifat mekanik: kekerasan, kekuatan tarik, uji benturan.
- pengujian non-destruktif: deteksi cacat sinar-X, deteksi ultrasonik dari cacat internal.
Perbedaan antara logam dan paduan
1. Logam (logam murni)
- Definisi: Bahan yang terdiri dari elemen logam tunggal (misalnya, besi murni, tembaga murni, aluminium murni).
- Fitur:
- Konduktivitas listrik / termal yang baik, tetapi sifat mekanik yang buruk (lembut, mudah berubah bentuk).
- Sifat kimia aktif (seperti besi murni yang mudah karat).
- Penggunaan khas: kawat (tembaga), foil aluminium (aluminium) dan adegan lainnya dengan persyaratan kemurnian yang tinggi.
2. Paduan
- Definisi: bahan yang terbentuk dari fusi dua atau lebih logam (atau logam dan non-logam).
- Fitur:
- Mengoptimalkan sifat (kekuatan, ketahanan korosi, dll) dengan menyesuaikan komposisi.
- Pengendalian biaya (seperti mengganti sebagian nikel dengan mangan untuk mengurangi biaya baja tahan karat).
- Contoh tipikal:
- Baja tahan karat (besi + kromium + nikel),
- Kuningan (tembaga + seng),
- paduan aluminium (aluminium + magnesium/silikon).
Mengapa memilih produk stainless steel?
Baja tahan karat (seperti 304, 316) adalah perwakilan klasik paduan berbasis besi, dan keuntungan utamanya adalah sebagai berikut:
1. ketahanan korosi
- Peran kromium: ketika kandungan kromium lebih dari 10,5%, sebuah film pasivasi kromium oksida (Cr2O3) padat terbentuk di permukaan untuk mengisolasi oksigen air.
- Perbandingan:
- Baja karbon biasa: mudah berkarat, membutuhkan galvanisasi / cat tambahan.
Aluminium: Meskipun tahan terhadap korosi atmosfer, tetapi tidak tahan terhadap asam dan alkali.
2. Kekuatan tinggi dan daya tahan
- Kekuatan kerja: Kekuatan dapat ditingkatkan secara signifikan setelah pengolahan dingin (seperti 304 kekuatan tarik meningkat 50% setelah pengolahan dingin).
- Kinerja suhu tinggi: Baja tahan karat austenit (seperti 310S) tetap stabil pada 800 ° C.
3. higienis dan estetika
- Tidak ada lapisan: Tidak ada lapisan atau cat yang diperlukan untuk menghindari kontaminasi lapisan (aplikasi kelas makanan seperti peralatan dapur, instrumen bedah).
- Keanekaragaman permukaan: dipoles (cermin), disikat (matte), dilapisi (PVD), dll
4. ramah lingkungan dan dapat didaur ulang
- 100% dapat didaur ulang: Limbah stainless steel dapat langsung dilelehkan kembali tanpa performa yang lemah.
- Umur panjang: umur baja tahan karat yang digunakan dalam konstruksi (seperti dinding tirai 316L) dapat mencapai lebih dari 50 tahun, mengurangi limbah sumber daya.
5Ekonomi (perspektif jangka panjang)
- Biaya awal: baja tahan karat 2 sampai 3 kali lebih tinggi daripada baja karbon, tetapi bebas pemeliharaan (tidak memerlukan perawatan anti karat).
- Kasus:Tank penyimpanan kimia: baja karbon perlu diganti secara teratur, investasi satu kali baja tahan karat lebih hemat biaya.
Kapan tidak memilih stainless steel?
1Keterbatasan anggaran yang ekstrim: baja karbon + lapisan anti karat dapat digunakan untuk proyek jangka pendek.
2Permintaan ultra ringan: paduan aluminium atau paduan titanium lebih ringan (seperti kedirgantaraan).
3Lingkungan suhu yang sangat tinggi: Paduan berbasis nikel (seperti Inconel) lebih tahan panas.
