Подробное объяснение процесса производства металла
Производство металлических материалов включает в себя несколько этапов от добычи руды до конечного продукта.,Вот промышленный процесс производства типичных металлов:
1. Добыча и переработка руды
(1) Добыча руды
- железная руда (гематит Fe2O3, магнетит Fe3O4)
- Боксит (Al2O3)
- Медная руда (халкопирит CuFeS2)
Способ: открытая или подземная шахта.
(2) Окрашивание руды
- Дробление: дробление руды на мелкие частицы.
- Флотация/магнитное отделение: отделение металломинералов от примесей (например, использование магнитного сепаратора для извлечения железного концентрата).
- Концентрат: для получения минералов высокой чистоты (например, железоконцентрат, содержащий более 60% железа).
2. Сплавление (экстракция металлов)
(1) Пирометаллургия (снижение высокой температуры)
Применимые металлы: железо, медь, свинец, цинк и т.д.
- Высокопечье железоделание:
- сырье: железная руда + кокс (редуцирующее средство) + известняк (флюкс).
- Реакция: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (температура 1500°C).
- Продукт: чугун (содержащий 2-4% углерода, требующий дальнейшего производства стали).
- Конвертные/электрические дуговые печи, металлургия:
- Декарбуризация: вдыхание кислорода для уменьшения содержания углерода в сыром железе (например, в сталелитейном преобразователе в течение 15-20 минут).
- Сплавление: добавление хрома, никеля и т.д. для получения нержавеющей стали.
(2) Гидрометаллургия (химическое растворение)
Применимые металлы: алюминий, золото, уран и т.д.
- Процесс Бейера для алюминия:
1. Боксит + NaOH → растворяют Al2O3.
2Электролизировать оксид алюминия (Al2O3) для получения чистого алюминия (процесс Холла-Геро).
(3) Рафинирование электролитом
Применимые металлы: медь (чистота 99,99%), цинк, никель.
- Медная руда используется в качестве анода, чистый медной лист используется в качестве катода, а раствор сульфата меди электролизируется.
3Отливка и литье
(1) Кастинг
- Отливка песком: низкая стоимость, подходящая для сложных форм (например, цилиндра двигателя).
- непрерывный литье: прямое производство стальных баллонов и алюминиевых плит (улучшенная эффективность).
(2) Горячая обработка
- горячая прокатка: нагревание до температуры превышения температуры рекристаллизации и прокатка (например, стальных плит и медных труб).
- ковка: литья под давлением (например, коленчатые валы и авиационные детали).
(3) Холодная обработка
- холодная прокатка/протяжка: обработка при комнатной температуре для повышения прочности (например, листы из нержавеющей стали, медный провод).
- штамповка/резание: изготовление конечных деталей (например, оболочек автомобилей).
4Тепловая обработка
технологии
Цель
Приведите пример
отжимание
Умягчить металл и снять напряжение
Медная проволока, прожектованная для повышения пластичности
Сжигание + закаливание
Улучшить твердость и выносливость
Инструмент из стали
Обработка раствором
Единообразные легирующие элементы (например, из нержавеющей стали)
304 из нержавеющей стали, нагретая до 1100°C
5Обработка поверхности
- Предотвращение ржавчины: электрогальванизация (гальванизированная сталь), анодирование (алюминий).
- Эстетика: полировка (зеркальная нержавеющая сталь), опрыскивание (цветная алюминиевая плита).
- Функциональное покрытие: покрытие ПВД (оборудование, устойчивое к износу).
6Проверка качества
- Анализ состава: спектрометр для обнаружения содержания элементов.
- Механические испытания: испытание на прочность, испытание на твердость.
- Неразрушительные испытания: рентгеновская инспекция, ультразвуковое обнаружение трещин.
Подробное объяснение процесса производства сплава
Сплавы - это материалы, изготовленные из двух или более металлов (или металлов и неметаллов) путем синтеза, синтерации или других процессов, и обладающие лучшими свойствами, чем чистые металлы, такими как более высокая прочность,устойчивость к коррозии или специальные функцииНиже приведен типичный процесс производства сплавов:
1Приготовление сырья
- Основные металлические субстраты: железо (Fe), алюминий (Al), медь (Cu), никель (Ni) и т.д.
- Сплавные элементы:
- Улучшенные характеристики: хром (Cr), молибден (Mo), марганц (Mn), кремний (Si) и т.д.
- Улучшенная обрабатываемость: углерод (C), сера (S), фосфор (P) (содержание должно строго контролироваться).
- вспомогательные материалы: потоки (например, известняк CaO), деоксидаторы (например, алюминий Al), защитные газы (например, аргон Ar).
2Процесс плавления
(1) Расчет ингредиента
В соответствии с целевым составом сплава (например, для 304 нержавеющей стали требуется 18%Cr+8%Ni) точно взвесить сырье.
(2) Способ плавления
Режим плавки
Сценарий применения
особенность
Электрическая дуговая печь (EAF)
Нержавеющая сталь, специальный сплав
Высокая температура (1600°C+), точный контроль состава
Индукционная печь
Сплавы высокой чистоты небольших партий (например, сплавы на основе никеля)
Никакого загрязнения, равномерный состав
Преобразователь (AOD/VOD)
Декарбонизационная переработка нержавеющей стали
Снижение содержания углерода и снижение потерь хрома
Ключевые шаги:
- Плавление: нагревание металла до жидкого состояния (например, около 1500-1600°C для сплавов на основе железа).
- легирование: добавление легирующих элементов (например, хрома, никеля) и перемешивание для обеспечения равномерного смешивания.
- Рафинирование:
- Деоксидация: добавление алюминия/кремния для удаления кислородных примеси.
- Десульфуризация/фосфор: удаление вредных элементов посредством реакции потока (например, CaO).
3Отливка или непрерывный отлив
- Отливка форм: жидкий сплав заливается в форму и охлаждается до формирования (подходит для небольших партий сложных деталей).
- непрерывное литье: прямое литье в плиты, квадратные или круглые плиты (подходит для крупномасштабного производства, например, катушек из нержавеющей стали).
4Горячая работа.
- горячее прокат: нагревание до температуры превышения температуры рекристаллизации (например, 1100-1250°C для нержавеющей стали) и прокат в пластины, стержни и т.д.
- ковка: формование под давлением (например, ковки из авиационных сплавов).
5Холодная обработка (необязательно)
- холодная прокатка/натяжка: обработка при комнатной температуре для повышения прочности (например, листы из нержавеющей стали, провода из медного сплава).
- Отжигание: устраняет отверждение и восстанавливает прочность (например, температура отжигания 304 нержавеющей стали 1010-1120 °C).
6Обработка поверхности
- Очистка: удаление окислительной чешуи (смесь HNO3+HF для нержавеющей стали).
- Полировка/покрытие: например, электрогальванизация (гальванизированная сталь), ПВД-покрытие (цветная нержавеющая сталь).
7Проверка качества
- Анализ состава: спектрометр обнаруживает содержание элементов.
- Испытание механических свойств: твердость, прочность на растяжение, ударное испытание.
- Неразрушительные испытания: рентгеновское обнаружение дефектов, ультразвуковое обнаружение внутренних дефектов.
Разница между металлами и сплавами
1. Металл (чистый металл)
- Определение: Материал, состоящий из одного металлического элемента (например, чистое железо, чистое медь, чистое алюминий).
- Особенности:
- Хорошая электрическая/теплопроводность, но плохие механические свойства (мягкие, легко деформируемые).
- Активные химические свойства (например, чистое железо легко ржавеет).
- Типичное применение: проволока (медная), алюминиевая фольга (алюминиевая) и другие сцены с высокими требованиями чистоты.
2Сплав
- Определение: материал, образованный путем слияния двух или более металлов (или металла и неметалла).
- Особенности:
- Оптимизирует свойства (прочность, коррозионную стойкость и т.д.) путем корректировки состава.
- контроль затрат (например, замена части никеля марганцем для снижения стоимости нержавеющей стали).
- Типичные примеры:
- Нержавеющая сталь (железо + хром + никель),
- латунь (мед + цинк),
- Сплав алюминия (алюминий + магний/кремний).
Почему выбирать изделия из нержавеющей стали?
Нержавеющая сталь (например, 304 и 316) является классическим представителем сплавов на основе железа, и ее основные преимущества следующие:
1. Сопротивляемость коррозии
- Роль хрома: при содержании хрома более 10,5% на поверхности образуется плотная пассивационная пленка оксида хрома (Cr2O3) для изоляции кислорода в воде.
- Сравнение:
- Обычная углеродистая сталь: легко ржавеет, требует дополнительной оцинкования/краски.
Алюминий: Хотя он устойчив к атмосферной коррозии, но не устойчив к кислотам и щелочам.
2Высокая прочность и долговечность
- Упрощение работы: прочность может быть значительно улучшена после холодной прокатки (например, прочность 304 увеличивается на 50% после холодной прокатки).
- Высокотемпературные характеристики: аустенитная нержавеющая сталь (например, 310S) остается стабильной при 800 °C.
3Гигиена и эстетика
- отсутствие покрытия: для предотвращения загрязнения покрытия не требуется покрытия или окраски (приложения пищевого качества, такие как кухонное оборудование, хирургические инструменты).
- разнообразие поверхностей: полированные (зеркальные), расчесываемые (матовые), покрытые (PVD) и т.д.
4Экологически чистые и перерабатываемые
- 100% перерабатываемая: отходы из нержавеющей стали могут быть переплавлены непосредственно без снижения производительности.
- Долгий срок службы: срок службы нержавеющей стали, используемой в строительстве (например, 316L шторная стена) может достигать более 50 лет, уменьшая потерю ресурсов.
5Экономика (долгосрочная перспектива)
- Первоначальная стоимость: нержавеющая сталь в 2-3 раза выше, чем углеродистая сталь, но она не требует технического обслуживания (не требует антиржавеющей обработки).
- Случай:Химический резервуар: углеродистую сталь необходимо регулярно заменять, нержавеющая сталь - это более экономичная инвестиция.
Когда не выбрать нержавеющую сталь?
1Экстремальные бюджетные ограничения: углеродистая сталь + антиржавое покрытие могут использоваться для краткосрочных проектов.
2Сверхлегкий спрос: алюминиевая или титановая сплавы легче (например, аэрокосмическая).
3Ультравысокотемпературная среда: сплавы на основе никеля (например, Inconel) более теплоустойчивы.
