Explicación detallada del proceso de producción de metales
La producción de materiales metálicos implica múltiples pasos desde la extracción del mineral hasta el producto final.,El siguiente es el proceso de producción industrial de metales típicos:
1Minería y procesamiento de minerales
(1) Minería de mineral
- mineral de hierro (hematita Fe2O3, magnetita Fe3O4)
- Bauxita (Al2O3)
- mineral de cobre (calcopirita CuFeS2)
Método: minas a cielo abierto o subterráneas.
(2) Envasado de mineral
- Trituración y molienda: trituración del mineral en partículas finas.
- Flotación/separación magnética: separación de los minerales metálicos de las impurezas (por ejemplo, el uso de un separador magnético para extraer el concentrado de hierro).
- Concentrado: obtención de minerales de alta pureza (como el concentrado de hierro que contiene más del 60% de hierro).
2Fusión (extracción de metales)
(1) Pirometalurgia (reducción a altas temperaturas)
Los metales aplicables: hierro, cobre, plomo, zinc, etc.
- Fabricación de hierro en altos hornos:
- materias primas: mineral de hierro + coque (reducidor) + piedra caliza (flujo).
- Reacción: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (temperatura 1500°C).
- Producto: hierro crudo (con un contenido de carbono del 2 al 4%, que requiere una mayor fabricación del acero).
- Fabricación de acero con convertidores y hornos de arco eléctrico:
- Descarburizado: soplado de oxígeno para reducir el contenido de carbono en el hierro crudo (como en la conversión de acero durante 15-20 minutos).
- Aleación: adición de cromo, níquel, etc. para obtener acero inoxidable.
(2) Hidrometalurgia (dissolución química)
Los metales aplicables: aluminio, oro, uranio, etc.
- Proceso Bayer para el aluminio:
1. Bauxita + NaOH → disuelven Al2O3.
2. Electrolízanse el óxido de aluminio (Al2O3) para obtener aluminio puro (proceso de Hall-Héroult).
(3) Refinado electrolítico
Metales aplicables: cobre (puridad 99,99%), zinc y níquel.
- El mineral de cobre se utiliza como ánodo, la lámina de cobre puro se utiliza como cátodo y la solución de sulfato de cobre se electroliza.
3. fundición y moldeo
(1) El casting
- fundición en arena: bajo coste, adecuado para formas complejas (como el cilindro del motor).
- fundición continua: producción directa de vigas de acero y losas de aluminio (mejor eficiencia).
(2) Trabajo en caliente
- Laminación en caliente: calentamiento por encima de la temperatura de recristalización y laminación (como las placas de acero y los tubos de cobre).
- Forja: moldeo a presión (por ejemplo, cigüeñas y piezas de aviación).
(3) Trabajo en frío
- laminado en frío: procesamiento a temperatura ambiente para aumentar la resistencia (por ejemplo, chapas de acero inoxidable, alambre de cobre).
- Estampado/corte: fabricación de piezas finales (por ejemplo, carcasas de automóviles).
4Tratamiento térmico
tecnología
el objetivo
Dé un ejemplo.
el anillo
Suavizar el metal y aliviar el estrés
Cables de cobre recocidos para mejorar la ductilidad
Apagado + templado
Mejora la dureza y la dureza
Herramientas de acero
Tratamiento con solución
Elementos de aleación uniformes (por ejemplo, acero inoxidable)
Acero inoxidable 304 calentado a 1100 °C
5Tratamiento de la superficie
- Prevención de la corrosión: electrogalvanización (acero galvanizado), anodizado (aluminio).
- Estética: pulido (acero inoxidable espejo), pulverización (placa de aluminio de color).
- Revestimiento funcional: Revestimiento PVD (herramientas resistentes al desgaste).
6Inspección de calidad
- Análisis de composición: espectrómetro para detectar el contenido de elementos.
- Pruebas mecánicas: prueba de tracción, prueba de dureza.
- Pruebas no destructivas: inspección con rayos X, detección de grietas por ultrasonidos.
Explicación detallada del proceso de producción de aleaciones
Las aleaciones son materiales hechos de dos o más metales (o metales y no metales) mediante fusión, sinterización u otros procesos, y tienen mejores propiedades que los metales puros, como una mayor resistencia,resistencia a la corrosión o funciones especialesEl siguiente es un proceso típico de producción de aleaciones:
1Preparación de materias primas
- Los principales sustratos metálicos: como el hierro (Fe), el aluminio (Al), el cobre (Cu), el níquel (Ni), etc.
- Elementos de aleación:
- mejora de las prestaciones: cromo (Cr), molibdeno (Mo), manganeso (Mn), silicio (Si), etc.
- Mejora de la capacidad de procesamiento: carbono (C), azufre (S), fósforo (P) (el contenido debe controlarse estrictamente).
- Materiales auxiliares: flujo (como la piedra caliza CaO), desoxidante (como el aluminio Al), gas protector (como el argón Ar).
2Proceso de fusión
(1) Cálculo de los ingredientes
De acuerdo con la composición de la aleación objetivo (como el acero inoxidable 304 requiere 18%Cr+8%Ni), pese con precisión las materias primas.
(2) Método de fusión
Modo de fusión
Escenario de aplicación
Peculiaridad
Horno de arco eléctrico (EAF)
Acero inoxidable, aleación especial
Temperatura alta (1600°C+), control preciso de la composición
Horno de inducción
Las partidas pequeñas de aleaciones de alta pureza (como las aleaciones a base de níquel)
No hay contaminación, composición uniforme
Conversor (AOD/VOD)
Refinado por descarbonización de acero inoxidable
Bajar el contenido de carbono y reducir la pérdida de cromo
Pasos clave:
- Fusión: Calentamiento del metal hasta su estado líquido (por ejemplo, aproximadamente 1500-1600 °C para las aleaciones a base de hierro).
- Aleación: añadir elementos de aleación (por ejemplo, cromo, níquel) y mezclar para garantizar una mezcla uniforme.
- Refinado:
- Desoxidación: se añade aluminio/silício para eliminar las impurezas de oxígeno.
- Desulfuración/fósforo: eliminación de elementos nocivos mediante reacciones de flujo (por ejemplo, CaO).
3. fundición o fundición continua
- fundición de molde: se vierte una aleación líquida en un molde y se enfría para formarla (adecuada para pequeños lotes de piezas complejas).
- fundición continua: fundición directa en losas, billetes cuadrados o billetes redondos (adecuados para la producción a gran escala, como las bobinas de acero inoxidable).
4Trabajo caliente.
- Laminación en caliente: calentamiento por encima de la temperatura de recristalización (por ejemplo, 1100-1250 °C para el acero inoxidable) y laminación en placas, barras, etc.
- Forja: moldeado por presión (por ejemplo, forjas de aleaciones de aviación).
5Trabajo en frío (opcional)
- Laminación en frío: procesamiento a temperatura ambiente para aumentar la resistencia (por ejemplo, láminas de acero inoxidable, alambres de aleación de cobre).
- Refrigerado: elimina el endurecimiento del trabajo y restablece la dureza (como la temperatura de refrigerado del acero inoxidable 304 1010-1120°C).
6Tratamiento de la superficie
- Decapado: eliminación de la escama de óxido (mezcla HNO3+HF para el acero inoxidable).
- Polido y recubrimiento: por ejemplo, electrogalvanización (acero galvanizado), revestimiento PVD (acero inoxidable de color).
7Inspección de calidad
- Análisis de composición: el espectrómetro detecta el contenido de elementos.
- Prueba de las propiedades mecánicas: dureza, resistencia a la tracción, prueba de impacto.
- Pruebas no destructivas: detección de defectos por rayos X, detección ultrasónica de defectos internos.
La diferencia entre metales y aleaciones
1. Metal (metal puro)
- Definición: Material compuesto por un solo elemento metálico (por ejemplo, hierro puro, cobre puro, aluminio puro).
- Características:
- Buena conductividad eléctrica y térmica, pero malas propiedades mecánicas (suave, fácil de deformar).
- Propiedades químicas activas (como el hierro puro, fácil de oxidar).
- Uso típico: alambre (cobre), papel de aluminio (aluminio) y otras escenas con altos requisitos de pureza.
2. de aleación
- Definición: material formado por la fusión de dos o más metales (o metales y no metales).
- Características:
- Optimiza las propiedades (resistencia, resistencia a la corrosión, etc.) ajustando la composición.
- Control de los costes (por ejemplo, sustitución de una parte del níquel por manganeso para reducir el coste del acero inoxidable).
- Ejemplos típicos:
- acero inoxidable (hierro + cromo + níquel),
- latón (cobre + zinc),
- aleación de aluminio (aluminio + magnesio/ silicio).
¿Por qué elegir productos de acero inoxidable?
El acero inoxidable (como el 304, 316) es un representante clásico de las aleaciones a base de hierro, y sus principales ventajas son las siguientes:
1Resistencia a la corrosión
- El papel del cromo: cuando el contenido de cromo es superior al 10,5%, se forma una película de pasivación densa de óxido de cromo (Cr2O3) en la superficie para aislar el oxígeno del agua.
- Comparación:
- Acero al carbono ordinario: fácil de oxidar, requiere galvanizado/pintado adicional.
Aluminio: Aunque resistente a la corrosión atmosférica, pero no a los ácidos y álcalis.
2Alta resistencia y durabilidad
- Endurecimiento del trabajo: La resistencia puede mejorarse significativamente después de la laminación en frío (por ejemplo, la resistencia a la tracción del 304 aumenta en un 50% después de la laminación en frío).
- Alto rendimiento a altas temperaturas: el acero inoxidable austenítico (como el 310S) se mantiene estable a 800 °C.
3- higiene y estética
- Sin recubrimiento: no se requiere recubrimiento ni pintura para evitar la contaminación del recubrimiento (aplicaciones de grado alimenticio como equipos de cocina, instrumentos quirúrgicos).
- Diversidad de superficies: pulidas (espejo), cepilladas (mat), revestidas (PVD), etc.
4. Amistoso con el medio ambiente y reciclable
- 100% reciclable: los residuos de acero inoxidable pueden volver a fundirse directamente sin atenuar el rendimiento.
- Larga vida útil: la vida útil del acero inoxidable utilizado en la construcción (como el muro cortina 316L) puede alcanzar más de 50 años, reduciendo el desperdicio de recursos.
5- Economía (perspectiva a largo plazo)
- Costo inicial: el acero inoxidable es de 2 a 3 veces más alto que el acero al carbono, pero no requiere mantenimiento (no requiere tratamiento antirruda).
- Caso:Tanque de almacenamiento de productos químicos: el acero al carbono debe sustituirse regularmente, la inversión única en acero inoxidable es más rentable.
¿Cuándo no elegir acero inoxidable?
1- Extremas limitaciones presupuestarias: el acero al carbono + revestimiento antirruja pueden utilizarse para proyectos a corto plazo.
2- demanda de ultraligero: aleación de aluminio o aleación de titanio más ligero (como la aeroespacial).
3Entorno de altas temperaturas: Las aleaciones a base de níquel (como Inconel) son más resistentes al calor.
