Γιατί η μείωση του κόστους έχει σημασία στην παραγωγή φύλλων τιτανίου
Η Ιαπωνία είναι ένας από τους μεγαλύτερους παραγωγούς τιτανίου στον κόσμο. Η βιομηχανία της εισάγει το μεγαλύτερο μέρος της πρώτης ύλης μεταλλεύματος τιτανίου και εξάγει περισσότερο από το 60% του τιτανίου που παράγει. Καθώς και τα δύο άκρα της αλυσίδας αξίας εξαρτώνται από εξωτερικές αγορές, η μείωση του κόστους διαδικασίας είναι ο βασικός μοχλός που χρησιμοποιούν οι Ιάπωνες παραγωγοί για να παραμείνουν ανταγωνιστικοί -, ένας περιορισμός που ισχύει εξίσου για τους παραγωγούς στην Κίνα, τις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ευρώπη.
Το Έργο NEDO: Στόχοι και Πεδίο
Ο NEDO (Οργανισμός Ανάπτυξης Νέας Ενέργειας και Βιομηχανικής Τεχνολογίας) συμπεριέλαβε το τιτάνιο στο πρόγραμμά του «καινοτόμου έρευνας και ανάπτυξης νέων δομικών υλικών». Το 2013, μια κοινοπραξία Ιαπώνων παραγωγών τιτανίου και χαλυβουργών ξεκίνησε ένα 10ετές έργο γιαπρωτοποριακή τεχνολογία φύλλων τιτανίου χαμηλού{0}}κόστους. Το έργο κάλυψε τρεις γραμμές ανάπτυξης:
Χαμηλό-παραγωγή σπόγγου τιτανίου υψηλής ποιότητας-.
Τεχνολογία άμεσης έλασης που μετατρέπει το σφουγγάρι σε φύλλο χωρίς να λιώνει. και
Ηλεκτρολυτική εναπόθεση για άμεση παραγωγή φύλλου τιτανίου.
Αυτό το άρθρο εξετάζει την πρόοδο των δύο πρώτων κατευθύνσεων, με βάση τα δημόσια αναφερόμενα αποτελέσματα του έργου.
Περιεχόμενο έρευνας: Συντόμευση της συμβατικής διαδρομής
Η συμβατική διαδρομή ψυχρής-έλασης πλάκας τιτανίου αποτελείται από: προετοιμασία σπόγγου τιτανίου → τήξη (επανατήξη τόξου υπό κενό) → κατασκευή μπιγιέτας → σφυρηλάτηση → θερμή έλαση → ψυχρή έλαση. Στόχος του έργου ήταν η παράλειψη τωντήξη και σφυρηλάτησηβήματα, μειώνοντας σημαντικά τις επενδύσεις σε εξοπλισμό, το κόστος ενέργειας και τις απώλειες υλικών.
Η παράλειψη της τήξης δημιουργεί δύο προκλήσεις. Πρώτον, τα στοιχεία ακαθαρσίας όπως το οξυγόνο και ο σίδηρος δεν ομογενοποιούνται πλέον σε υγρή κατάσταση, επομένως πρέπει να ελέγχονται στο ίδιο το σφουγγάρι. Δεύτερον, το υπολειμματικό χλωριούχο μαγνήσιο (MgCl2) από τη διαδικασία αναγωγής Kroll, το οποίο κανονικά θα αφαιρούνταν κατά την τήξη, πρέπει να ελαχιστοποιηθεί στο σφουγγάρι. Επομένως, η απευθείας κύλιση απαιτεί σφουγγάρι με χαμηλό οξυγόνο, χαμηλό σίδηρο και χαμηλό υπολειμματικό MgCl2.
Χαμηλό-κόστος Παραγωγή σφουγγαριού τιτανίου υψηλής- ποιότητας
Για τη μείωση του σιδήρου, του οξυγόνου και του υπολειμματικού MgCl2 χωρίς αύξηση του κόστους, η ομάδα του έργου ανέλυσε τη σύνθεση των ενδιάμεσων και τελικών προϊόντων και χρησιμοποίησε αριθμητική προσομοίωση των συνθηκών του αντιδραστήρα για να προσδιορίσει τους παράγοντες που ελέγχουν την περιεκτικότητα και την κατανομή ακαθαρσιών. Στη συνέχεια βελτιστοποιήθηκαν οι συνθήκες της πρώτης ύλης και οι παράμετροι της διαδικασίας.
Για τη διαλογή, οι σβώλοι του σφουγγαριού δοκιμάζονται ζώνη ανά ζώνη και κόβονται ή συνθλίβονται ξεχωριστά με βάση την προσομοιωμένη αθροιστική κατανομή σιδήρου και οξυγόνου. Επειδή το σφουγγάρι με υψηλή περιεκτικότητα σε σίδηρο αντανακλά το φως διαφορετικά, αναπτύχθηκε ένα σύστημα οπτικής επιθεώρησης για τον εντοπισμό και την αυτόματη απόρριψη κόκκων με αυξημένη συγκέντρωση σιδήρου. Ως αποτέλεσμα, το έργο καθιέρωσε μια σταθερή τεχνολογία παραγωγής για-σφουγγάρι τιτανίου υψηλής ποιότητας και έφτασε στη βιομηχανική εφαρμογή.
Τεχνολογία άμεσης κύλισης σφουγγαριού
Στο στάδιο-κατασκευής και κύλισης, το σφουγγάρι υψηλής ποιότητας-συμπιέζεται σε ράβδο, εγκλωβίζεται σε πλάκα τιτανίου και το εσωτερικό εκκενώνεται για να σχηματιστεί ένα σφραγισμένο μπιγιέτα τιτανίου. Η μπίλια θερμαίνεται στους 1000 βαθμούς περίπου και τυλίγεται σε ζεστό-ρολό. κατά την έλαση, η πλάκα ενθυλάκωσης και ο πυρήνας του σφουγγαριού ενσωματώνονται σε μια ενιαία πυκνή δομή.
Οι πρώτες δοκιμές υπέφεραν από ρωγμές και ελαττώματα των άκρων κατά τη θέρμανση και τη θερμή έλαση. Βελτιστοποιώντας τη γεωμετρία της μπρικέτας σφουγγαριού, τη μέθοδο πλήρωσης, την κατασκευή μπιγιέτας και τις παραμέτρους έλασης, η ομάδα εξάλειψε τη ρωγμή κατά την επακόλουθη κύλιση μεγάλων μπιγιετών πάχους 220–279 mm. Το πάχος της πλάκας-θερμής έλασης έφτασε τα 5–6 mm. μετά την αφαίρεση της επιφανειακής κλίμακας οξειδίου και της ψυχρής έλασης, τελειώστε τα φύλλα τόσο λεπτά όσο0,5 χλστπαρήχθησαν.
Σύγκριση ποιότητας: Άμεση κύλιση έναντι συμβατικής διαδικασίας
Η επιθεώρηση του φύλλου ψυχρής-έλασης έδειξε αναλογία επιφάνειας πορώδους επιφάνειας μικρότερη από 0,2%, υποδεικνύοντας ότι η μικροδομή του φύλλου απευθείας έλασης είναι ισοδύναμη με εκείνη που παράγεται από τη συμβατική διαδρομή του ρολού τήξης-.
| Ποιότητα Σφουγγάρι / Διαδρομή | Παρατηρούμενη απόδοση έναντι συμβατικού φύλλου |
|---|---|
| Σφουγγάρι με υπολειμματικό MgCl2 600–1000 ppm (απευθείας κύλιση) | Υψηλότερη αντοχή εφελκυσμού, ελαφρώς μικρότερη επιμήκυνση λόγω υψηλότερης περιεκτικότητας σε ακαθαρσίες. συνολικά κοντά στο συμβατικό φύλλο. |
| Σφουγγάρι υψηλής ποιότητας-με πολύ χαμηλό υπολειμματικό MgCl2 (απευθείας κύλιση) | Ελαφρώς χαμηλότερη αντοχή και υψηλότερη ολκιμότητα, που ταιριάζει με την απόδοση του συμβατικού φύλλου ψυχρής- έλασης JIS Κατηγορίας 1. |
| Συμβατικό ελασματοποιημένο φύλλο-ρολό κρύου-ελασμένου φύλλου (JIS Class 1) | Βασική αναφορά. |
Αυτά τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι, με-σφουγγάρι υψηλής ποιότητας, η απευθείας διαδρομή κύλισης μπορεί να παραδώσει ψυχρή-έλαση φύλλου τιτανίου με μηχανικές ιδιότητες ισοδύναμες με το συμβατικό προϊόν - ενώ εξαλείφονται δύο ενεργειακά-εντατικά βήματα διαδικασίας.
FAQ
Τι είναι η άμεση έλαση με σφουγγάρι τιτανίου;
Η άμεση κύλιση με σφουγγάρι τιτανίου παραλείπει τα βήματα επανατήξης και σφυρηλάτησης τόξου υπό κενό της συμβατικής διαδρομής. Το σφουγγάρι υψηλής καθαρότητας-συμπιέζεται σε μπιγιέτες, εγκλωβίζεται σε πλάκα τιτανίου, εκκενώνεται, θερμαίνεται και κυλά- απευθείας στην πλάκα, εξοπλισμός κοπής, ενέργεια και κόστος υλικού.
Γιατί είναι κρίσιμος ο έλεγχος ακαθαρσιών στην άμεση κύλιση σφουγγαριού;
Χωρίς το βήμα επανατήξης, το οξυγόνο, ο σίδηρος και το υπολειμματικό χλωριούχο μαγνήσιο δεν μπορούν να ανακατανεμηθούν ή να αφαιρεθούν, επομένως η άμεση έλαση απαιτεί σφουγγάρι με χαμηλό οξυγόνο/σίδηρο και χαμηλό υπολειμματικό MgCl2 για να καλύψει τις απαιτήσεις του φύλλου JIS/ASTM.
