Proč při výrobě titanových plechů záleží na snižování nákladů
Japonsko je jedním z největších světových producentů titanu. Její průmysl dováží většinu suroviny z titanové rudy a vyváží více než 60 % titanu, který vyrábí. Vzhledem k tomu, že oba konce hodnotového řetězce jsou závislé na vnějších trzích, je snížení procesních nákladů klíčovou pákou, kterou japonští výrobci používají k udržení konkurenceschopnosti -, což je omezení, které platí stejně pro výrobce v Číně, Spojených státech a Evropě.
Projekt NEDO: Cíle a rozsah
NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) zařadila titan do svého programu „výzkumu a vývoje inovativních nových konstrukčních materiálů“. V roce 2013 zahájilo konsorcium japonských výrobců titanu a ocelářů desetiletý projektinovativní nízkonákladová-technologie titanového plechu. Projekt zahrnoval tři vývojové linie:
Nízká-výroba vysoce-kvalitní titanové houby;
Technologie přímého válcování, která převádí houbu na plát bez roztavení; a
Elektrolytické nanášení pro přímou výrobu titanové fólie.
Tento článek hodnotí pokrok v prvních dvou směrech na základě veřejně oznámených výsledků projektu.
Obsah výzkumu: Zkrácení konvenční trasy
Konvenční cesta za studena-válcovaného titanového plechu se skládá z: přípravy titanové houby → tavení (přetavení ve vakuovém oblouku) → výroby sochorů → kování → válcování za tepla → válcování za studena. Cílem projektu bylo vynechattavení a kováníkroky, což výrazně snižuje investice do zařízení, náklady na energii a materiálové ztráty.
Vynechání tavení vytváří dvě výzvy. Za prvé, prvky nečistot, jako je kyslík a železo, již nejsou homogenizovány v kapalném stavu, takže musí být kontrolovány v samotné houbě. Za druhé, zbytkový chlorid hořečnatý (MgCl2) z Krollova redukčního procesu, který by se normálně odstranil během tavení, musí být v houbě minimalizován. Cesta přímého válcování proto vyžaduje houbu s nízkým obsahem kyslíku, nízkým obsahem železa a nízkým zbytkovým MgCl2.
Nízká-výroba-kvalitní titanové houby
Pro snížení železa, kyslíku a zbytkového MgCl2 bez zvýšení nákladů analyzoval projektový tým složení meziproduktů a finálních produktů a použil numerickou simulaci podmínek reaktoru k identifikaci faktorů ovlivňujících obsah a distribuci nečistot. Následně byly optimalizovány surovinové podmínky a parametry procesu.
Pro třídění se hrudky houby testují zónu po zóně a jednotlivě se řežou nebo drtí na základě simulované kumulativní distribuce železa a kyslíku. Protože houba s vysokým obsahem železa odráží světlo odlišně, byl vyvinut optický kontrolní systém pro identifikaci a automatické vyřazení zrn se zvýšenou koncentrací železa. V důsledku toho projekt vytvořil stabilní výrobní technologii pro vysoce-kvalitní titanovou houbu a dosáhl průmyslového využití.
Technologie Sponge Direct Rolling
Ve fázi-výroby a válcování sochorů se vysoce-kvalitní houba zhutní do ingotu zapouzdřeného v titanové desce a vnitřek se evakuuje, aby se vytvořil utěsněný titanový blok. Sochor se zahřeje na asi 1000 stupňů a válcuje-za tepla; během válcování jsou zapouzdřovací deska a jádro houby integrovány do jediné husté struktury.
Dřívější zkoušky trpěly praskáním a defekty hran během ohřevu a válcování za tepla. Optimalizací geometrie houbových briket, způsobu plnění, konstrukce sochoru a parametrů válcování tým eliminoval praskání při následném válcování velkých sochorů o tloušťce 220–279 mm. Plech válcovaný za tepla-dosáhl tloušťky 5–6 mm; po odstranění povrchových oxidových okují a válcování za studena hotové plechy tenké jako0,5 mmbyly vyrobeny.
Porovnání kvality: přímé válcování vs. konvenční proces
Inspekce plechu válcovaného za studena -prokázala poměr plochy poréznosti povrchu menší než 0,2 %, což ukazuje, že mikrostruktura přímo válcovaného plechu je ekvivalentní mikrostrukturě vyrobené konvenčním postupem tavením-válcování.
| Kvalita houby / Cesta | Pozorovaný výkon vs. konvenční list |
|---|---|
| Houba se zbytkovým MgCl2 600–1000 ppm (přímé válcování) | Vyšší pevnost v tahu, mírně nižší tažnost díky vyššímu obsahu nečistot; celkově se blíží konvenčnímu listu. |
| Vysoce kvalitní-houba s velmi nízkým zbytkovým MgCl2 (přímé válcování) | Mírně nižší pevnost a vyšší tažnost, odpovídající konvenčnímu za studena válcovanému plechu 1. třídy JIS-. |
| Konvenční tavený-válec za studena-válcovaný plech (JIS třída 1) | Základní reference. |
Tyto výsledky ukazují, že s vysoce-kvalitní houbou může cesta přímého válcování poskytnout za studena-válcovaný titanový plech s mechanickými vlastnostmi ekvivalentními konvenčnímu produktu -, přičemž jsou eliminovány dva energeticky-náročné procesní kroky.
FAQ
Co je to přímé válcování titanové houby?
Přímé válcování titanové houby vynechává kroky přetavování a kování vakuovým-obloukem konvenční cestou. Houbička s vysokou-čistotou je zhutněna do předvalků, zapouzdřena do titanové desky, evakuována, zahřívána a válcována za tepla- přímo do desky, řezací zařízení, náklady na energii a materiál.
Proč je kontrola nečistot kritická při přímém válcování houby?
Bez kroku přetavení nelze kyslík, železo a zbytkový chlorid hořečnatý redistribuovat nebo odstranit, takže přímé válcování vyžaduje houbu s nízkým obsahem kyslíku/železa a nízkým zbytkovým MgCl2, aby byly splněny požadavky na plechy JIS/ASTM.
