Zašto je smanjenje troškova važno u proizvodnji titanijumskih ploča
Japan je jedan od najvećih svjetskih proizvođača titanijuma. Njegova industrija uvozi većinu sirovina iz rude titana i izvozi više od 60% titanijuma koji proizvodi. S obzirom da oba kraja lanca vrijednosti ovise o vanjskim tržištima, smanjenje troškova procesa je ključna poluga koju japanski proizvođači koriste da ostanu konkurentni -, ograničenje koje se jednako primjenjuje na proizvođače u Kini, Sjedinjenim Državama i Evropi.
NEDO projekat: ciljevi i djelokrug
NEDO (Organizacija za razvoj nove energije i industrijske tehnologije) uključila je titanijum u svoj program "istraživanja i razvoja inovativnih novih strukturnih materijala". 2013. godine, konzorcij japanskih proizvođača titanijuma i čelika pokrenuo je 10-godišnji projekat nainovativna jeftina-tehnologija titanijumskih ploča. Projekat je obuhvatio tri razvojne linije:
Niska{0}}proizvodnja-titanijumskog sunđera visokog kvaliteta;
Tehnologija direktnog valjanja koja pretvara spužvu u lim bez topljenja; i
Elektrolitičko taloženje za direktnu proizvodnju titanijumske folije.
Ovaj članak prikazuje napredak u prva dva pravca, na osnovu javno objavljenih rezultata projekta.
Sadržaj istraživanja: Skraćivanje konvencionalne rute
Konvencionalni put hladno-valjane titanijumske ploče sastoji se od: pripreme titanijumskog sunđera → topljenja (vakuumsko lučno pretapanje) → izrade gredice → kovanja → toplog valjanja → hladnog valjanja. Cilj projekta je bio da se izostavitopljenje i kovanjekoraka, značajno smanjujući ulaganje u opremu, troškove energije i materijalne gubitke.
Izostavljanje topljenja stvara dva izazova. Prvo, elementi nečistoća kao što su kiseonik i gvožđe više nisu homogenizovani u tečnom stanju, pa se moraju kontrolisati u samom sunđeru. Drugo, rezidualni magnezijum hlorid (MgCl2) iz Kroll procesa redukcije, koji bi inače bio uklonjen tokom topljenja, mora biti minimiziran u sunđeru. Direktna ruta valjanja stoga zahtijeva spužvu s malo kisika, malo željeza i niskim rezidualnim MgCl2.
Niska-proizvodnja{1}}kvalitetnog titanijumskog sunđera
Da bi se smanjio gvožđe, kiseonik i rezidualni MgCl2 bez povećanja troškova, projektni tim je analizirao sastav međuproizvoda i finalnih proizvoda i koristio numeričku simulaciju uslova u reaktoru da identifikuje faktore koji kontrolišu sadržaj i distribuciju nečistoća. Potom su optimizirani uvjeti sirovina i procesni parametri.
Za skrining, spužvaste grudve se ispituju zona po zona i pojedinačno seku ili drobe na osnovu simulirane kumulativne distribucije gvožđa i kiseonika. Budući da sunđer sa visokim sadržajem gvožđa drugačije reflektuje svetlost, razvijen je optički sistem za inspekciju da identifikuje i automatski odbaci zrna sa povišenom koncentracijom gvožđa. Kao rezultat, projekat je uspostavio stabilnu proizvodnu tehnologiju za-kvalitetni titanijumski sunđer i dostigao industrijsku primjenu.
Tehnologija direktnog valjanja sunđera
U fazi-proizvodnje i valjanja, visoko-sunđer se sabija u ingot, kapsuliran u titanijumsku ploču, a unutrašnjost se evakuiše kako bi se formirala zapečaćena titanijumska gredica. Gredica se zagrije na oko 1000 stepeni i toplo-valja; tokom valjanja, kapsulirajuća ploča i spužvasto jezgro su integrisani u jednu gustu strukturu.
Rana ispitivanja su imala pukotine i defekte ivica tokom grijanja i vrućeg valjanja. Optimizacijom geometrije sunđerastih briketa, načina punjenja, konstrukcije gredice i parametara valjanja, tim je eliminisao pucanje u naknadnom valjanju velikih gredica debljine 220–279 mm. Toplo{4}}valjana ploča je dostigla debljinu od 5-6 mm; nakon uklanjanja površinskog oksidnog kamenca i hladnog valjanja, gotovi limovi tanki kao0,5 mmsu proizvedeni.
Poređenje kvaliteta: Direktno valjanje u odnosu na konvencionalni proces
Pregled hladno{0}}valjanog lima pokazao je omjer površinske poroznosti manji od 0,2%, što ukazuje da je mikrostruktura direktno valjanog lima ekvivalentna onoj proizvedenoj konvencionalnom rutom topljenog-valjaka.
| Spužva kvaliteta / ruta | Promatrane performanse u odnosu na konvencionalni list |
|---|---|
| Spužva sa rezidualnim MgCl2 od 600–1000 ppm (direktno valjanje) | Veća vlačna čvrstoća, nešto niže istezanje zbog većeg sadržaja nečistoća; sveukupno blizu konvencionalnog lima. |
| Visok-kvalitetni sunđer sa vrlo niskim reziduom MgCl2 (direktno valjanje) | Nešto manja čvrstoća i veća duktilnost, što odgovara performansama konvencionalnog hladno valjanog lima JIS klase 1. |
| Konvencionalni -hladno valjani- lim (JIS klasa 1) | Osnovna referenca. |
Ovi rezultati pokazuju da, sa sunđerom visokog{0}}kvaliteta, direktna ruta valjanja može isporučiti hladno-valjani lim od titanijuma sa mehaničkim svojstvima ekvivalentnim konvencionalnom proizvodu - uz eliminisanje dva energetski-procesna koraka koji zahtijevaju veliku količinu energije.
FAQ
Šta je titanijumski sunđer direktno valjanje?
Titanijumski sunđer direktno valjanje izostavlja korake pretopljenja i kovanja u vakuumu{0}} na konvencionalnom putu. Sunđer visoke-čistoće se sabija u gredice, kapsulira u titanijumsku ploču, evakuiše, grije i vruće-valja direktno u ploču, opremu za rezanje, troškove energije i materijala.
Zašto je kontrola nečistoća kritična kod direktnog valjanja sunđera?
Bez koraka ponovnog topljenja, kiseonik, gvožđe i rezidualni magnezijum hlorid se ne mogu preraspodeliti ili ukloniti, tako da direktno valjanje zahteva sunđer sa niskim sadržajem kiseonika/gvožđa i niskim rezidualnim MgCl2 da bi se ispunili zahtevi JIS/ASTM listova.
