Как делают металл: Как получается металл | Металлургический портал MetalSpace.ru

alexxlab | 21.04.1985 | 0 | Разное

Содержание

Как получается металл | Металлургический портал MetalSpace.ru

Руда – смесь соединений железа и кислорода – оксидов железа. Извлекают железо из руды при высокой температуре. Для этого ее нагревают с восстановителем – веществом, способным отобрать кислород у железа. Самым доступным, пожалуй, единственно возможным восстановителем в древности были дрова. Но дрова выделяют слишком мало тепла, так как в них много воды; даже в сухой древесине содержание горючего элемента (углерода) невелико. Есть в дровах и водород, но он связан с кислородом, входящим в состав древесины, а поэтому не может отнимать кислород у окислов железа.

Однако уже в древности люди заметили, что при небольшом доступе воздуха в процессе горения дрова обугливаются, превращаясь в древесный уголь, состоящий из углерода и водорода. При сгорании одного килограмма древесного угля выделяется в три-четыре раза больше теплоты, чем при сжигании одного килограмма дров. Сгорая, он дает высокую температуру, при которой идет восстановление оксидов железа. Углерод, соединяясь с кислородом, превращается в диоксид (углекислый газ) и оставляет почти чистый металл.

Установить, кто первый предложил плавить металл на древесном угле, вероятно, так же трудно, как установить автора первой заявки на изобретение колеса, лука, или лодки. Невозможно также установить, в какой стране впервые провели плавку металла на древесном угле. Однако известно, что древнейшие цивилизации Египта, Китая, Индии пользовались этими материалами. Более того, древесный уголь используется и сегодня.

Стволы деревьев, очищенные от веток, складывались или в яму (ямный способ) или в конусообразную кучу диаметром от 3 – 4 до 10 – 12 метров и высотой 3 – 7 метров (костровой способ). В куче оставлялись проходы для воздуха и выхода дымовых газов. Нижняя часть вертикальной кучи уплотнялась глиной, и вся поверхность кучи засыпалась землей. Дрова в середине кучи разжигались через специальное растопочное отверстие. Дым выходил в канал, оставленный в центре кучи, или, в более совершенных конструкциях куч, через трубу, специально сооружаемую в центре кучи. Костровой способ существовал в России и, например, в Швеции, которая являлась крупнейшим экспортером древесного угля вплоть до ХХ в.

При ямном способе яму обычно располагали на косогоре, для того чтобы стекала смола, образующаяся в процессе углежжения.

Искусство углежога состояла в том, чтобы, манипулируя открыванием и закрыванием отверстий для подачи воздуха, позволить сгореть в куче как можно меньшему количеству древесины с тем, чтобы оставшаяся часть под действием выделяющегося тепла подвергалась сухой перегонке – выделила воду, связанный кислород и превратилась в древесный уголь. Ямный способ давал уголь низкого качества, мелкий и малопрочный. Да и использовались для его производства ветки, мелкая древесина. При костровом способе использовалась отборная древесина, преимущественно хвойные. Со временем, древесный уголь стал все шире применяться для кузнечных работ и плавки железа. А его в свою очередь требовалось все больше и больше.

Чем выше температура в устройстве для производства железа или чугуна, тем быстрее идет процесс. Еще древние мастера освоили значение дутья для улучшения процессов горения топлива, поэтому стали использовать меха для подачи воздуха. Больше дутья, больше воздуха, выше температура, больше металла. Крупнее установка, выше ее производительность. Вот основное направление, по которому шло развитие агрегатов по производству железа, а потом и чугуна.

Первые мастера с большим трудом изготовляли 2 – 5 килограммов металла в день. Проходили столетия, металла требовалось все больше, печи росли и в ширину, и высоту, потребляли все больше руды, воздуха и древесины. Производительность агрегатов исчислялась уже сотнями килограммов и даже тоннами.

Несколько столетий назад были созданы аппараты для выплавки железа из руд, которые используют и в наши дни – это доменные печи. Само название происходит от старинного русского глагола «дмати» – дуть, и наглядно характеризует технологический процесс производства металла.

Доменная печь – пустотелое сооружение, составленное из двух усеченных конусов. Сверху в домну загружали уголь и руду, а снизу вдували воздух. Уголь сгорал в нижней части доменной печи, выделяя тепло и превращаясь в диоксид углерода (углекислый газ). Чуть выше углекислый газ встречался с новыми порциями древесного угля и обращался в монооксид или – «угарный газ», как его называют в просторечии. А уже на следующем ярусе монооксид углерода восстанавливал оксиды железа и вновь обращался в углекислый газ. Руда исчезала. Вместо нее образовывались жидкий металл и шлак. Они просачивались через слой материалов и собирались в нижней части агрегата.

В старину температура в домнах была недостаточно высокой, и потому металл не плавился, а в виде губчатой массы-крицы оседал на дно печи. Крицу извлекали и отковывали в горячем состоянии, выжимая из глубины на поверхность легкие неметаллические включения. Однако кричная металлургия была возможна лишь при небольших, в нашем современном представлении, масштабах производства. Сегодня в доменных печах получают только жидкий металл – чугун, который используется для изготовления разнообразных отливок. Однако большая часть чугуна перерабатывается в сталеплавильных агрегатах: конверторах, мартенах, в которых, удаляя из чугуна углерод, кремний, марганец, серу, получают прочную и упругую сталь.

В чугуне до 3% углерода, а в стали только 0,3%.

Самая распространенная сталь – 3, наш основной конструкционный материал- это тот же чугун, но в котором 0,3% углерода. Это сталь, из которой делают автомобили, арматуру, полосу и т.д.

Многие сотни лет черные металлы получали, используя древесный уголь. Для получения одной тонны металла расходовали от двух до четырех тонн такого угля.

А чтобы приготовить тонну древесного угля, требовалось 10 – 12 кубометров леса. Строились железоделательные заводы, и начинал гулять топор по соседним лесам. В конце XVI в. Королева Елизавета Английская вынуждена была запретить использовать лес для производства угля. Через 25 – 30 лет выплавка железа была прекращена почти по всей Англии. А в XVIII в. русская императрица Елизавета специальным указом запретила строить железоделательные заводы в радиусе 200 верст вокруг Москвы.

Но что Елизаветы? В древнем Египте при фараоне Рамзесе II работало более 1000 медеплавильных печей. Использовался древесный уголь, который выжигали из пальм. А потом (лет через 300) медеплавильное производство практически кончилось. Пальмы вырубили и перешли на привозную медь.

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Как делают металл для VW, Renault, Hyundai, Kia… — репортаж с завода — журнал За рулем

Из череповецкой стали штампуют почти всё, что выпускают на российских автозаводах. «За рулем» отправился в Череповец, чтобы разобраться, как производят прокат для автопрома и какая толщина у металла, из которого изготовлен кузов вашего автомобиля.

Материалы по теме

Сталь, алюминий или карбон: что лучше для кузова

Череповецкий металлургический комбинат рождает смешанные чувства.

Смотрю на грандиозные доменные печи и проезжающие составы с расплавленным металлом — и в голове звучит мелодия «Время, вперёд!» из девятичасовых новостей. А реки раскаленной руды заставляют вспомнить кузни гномов из эпического произведения Толкиена.

Здесь творится магия рождения металла, из которого делают автомобильный лист. Из «северстали» штампуют почти всё, что производится в России, - кабины и кузовá автомобилей ГАЗ, КАМАЗ, Haval, Renault, Nissan, Peugeot, Citroen, Volkswagen, Hyundai и Kia.

Не важно, у вас ГАЗель или Solaris. Толщина металла и оцинковка у них одинаковые!

Стройка вопреки

Череповецкий комбинат появился скорее «вопреки», нежели «благодаря». Но и благодарить есть кого — ученого-металлурга Ивана Павловича Бардина. Именно он предложил не строить комбинат рядом с месторождением руды или угля, который был основным топливом.

Материалы по теме

Надежные и недорогие способы защиты от коррозии — экспертиза ЗР

По мнению Бардина, Череповецкий завод следовало строить на равном удалении как от обоих месторождений, так и от двух столиц, на перекрестке водных артерий и железнодорожных путей.

Было много возражений, но стройка началась — по распоряжению Сталина, с которым, ясное дело, никто спорить не решался. Проект стартовал ударными темпами: НКВД пригнал около десяти тысяч заключенных. Но помешала война. Стройка возобновилась только в 1947 году, и через восемь лет комбинат дал первую партию чугуна. Причем очень высокого качества. Спустя три года отлили первую сталь. А уже в 1962 году комбинат стал рентабельным — Бардин оказался прав.

Сейчас Череповецкий металлургический выдает по 12 миллионов тонн стали ежегодно. Большая часть этого объема приходится на конструкционную сталь для судостроения и стро­ительной отрасли. Автомобильный лист составляет лишь 10% объема. Однако именно это производство самое технологичное, требовательное и затратное.

Брак не прокатит

Всё начинается с доменных печей, коих в Череповце четыре (скоро закончится строительство пятой). Особая гордость — печь «Северянка» высотой больше 100 метров. Гигантская домна была задута (именно так называется запуск доменной печи) в 1986 году и долгое время оставалась самой большой в мире, попав в Книгу рекордов Гиннесса.

Материалы по теме

256 оттенков серого: как подбирают краску для кузова

Позже в Японии, Корее и Китае появились домны больше, но в Европе «Северянка» по-прежнему королева. Аппетит под стать размеру — каждый день она сжирает по шесть железнодорожных составов кокса и почти 70 тысяч кубометров газа, отдавая взамен по 13–15 тысяч тонн чугуна — исключительно передельного (так называют чугун для последующей переплавки в сталь). И хотя технология доменного производства не меняется уже столетие, управление и контроль — на современном уровне. Комната операторов напоминает центр управления космическими полетами.

Расплавленный чугун отправляется в сталеплавильный цех, который тоже поражает воображение. Над головой проезжают гигантские чаны; из них расплавленный металл переливают в формы и смешивают с металлоломом и присадками. Состав этого «винегрета» определяет физические и химические свойства стали, необходимые заказчику. При нас готовили сталь для ГАЗа.

Точный состав, который требует каждый производитель, держат в секрете. Но всем производителям отправляют высокопрочную сталь, предел прочности которой 1500–2000 мПа. На выходе получают большие раскаленные отливки, так называемый сляб.

Расплавленный чугун отправляют в переплавку, замешивая с металлоломом и присадками. На выходе получают раскаленные отливки из стали.

Расплавленный чугун отправляют в переплавку, замешивая с металлоломом и присадками. На выходе получают раскаленные отливки из стали.

Отливки проходят пластическую обработку, затем их охлаждают и закручивают в рулоны.

Отливки проходят пластическую обработку, затем их охлаждают и закручивают в рулоны.

После того как газовые резаки настругают одинаковые плиты сляба, в дело вступает стан горячей прокатки «2000». Число означает вовсе не год открытия, а ширину валков, через которые черновой сляб проходит, утончаясь до толщины автомобильного листа. Раскаленные плиты больше километра едут по конвейеру, периодически попадая в тесные объятия валков. Каждый такой проход сопровождается брызгами искр и тяжелым дыханием испаряющейся воды, необходимой для охлаждения.

Материалы по теме

Как сваривают кузова Фольксвагенов и Шкод в Калуге

На выходе прокат закручивается в километровые рулоны. Их-то и отправляют на финальную обработку — в новенький цех оцинковки. Здесь чисто и светло, ничего общего с брутальным производством черного металла. Череповецкая сталь не зря устраивает всех зарубежных производителей, пришедших к нам на рынок. Технологию оцинковки изменили — увеличили температуру процесса (420 градусов), благодаря чему атомы цинка не просто покрывают лист, а проникают глубоко в структуру, что гораздо эффективнее. Не важно, на чем вы ездите — на ГАЗели, Солярисе или Фольксвагене. Они все оцинкованы одинаково. Различаются лишь свойства стали. Так что ржавеют машины по-разному только из-за этого.

Ну и из-за качества окраски.

Рулоны нарезают в листы, они проходят оцинковку, после чего их снова сваривают между собой и закручивают в рулоны уже окончательно и бесповоротно — для отправки заказчику. Причем швы увидеть просто нереально — на выходе получается цельный километровый лист. Размер рулонов определяется заказчиком — вес варьируется от 5 до 30 тонн. Но перед этим весь лист проходит контроль, причем очень жесткий. Даже малейший брак недопустим. Всматриваясь в дефектные листы, я иногда не мог найти хоть какой-то изъян. Кстати, совсем недавно на заводе освоили производство и стали DР600, предназначенной для изготовления колесных дисков.

Готовую сталь перед отправкой заказчику снова закручивают в рулоны.

Готовую сталь перед отправкой заказчику снова закручивают в рулоны.

Культура производства

Атмосфера и масштабы предприятия вселяют гордость: не все промышленные гиганты Союза отправились в небытие. Завод работает и кормит не только владельцев, но и город: благодаря Северстали Череповец живет и развивается.

И о людях думают. Вот простая мелочь: во всех цехах, у каждой лестницы — плакаты с просьбой держаться за поручни. Казалось бы, никто их не читает, но травматизм снизился на 80%! Именно из этого складывается культура производства, а без нее качества не достичь.

  • Как сэкономить на кузовном ремонте, читайте тут.

Как делают металл для VW, Renault, Hyundai, Kia… — репортаж с завода

Из череповецкой стали штампуют почти всё, что выпускают на российских автозаводах. «За рулем» отправился в Череповец, чтобы разобраться, как производят прокат для автопрома и какая толщина у металла, из которого изготовлен кузов вашего автомобиля.

Как делают металл для VW, Renault, Hyundai, Kia… — репортаж с завода

Как делают металл для VW, Renault, Hyundai, Kia. .. — репортаж с завода

Из череповецкой стали штампуют почти всё, что выпускают на российских автозаводах. «За рулем» отправился в Череповец, чтобы разобраться, как производят прокат для автопрома и какая толщина у металла, из которого изготовлен кузов вашего автомобиля.

Как делают металл для VW, Renault, Hyundai, Kia… — репортаж с завода

Наше новое видео

Кроссовер Chery Tiggo 4 Pro: тест и обзор

Лада Веста NG 2022: Адаптация к зиме и другие подробности

Любимый автомобиль Сталина. Что из него сделали?

Понравилась заметка? Подпишись и будешь всегда в курсе!

За рулем на Яндекс.Дзен

Новости smi2.ru

Металл как сделать

Главная » Разное » Металл как сделать


Как получают и из чего делают железо (сталь)?

Железо и стали на его основе используются повсеместно в промышленности и обыденной жизни человека. Однако мало кто знает, из чего делают железо, вернее, как его добывают и преобразовывают в сплав стали.

Популярное заблуждение

Для начала определимся с понятиями, поскольку люди часто путаются и не совсем понимают, что такое железо вообще. Это химический элемент и простое вещество, которое в чистом виде не встречается и не используется. А вот сталь – это сплав на основе железа. Она богата на различные химические элементы, а также содержит углерод в своем составе, который необходим для придания прочности и твердости.

Следовательно, не совсем правильно рассуждать о том, из чего делают железо, так как оно представляет собой химический элемент, который есть в природе. Человек из него делает сталь, которая в дальнейшем может использоваться для изготовления чего-либо: подшипников, кузовов автомобилей, дверей и т. д. Невозможно перечислить все предметы, которые из нее производятся. Итак, ниже мы не будем разбирать, из чего делают железо. Вместо этого поговорим о преобразовании этого элемента в сталь.

В России и мире существует множество карьеров, где добывают железную руду. Это огромные и тяжелые камни, которые достаточно сложно достать из карьера, так как они являются частью одной большой горной породы. Непосредственно на карьерах в горную породу закладывают взрывчатку и взрывают ее, после чего огромные куски камней разлетаются в разные стороны. Затем их собирают, грузят на большие самосвалы (типа БелАЗ) и везут на перерабатывающий завод. Из этой горной породы и будет добываться железо.

Иногда, если руда находится на поверхности, то ее вовсе необязательно подрывать. Ее достаточно расколоть на куски любым другим способом, погрузить на самосвал и увезти.

Производство

Итак, теперь мы понимаем, из чего делают железо. Горная порода является сырьем для его добычи. Ее отвозят на перерабатывающее предприятие, загружают в доменную печь и нагревают до температуры 1400-1500 градусов. Эта температура должна держаться в течение определенного времени. Содержащееся в составе горной породы железо плавится и приобретает жидкую форму. Затем его остается разлить в специальные формы. Образовавшиеся шлаки при этом отделяют, а само железо получается чистым. Затем агломерат подают в бункерные чаши, где он продувается потоком воздуха и охлаждается водой.

Есть и другой способ получения железа: горную породу дробят и подают на специальный магнитный сепаратор. Так как железо имеет способность намагничиваться, то минералы остаются на сепараторе, а вся пустая порода вымывается. Конечно, чтобы железо превратить в металл и придать ему твердую форму, его необходимо легировать с помощью другого компонента – углерода. Его доля в составе очень мала, однако именно благодаря нему металл становится высокопрочным.

Стоит отметить, что в зависимости от объема добавляемого в состав углерода сталь может получаться разной. В частности, она может быть более или менее мягкой. Есть, например, специальная машиностроительная сталь, при изготовлении которой к железу добавляют всего 0,75 % углерода и марганец.

Теперь вы знаете, из чего делают железо и как его преобразовывают в сталь. Конечно, способы описаны весьма поверхностно, но суть они передают. Нужно запомнить, что из горной породы делают железо, из чего далее могут получать сталь.

Производители

На сегодняшний день в разных странах есть крупные месторождения железной руды, которые являются базой для производства мировых запасов стали. В частности, на Россию и Бразилию приходится 18 % мирового производства стали, на Австралию – 14 %, Украину – 11 %. Самыми крупными экспортерами является Индия, Бразилия, Австралия. Отметим, что цены на металл постоянно меняются. Так, в 2011 году стоимость одной тонны металла составляла 180 долларов США, а к 2016 году была зафиксирована цена в 35 долларов США за тонну.

Заключение

Теперь вы знаете, из чего состоит железо (имеется в виду металл) и как его производят. Применение этого материала распространено во всем мире, и его значение практически невозможно переоценить, так как используется он в промышленных и бытовых отраслях. К тому же экономика некоторых стран построена на базе изготовления металла и его последующего экспорта.

Мы рассмотрели, из чего состоит сплав. Железо в его составе смешивается с углеродом, и подобная смесь является основной для изготовления большинства известных металлов.

Что делают из металла?

Июнь 7, 2017

С тех пор, как люди добыли металл и впервые изготовили из него орудие труда, все металлы прочно вошли в нашу жизнь. Сейчас без изделий из металла не обходится ни одна сфера жизни человека. Все металлы обладают отличными физическими свойствами. У них достаточно высокие температуры плавления и кипения, при этом, отличная пластичность, ковкость и электропроводность. Все это объясняет столь широкое применение металлов в жизнедеятельности человека, а также причины, по которым именно из металлов изготавливают большую часть изделий, которые человек ежедневно применяет в собственной жизни. Для изготовления деталей из металла Вам стоит обратится центр металлообработки, где квалифицированные работники выполнят ваш заказ. Металлы не горят в огне, большинство из них способны выдержать огромные температуры, не изменив, при этом, своих свойств.

Но, к сожалению, не все, что используется человеком для жизни, изготавливается из металлов. В частности, жилище и другие здания и сооружения изготавливаются из материалов, которые плохо переносят высокие температуры и огонь, а, следовательно, вполне могут быть подвержены пожарам. Поэтому, чтобы облегчить эвакуацию с места пожара, необходимо везде вешать планы.

Металлические изделия достаточно надежны. Их довольно сложно повредить или сломать. При правильной эксплуатации они прослужат долгие годы и будут надежными помощниками в какой-либо ситуации. Благодаря свойствам металлов, именно им отдают предпочтение при изготовлении тех либо иных изделий, используемых как в быту, так и на производстве.

Металл активно используют и в художественной ковке. После того, как рабочие чертежи утверждены, они попадают на производственный участок. Новые технологии проникли и на кузнечное производство, помогая создавать ажурные, неповторимые изделия, способные исправно служить не только Вам и Вашим детям, но внукам и даже их потомкам.

При всей современной технологичности, искусство художественной ковки, как и всякое искусство, не поддается автоматизации. Механика только помогает мастеру, но и в XXI веке кованое изделие все равно так же несет теплоту человеческих рук.

Как сделать трубу из листа металла

Сегодня расскажем, как согнуть трубу без вальцовочного станка. Нужна, чтоб установить «буржуйку». В данном случае аналогичная из гаража выходит. Можно, конечно, купить в металлопрокате, но там нет с толщиной стенки 1,5 мм, есть по 3-4 мм и она тяжелая. Поэтому решение купить листовой металл 1,5 мм и согнуть самому. Для этого нужна труба, на которой будем ее гнуть. На нее будем крутить металл. С торцов приварены две трубки. Вставлять лом и крутить с одной стороны и с другой. А сюда приварен листовой металл, чтобы его зафиксировать. На видео «Авраменко Garage» покажем, как это происходит.

Получили на выходе. Стоит задача. Как согнуть край, его в конце не получается захватить. Пробовать молотком, киянкой, сгибать или просто отрезать часть, что не согнулась (просто удалить). Потом делаем мерную веревочку. Отмеряем, какой диаметр нужен и делаем мерную веревочку, допустим, 30 см. Замеряем. С другой стороны делаем отметку и болгаркой отрезаем и снимаем часть. Следующий отрезок трубы. Когда все срезали и сняли, свариваем шов, получаем трубу из металла 1,5 мм, не используя листогибочные станки.

Следующая, такое же расстояние отрезается и снова сваривается. В одну длинную трубу они сварятся. Конечный результат сваренного готового изделия. Это одна часть, как видно, вторая и третья, так набирать длину. Таким несложным способом можно сделать в домашних условиях трубу, какую нужно.

Спасибо за внимание.

Как делают самый дорогой металл в мире | Как это сделано

Если вы думаете, что золото с платиной являются самыми ценными металлами на планете, то вы ошибаетесь. По сравнению с некоторыми искусственно полученными металлами, стоимость золота можно сравнить со стоимостью ржавчины на старом куске кровельного железа. Вы можете представить себе цену в 27 000 000 долларов США за один грамм вещества? Именно столько стоит радиоактивный элемент Калифорний-252. Дороже только антиматерия, которая является самой дорогой субстанцией в мире (около 60 триллионов долларов за грамм антиводорода). На сегодняшний день в мире накоплено всего 8 грамм Калифорния-252, а ежегодно производится не более 40 миллиграмм. И на планете есть только 2 места, где его регулярно производят: в Окриджской национальной лаборатории в США и … в Димитровграде, в Ульяновской области.

Хотите узнать, как появляется на свет почти самый дорогой материал в мире и для чего он нужен?

Димитровград

В 80 километрах от Ульяновска, на реке Черемшан, находится город Димитровград с населением около 100 000 человек. Его главное предприятие  — Научно-исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР), который был создан в 1956 году по иницитиве Курчатова.  Изначально он был опытной станцией для испытаний ядерных реакторов, но в настоящее время спектр направлений деятельности значительно расширился. Сейчас в НИИАР испытывают различные материалы, чтобы определить, как они себя ведут в условиях продолжительного радиактивного излучения, создают радионуклидные источники и препараты, которые применяют в медицине и исследованиях, решают технические вопросы экологически чистых технологий и просто ведут научную деятельность. В НИИАР работает около 3500 сотрудников и 6 реакторов.

Светят, но не греют

Ни один из шести  «нииаровских» реактора не используется как источник энергии и не отапливает город — тут вы не увидите гигантских установок на тысячи МВт. Главная задача этих «малышей» — создать максимальный по плотности поток нейтронов, которыми учёные института и бомбардируют различные мишени, создавая то, чего нет в природе.  Реакторы НИИАР работают по схеме «10/10» — десять день работы и 10 день отдыха, профилактики и перегрузки топлива. При таком режиме просто невозможно использовать их для нагрева воды. Да и максимальная температура теплоносителя, получаемая на выходе — всего 98 С, воду быстро охлаждают в небольших градирнях и пускают по кругу.

Самый Мощный

Из 6 реакторов есть один, самый любимый учёными НИИАР. Он же и самый первый. Он же и Самый Мощный, что и дало ему имя — СМ.  В 1961 году это был СМ-1, мощностью в 50 МВт, в 1965 после модернизации он стал СМ-2, в 1992 — СМ-3, эксплуатация которого рассчитана до 2017 года.  Это уникальный реактор и в мире он один такой. Его уникальность — в очень высокой плотности потока нейтронов, который он способен создавать. Именно нейтроны и являются основной продукцией НИИАР. С помощью нейтронов можно решать много задач по исследованию материалов и созданию полезных  изотопов. И даже воплощать в жизнь мечту средневековых алхимиков — превращать свинец в золото (теоретически).

Если не вдаваться в подробности, то процесс очень прост — берётся одно вещество и обстреливается со всех сторон нейтронами. Так, к примеру, из урана путём дробления его ядер нейтронами можно получить более лёгкие элементы: йод, стронций, молибден, ксенон и другие.

Ввод реактора СМ-1  в эксплуатацию и его успешная работа вызвали большой резонанс в научном мире, стимулировав, в частности, сооружение в США высокопоточных реакторов с жестким спектром нейтронов — HFBR (1964 год) и HFIR (1967 год). В НИИАР неоднократно приезжали светила ядерной физики, включая отца ядерной химии Гленна Сиборга, и перенимали опыт. Но всё же такой же по элегантности и простоте реактор так никто больше и не создал.

Реактор СМ до гениальности прост. Его активная зона — это почти кубик в 42 x 42 x 35  см. Но выделяемая мощность этого кубика — 100 мегаватт!  Вокруг активной зоны в специальных каналах устанавливают трубки с различными веществами, которые необходимо обстрелять нейтронами.

К примеру, совсем недавно из реактора вытащили колбу с иридием, из которого получили нужный изотоп. Теперь она висит и остывает.

После этого, маленькую ёмкость с теперь уже радиоактивным иридием погрузят в специальный защитный свинцовый контейнер, весом в несколько тонн и отправят на автомобиле заказчику.

Отработанное топливо (всего несколько грамм) потом тоже остудят, законсервируют в свинцовую бочку и отправят в радиоактивное хранилище на территории института на длительное хранение.

Голубой бассейн

В этом зале не один реактор. Рядом с СМ находится и другой — РБТ — реактор бассейнового типа, который работает с ним в паре. Дело в том что в реакторе СМ топливо «выгорает» всего наполовину. Поэтому его нужно «дожечь» в РБТ.

Вообще, РБТ удивительный ректор, внутрь которого можно даже заглянуть (нам не дали). Он не имеет привычного толстого стального и бетонного корпуса, а для защиты от радиации он просто помещен в огромный бассейн с водой (отсюда и название). Толща воды удерживает активные частицы, тормозя их. При этом частицы, движущиеся со скоростью, превышающей фазовую скорость света в среде, вызывают знакомое многим по фильмам голубоватое свечение. Этот эффект носит название учёных, которые его описали — Вавилова — Черенкова.

(фото не имеет отношения к реактору РБТ или НИИАР и демонстрирует эффект Вавилова-Черенкова)

Запах грозы

Запах реакторного зала не спутать ни с чем. Здесь сильно пахнет озоном, как после грозы. Воздух ионизируется при перегрузке, когда отработавшие сборки достают и перемещают в бассейн для охлаждения. Молекула кислорода О2 превращается в О3. Кстати, озон пахнет совсем не свежестью, а больше похож на хлор и такой же едкий. При высокой концентрации озона вы будете чихать и кашлять, а потом умрёте. Он отнесён к первому, самому высокому классу опасности вредных веществ.

Радиационный фон в зале в этот момент повышается, но и людей здесь нет — все автоматизировано и оператор наблюдает за процессом через специальное окно.   Однако, даже после этого к перилам в зале без перчаток прикасаться не стоит — можно подхватить радиоактивную грязь.

Мойте руки, перед и зад

Но уйти домой с ней  вам не дадут — на выходе из «грязной зоны» всех обязательно проверяют детектором бэта-излучения и в случае обнаружения вы вместе со своей одеждой отправитесь в реактор в качестве топлива. Шутка.

Но руки в любом случае нужно мыть с мылом после посещения любых подобных зон.

Сменить пол

Коридоры и лестницы в реакторном корпусе застелены специальным толстым линолеумом, края которого загнуты на стены. Это нужно для того, чтобы в случае радиоактивного загрязнения можно  было бы не утилизировать всё здание целиком, а просто скатать линолеум и постелить новый.  Чистота тут почти как в операционной, ведь наибольшую опасность представляет здесь пыль и грязь, которая может попасть на одежду, кожу и внутрь организма — альфа и бэта-частицы не могут улететь далеко, но при ближнем воздействии они как пушечные ядра, и живым клеткам точно не поздоровится.

Пульт с красной кнопкой

Зал управления реактором.

Сам пульт производит впечатление глубоко устаревшего, но зачем менять то, что спроектировано на долгие годы работы? Важнее всего то, что за щитами, а там все новое. Всё же многие датчики были переведены с самописцев на электронные табло, и даже программные системы, которые, кстати, в НИИАР и разрабатываются.

Каждый реактор имеет множество независимых степеней защиты, поэтому «фукусимы» тут не может быть в принципе. А что касается «чернобыля» — не те мощности, тут работают «карманные» реакторы. Наибольшую опасность представляют выбросы некоторых лёгких изотопов в атмосферу, но и этому не дадут случиться, как нас уверяют.

Физики-ядерщики

Физики института — фанаты своего дела и могут часами интересно рассказывать о своей работе и реакторах. Отведённого на вопросы часа не хватило и беседа растянулась на два нескучных часа. По-моему, нет такого человека, которому не была бы интересна ядерная физика 🙂    А директору отделения «Реакторный исследовательский комплекс» Петелину Алексею Леонидовичу с главным инженером впору вести научно-популярные передачи на тему устройства ядерных реакторов 🙂

Если за пределами НИИАР вы будете заправлять штаны в носки, то, скорее всего, вас кто-то сфотографирует и выложит в сеть, чтобы посмеяться. Однако здесь это необходимость. Попробуйте сами догадаться, почему.

Welcome to the hotel Californium

Теперь о Калифорнии-252 и зачем он нужен.   Я уже рассказывал о высокопоточном нейтронном реакторе СМ и его пользе. Теперь представьте, что та энергия, которую вырабатывает целый реактор СМ, может дать всего лишь один грамм (!) Калифорния.

Калифорний-252 – мощный источник нейтронов, что позволяет использовать его для обработки злокачественных опухолей, где другая лучевая терапия бездейственна. Уникальный металл позволяет просвечивать части реакторов, детали самолетов, и обнаруживать повреждения, которые обычно тщательно скрываются от рентгеновских лучей. С его помощью удается находить запасы золота, серебра и месторождения нефти в недрах земли.   Потребность в нём в мире очень велика, и заказчики порою вынуждены стоять годами в очереди за вожделённым микрограммом Калифорния!    А всё потому, что производство этого металла занимает…. годы. Для производства одного грамма Калифорния-252, плутоний или кюрий подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе, в течение 8 и 1. 5 лет соответственно, последовательными превращениями проходя практически всю линейку трансурановых элементов таблицы Менделеева.  На этом процесс не заканчивается —  из получившихся продуктов облучения химическим путем долгими месяцами выделяют сам калифорний. Это очень и очень кропотливая работа, которая не прощает спешки. Микрограммы металла собирают буквально по атомам.   Этим и объясняется такая высокая цена.

(большая кликабельная панорама)

Кстати, критическая масса металлического Калифорния-252 составляет всего 5 кг (для металлического шара), а в виде водных растворах солей — 10 грамм (!), что позволяет его использовать в миниатюрных ядерных бомбах. Однако, как я уже писал, в мире пока есть только 8 грамм  и использовать его в качестве бомбы было бы очень расточительно 🙂 Да и вот беда, через 2 года от существующего Калифорния остаётся ровно половина, а через 4 года он и вовсе превращается в труху из других более стабильных веществ.

В следующих частях я расскажу о производстве в НИИАР топливных сборок (ТВС) и еще одного важного и необходимого в радионуклидной медицине изотопа Молибден-99. Будет ужасно интересно!

UPD Критические замечания приветствуются — автор не физик, а программист-фотограф.

Источник


Смотрите также

  • Штакетник металлический п образный
  • Декоративные столбы для забора
  • Крепление к профнастилу
  • Является ли металлический забор объектом недвижимости
  • Как сделать живую изгородь на даче
  • Буронабивная свая чертеж
  • Как выбрать краску для забора
  • Сколько метров от забора до дома должно быть
  • Этапы строительства фундамента
  • Сколько нужно отступать от забора при строительстве дома
  • Производство автоматических ворот

18 различных типов металла — факты и применение

Многое произошло со времен бронзового века. Существуют тысячи различных типов и марок металла, и каждая из них разработана для очень специфических применений. Каждый день вы регулярно сталкиваетесь с десятками видов металлов. Вот интересное руководство, которое расскажет вам о некоторых из этих распространенных металлов и о том, где вы их найдете.

Сталь

Это, несомненно, самый распространенный металл в современном мире.

Сталь по определению – это железо смешанное с углеродом. Это соотношение обычно составляет около 99% железа и 1% углерода, хотя это соотношение может немного варьироваться.

Интересный факт: в 2017 году в мире было произведено более 1,8 миллиарда тонн стали (половина из которых была произведена в Китае). Средний африканский слон весит около 5 тонн. Если бы вы сложили слонов друг на друга, чтобы сформировать своеобразный мост на Луну (что на самом деле невозможно), он все равно был бы не таким тяжелым, как вес стали, производимой каждый год.

На самом деле существует много разных видов стали. Вот обзор основных типов:

Углеродистая сталь

Это базовая сталь, состоящая из углерода и железа, хотя в нее могут быть добавлены и другие элементы в очень небольшом количестве.

Три основные категории – это сталь с низким, средним и высоким содержанием углерода. Больше углерода – сталь будет тверже и прочнее. Меньше углерода – дешевле, мягче и проще в производстве.

Углеродистая сталь чаще всего используется в качестве конструкционного строительного материала, в простых механических компонентах и ​​в различных инструментах.

Легированная сталь

Считайте, что это генетически модифицированная сталь. Легированная сталь производится путем добавления других элементов в смесь. Это изменяет свойства и, по сути, делает металл настраиваемым. Это чрезвычайно распространенный тип металла, поскольку его производство, как правило, остается очень дешевым.

Обычные легирующие элементы для стали включают марганец, ванадий, хром, никель и вольфрам. Каждый из этих элементов по-разному изменяет свойства металла.

Например, легирование стали может придать дополнительную прочность высокопроизводительным шестерням, повысить коррозионную и износостойкость медицинских имплантатов, а также увеличить давление, которое могут выдержать трубопроводы. В целом, сталь считается “рабочей лошадкой” в мире металлов.

Нержавеющая сталь

Технически это разновидность легированной стали, но существует так много её видов в таких огромных количествах, что обычно ей присваивается отдельная категория. Эта сталь специально ориентирована на устойчивость к коррозии.

В основном это просто сталь с заметным количеством хрома. При коррозии хром создает супертонкий слой, замедляющий образование ржавчины. Если вы сотрете этот барьер, тут же образуется новый.

Вы можете увидеть много изделий из нержавеющей стали на кухне: ножи, столы, посуда, все, что соприкасается с пищей.

Не очень приятный факт: если что-то сделано из нержавеющей стали, это не значит, что оно не может ржаветь. Различные составы в разной степени предотвращают ржавление. Нержавеющая сталь, которая используемая в соленой воде, должна быть особенно устойчивой к коррозии, чтобы не гнить. Но все виды нержавеющей стали ржавеют, если за ними не ухаживать должным образом.

Железо (кованое или литое)

Несмотря на то, что это супер-старомодный металл (особенно распространенный в «железный век»), он все еще имеет множество современных применений.

Во-первых, это основной ингредиент стали. Но помимо этого, вот несколько других областей применения и объяснение того, почему используется железо:

  • Посуда (например, сковороды) – пористая поверхность позволит кулинарным маслам пригореть и создать естественную антипригарную поверхность.
  • Дровяные печи – чугун имеет чрезвычайно высокую температуру плавления, поэтому печь может выдерживать высокие температуры.
  • Основания и рамы для тяжелой техники – этот тяжелый металл снижает вибрацию и обеспечивает жесткость

Интересный факт: железо – шестой по распространенности элемент во Вселенной.

Алюминий

Что касается металлов, то это действительно современный металл. Впервые алюминий был произведен в 1825 году, и с тех пор он стал основой для некоторых крупных достижений.

Например, из-за своего удивительного отношения прочности к весу это металл, который в значительной степени ответственен за полет и доставку человека на Луну. Он легко формируется (податлив) и не ржавеет, что делает его отличным средством для изготовления банок из-под газировки. И, что (возможно), самое главное, из него можно сделать очень тонкий лист, который можно использовать для приготовления барбекю из свежевыловленной рыбы до идеального состояния.

Хотя процесс производства алюминия немного сложнее, чем некоторых других металлов, на самом деле это чрезвычайно распространенный металл. Это самый распространенный цветной металл (не содержащий железа) на планете.

Хотя он не ржавеет, он окисляется. На самом деле железо – единственный металл, который по определению «ржавеет». При контакте с солью алюминий подвержен коррозии. Однако он не подвержен коррозии при контакте с водой. Это делает алюминий действительно полезным для изготовления таких вещей, как пресноводные лодки.

Магний

Магний – действительно классный металл. Он весит примерно на 2/3 меньше алюминия и обладает сравнимой прочностью. Благодаря этому он становится все более распространенным.

Чаще всего его можно встретить в виде сплава. Это означает, что его смешивают с другими металлами и элементами, чтобы получить гибридный материал со специфическими свойствами. Это также может облегчить его использование в производственных процессах.

Одно из самых популярных применений магния – автомобильная промышленность. Магний считается шагом вперед по сравнению с алюминием, когда речь идет о высокопрочном снижении веса, и он не является астрономически более дорогим.

В некоторых случаях магний можно увидеть в колесных дисках, блоках двигателя и коробках передач.

Однако у магния есть недостатки. По сравнению с алюминием он легче подвержен коррозии. Например, он подвергнется коррозии при контакте с водой, в то время как алюминий не ржавеет.

В целом он стоит примерно вдвое дороже алюминия, но в целом быстрее обрабатывается на производстве.

Интересный факт: магний очень огнеопасен и горит очень горячо. Металлическую стружку, опилки и порошок необходимо тщательно утилизировать во избежание взрыва.

Медь

Медь – еще один старомодный металл. Сегодня вы часто будете видеть его в виде сплава (подробнее об этом позже) или в достаточно чистом состоянии.

Распространенное применение – электроника, водопроводные трубы и гигантские статуи, олицетворяющие свободу. На меди образуется патина, или окисленный слой, который фактически предотвращает дальнейшую коррозию. По сути, она позеленеет и перестанет коррозировать. Благодаря этому она может прослужить века.

Статуя Свободы сделана из меди и покрыта патиной или оксидным слоем, что придает ей зеленовато-голубой оттенок.

Латунь

Латунь на самом деле представляет собой сплав меди и цинка. Полученный желтый металл действительно полезен по ряду причин.

Его золотистый цвет делает его очень популярным для декора. Этот металл часто используется в антикварной мебели в качестве ручек.

Он также чрезвычайно пластичен, что означает, что его можно выковать и сформировать. Вот почему он используется для медных духовых инструментов, таких как тубы, трубы и тромбоны.

Латунь также является отличным материалом для подшипников, поскольку она хорошо скользит по другим металлам.

Еще одно отличное свойство латуни – она ​​никогда не искрится. Например, стальной молоток может вызвать искру, если по нему ударить определенным образом. Латунный молоток этого не делает. Это означает, что латунные инструменты отлично подходят для областей, где могут находиться легковоспламеняющиеся газы, жидкости или порошки.

Бронза

Этот металл изготавливается в основном из меди, но также содержит около 12% олова. В результате получается металл, более твердый и прочный, чем обычная медь.

Бронза также может быть сплавом с другими элементами. Например, распространенными легирующими элементами являются алюминий, никель, цинк и марганец. Каждый из них может очень заметно изменить металл.

Бронза имеет огромное историческое значение (например в бронзовом веке), и её легко отличить. Часто её можно увидеть в массивных церковных колоколах. Бронза твердая и прочная, поэтому при ударе не трескается и не гнется, как другие металлы. Кроме того, она лучше звучит.

Современное использование бронзы включает в себя скульптуры и произведения искусства, пружины и подшипники, а также гитарные струны.

Интересный факт: бронза была первым искусственным сплавом.

Цинк

Это интересный металл, потому что он очень полезен. Сам по себе он имеет довольно низкую температуру плавления, что делает его очень простым в отливке. Материал легко течет при плавлении, а получаемые изделия получаются относительно прочными. Его также очень легко расплавить, чтобы переработать.

Цинк – действительно распространенный металл, который используется в покрытиях для защиты других металлов. Например, часто можно увидеть оцинкованную сталь, которая в основном представляет собой просто сталь, смоченную в цинке. Это помогает предотвратить ржавление.

Интересный факт: ежегодно производится около 12 миллионов тонн цинка, половина из которых идет на цинкование.

Титан

Это действительно потрясающий современный металл. Впервые он был обнаружен в 1791 году, впервые создан в чистом виде в 1910 году и впервые изготовлен вне лаборатории в 1932 году.

Титан на самом деле очень распространен (седьмой по распространенности металл на Земле), но его действительно сложно очистить. Вот почему этот металл такой дорогой. Но он также очень ценен:

  • Титан биосовместим, а это означает, что ваше тело не будет сопротивляться и отвергать его. Медицинские имплантаты обычно изготавливают из титана.
  • Его соотношение прочности к весу выше, чем у любого другого металла. Это делает его чрезвычайно ценным для всего, что летает.
  • Он действительно устойчив к коррозии.
  • Нитрид титана (титан, прореагировавший с азотом в высокоэнергетическом вакууме) – это безумно твердое покрытие с низким коэффициентом трения, которое наносится на металлические режущие инструменты.

Интересный факт: титан сопротивляется коррозии потому, что он мгновенно вступает в реакцию с кислородом, создавая очень тонкий и прочный барьер, защищающий металл. Если соскрести барьер, мгновенно образуется новый.

Еще один забавный факт: титан не встречается в природе сам по себе. Он всегда соединен с другим элементом.

Вольфрам

Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления и самый высокий предел прочности на разрыв среди всех чистых металлов. Это делает его чрезвычайно полезным.

Около половины всего вольфрама используется для производства карбида вольфрама. Это безумно твердый материал, который используется для изготовления режущих инструментов (для горнодобывающей и металлообрабатывающей промышленности), абразивов и тяжелого оборудования. Он может легко резать титан и высокотемпературные сверхпрочные сплавы.

Он получил свое название от шведских слов «вольфрам», что означает «тяжелый камень». Его плотность примерно в 1,7 раза выше плотности свинца.

Вольфрам также является популярным легирующим элементом. Поскольку его температура плавления очень высока, его часто сплавляют с другими элементами для изготовления таких вещей, как сопла ракет, которые должны выдерживать экстремальные температуры.

Адамантий

Его не существует. К счастью.

Никель

Никель – очень распространенный элемент, который используется повсеместно. Чаще всего он применяется в производстве нержавеющей стали, где он повышает прочность и коррозионную стойкость металла. На самом деле, почти 70% никеля в мире используется для производства нержавеющей стали.

В составе пятицентовой американской монеты никель составляет 25%.

Никель также является распространенным металлом, используемым для нанесения покрытий и легирования. Его можно использовать для покрытия лабораторного и химического оборудования, а также всего, что требует действительно гладкой, полированной поверхности.

Интересный факт: никель получил свое название из немецкого фольклора средневековой эпохи. Никелевая руда очень похожа на медную, но когда старые шахтеры не смогли получить из нее медь, они обвинили в этом озорного призрака по имени Никель.

Кобальт

Этот металл издавна использовался для получения синего пигмента в красках и красителях. Сегодня он в основном используется для изготовления износостойких, высокопрочных стальных сплавов.

Сам по себе кобальт очень редко добывают, на самом деле это побочный продукт производства меди и никеля.

Олово

Олово очень мягкое и ковкое. Оно используется в качестве легирующего элемента для изготовления таких вещей, как бронза (1/8 часть олова и 7/8 части меди).

Забавный факт: когда вы сгибаете брусок олова, вы можете услышать нечто, называемое “оловянным криком”. Это звонкий звук реорганизации кристаллической структуры (так называемое двойникование).

Свинец

Свинец действительно мягкий и податливый, а также очень плотный и тяжелый. У него очень низкая температура плавления.

В 1800-х годах было обнаружено, что свинец на самом деле является довольно токсичным веществом. Вот почему в наше время это не так распространено, хотя не так давно его все еще находили в красках и пулях.

Свинец – это нейротоксин, который, помимо прочего, может вызывать повреждение мозга и проблемы с поведением.

Тем не менее, у него все еще есть современные применения. Например, он отлично подходит для защиты от радиации. Его также иногда добавляют в медные сплавы, чтобы облегчить их резку. Смесь свинца и меди часто используется для улучшения характеристик подшипников.

Кремний

С технической точки зрения кремний – это металлоид. Это означает, что он обладает как металлическими, так и неметаллическими качествами.

Например, он похож на металл. Он прочный, блестящий, гибкий и имеет высокую температуру плавления. Однако он ужасно проводит электричество. Отчасти поэтому он не считается полноценным металлом.

Тем не менее, этот элемент часто встречается в металлах. Его использование для легирования может сильно изменить свойства металла. Например, добавление кремния в алюминий облегчает его сварку.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Железный век цивилизации: металл меняет мир

Освоение способа получения железа человеком привело к развитию сельского хозяйства и военного дела и к последующему бурному росту производства и промышленной революции.

Благодаря железу на смену первобытно-общинному племенному строю пришло зарождение классового общества и формирование государств, налаживание новых торговых связей. Именно в раннем железном веке формируется самый известный торговый маршрут — Великий шелковый путь.

И как бы фантастически это не звучало, но началось все с железа внеземного происхождения… Да, сначала железо делали из метеоритного материала. Такие изделия отличались высоким содержанием никеля. Позднее появляются предметы, сделанные уже из земного железа.

Несмотря на то, что технология получения железа более сложная и трудоемкая, чем в случае с бронзой, железный век уверенно сменил предшествующий ему бронзовый. Все потому, что железо было более широко распространено в природе. За период бронзового века многие металлические предметы стали перерабатывать в оружие. Именно нехватка олова для отливки бронзы заставила древних металлургов искать альтернативу. Широкое использование железной руды привело к усовершенствованию технологии производства металла. К тому времени, когда олово снова стало доступным, железо было дешевле, прочнее и легче, а кованое железо навсегда заменило бронзовые инструменты.

Как получали железо

Технология получения железа состояла из ряда операций по его восстановлению из руд, и, по оценкам специалистов, была открыта во II тысячелетии до нашей эры в Малой Азии.

Для этого использовались сыродутные печи или горны-домницы. В них нагнетался воздух при помощи мехов. Самые ранние такие печи выглядели как зауженный к верху цилиндр около метра в высоту. Воздуходувные сопла вставлялись в нижнюю часть печи, по ним поступал воздух, необходимый для горения угля. В печи достигалась очень высокая температура, которая позволяла переплавить загруженную смесь окислов железа и пустой породы. В результате химических реакций одна часть окислов соединялась с породой, образовывая легкоплавкий шлак, другая же — восстанавливалась в железо и сваривалась в пластичную рыхлую массу – крицу. Затем древние металлурги взламывали переднюю стенку печи и доставали кричное железо. Но металл в таком виде нельзя было разливать в формы, как это делали ранее с бронзой. Крица представляла собой губчатую спекшуюся массу железа в виде зерен металла. Пока она была горячей, ее проковывали, что делало металл более плотным и однородным. Такой кусок металла использовался уже для изготовления различных предметов в кузне. Кузнец разогревал крицу на открытом огне и с помощью молота и наковальни создавал железные изделия.

Влияние железного века на развитие цивилизации

Задолго до промышленной революции большинство людей в раннем железном веке разводили домашний скот и занимались сельским хозяйством. Центром жизни была деревня, где общины обрабатывали землю и вручную изготовляли предметы первой необходимости.

Производство железных инструментов помогло сделать ведение сельского хозяйства более простым и эффективным. Крестьяне смогли обрабатывать более твердые почвы, что позволило выводить новые сорта и высаживать новые культуры. Это же касалось и животноводства. Благодаря более эффективному способу ведения хозяйства освобождалось и время.

Больше времени означало, что теперь люди могли заниматься не только хозяйством, но и продать или обменивать то, что вырастили. Некоторые семьи начали создавать свои пекарни, мастерские по пошиву одежды и кузни. Развитие кузнечного дела в свою очередь стимулировало развитие таких ремесел как обработка кожи, дерева и кости. В этот период процветает торговля.

Развитие технологий обработки железа

Технологии обработки металла развивались уверенно и быстро. Появляется сварное оружие, булатная и дамасская сталь, а на смену сыродутным печам приходят высокие печи-штукофены. В конце XIII века эти четырехметровые печи стали появляться на территории современной Европы. В день такая печь производила до 250 кг железа.

В середине XV века штукофены стали заменять еще более высокими печами-блауофенами с предварительным подогревом воздуха. Однако, у них был один большой недостаток: из-за более высокой температуры в блауофене увеличился не только выход железа из руды, но и возросло с 10% до 30% (в сравнении со штукофеном) образование науглероженного «свиного железа» – чугуна, с которым в те времена не умели обращаться. Это служило поводом усовершенствовать технологию.

Следующим шагом в развитии способов обработки железа стало появление доменных печей. За счет больших размеров, предварительного подогрева и механической подачи воздуха в доменной печи все железо становилось чугуном. Печи работали беспрерывно и могли производить до полутора тонн чугуна в день.

В XVI веке на территории Европы становится популярным передельный процесс в металлурги, при котором железо перегонялось в чугун, а тот в свою очередь, будучи жидким, в горнах при отжиге освобождался от лишнего углерода. В результате он превращался в сталь.

Позднее в металлургии активно использовались технологии с применением угля, коксование, пудлингование и горячее дутье. В 1856 году английский изобретатель Генри Бессемер придумывает конвертер и патентует свою технологию производства стали, получившей название «бессемеровский процесс».

В XX веке мартеновские печи активно заменяют бессемеровский конвертер. Но и они устаревают уже к концу века, и им на смену приходит кислородно-конвертерное производство. С появлением мощных электростанций в качестве источников энергии промышленное распространение получает технология электрометаллургии как для производства цветных металлов, так и для черной металлургии.

XXI век вносит свои коррективы в обработку железа, заставляя задуматься не только над выгодой, но и над ущербом, который наносит металлургия окружающей среде. Процесс прямого восстановления железа из руды водородом на сегодняшний день выглядит наиболее перспективным с точки зрения экологии. На следующем переделе сталь получается при плавлении частичек железа в электрических печах с последующим добавлением углерода.

Современные технологические инновации являются определяющим фактором в поддержании конкурентоспособности металлургии на мировом рынке.

Железо улучшало качество жизни людей на протяжении веков. По мере открытия более совершенных технологий его обработки мир пережил самый быстрый период роста. Достижения металлургической промышленности середины восемнадцатого века привели к бурному развитию машиностроения и самой настоящей революции машин.

Подобно тому, как железный век менял образ жизни человека столетия назад, вполне возможно, что грядущая Четвертая промышленная революция станет началом нового века в развитии нашей цивилизации.

Как появился профлист. Производство профнастила от «Металл Профиль».

4822 просмотра

Содержание:

  • Профнастил. Факты из истории.
  • Сырье для профлиста.
  • Прокатка. Цинкование и выравнивание.
  • Пассивация и грунтовка.
  • Нанесение полимера.
  • Проверка качества.
  • Профилирование.
  • Нарезка и упаковка.
  • Итог.

О полезных свойствах профнастила написана не одна научная работа. Из него возводят долговечные фасады зданий, делают кровлю и заборы. Мы расскажем о производстве профнастила на примере компании «Металл Профиль».


Профнастил: факты из истории

Вопрос «как произвести профнастил?» давно волновал ученых и промышленников. Официальной родиной профилированного листа считают Великобританию. Именно на Туманном Альбионе, в 1820-х годах, инженер Генри Робинсон Палмер сконструировал первый ручной станок CGI для профилированного листа.

Образцы профлиста того времени серьезно отличались от современного гофрированного изделия. Тогда еще не было возможности открыть свое масштабное производство профнастила, а в роли сырья использовали железо, полученное методом ковки или литья.

Изделия времен Палмера были абсолютно не адаптированы для гибки (придания новой формы), но даже такой профнастил стал очень популярным материалом в строительстве. Немного позже профлист научились делать в Америке и в Германии.

Еще одной значимой датой для профлиста считают 1836 год. В то время во Франции изобрели цинкование стали и железа. Технологию цинкования заимствовали и производители профилированного листа. Слой цинка защитил профлист от коррозии, увеличив срок его службы. В конце ХIХ века появились улучшенные условия для производства профнастила.

Благодаря применению специальной стальной установки стали выпускать листы профнастила разной формы – волнообразные, прямоугольные, трапециевидные и др. Тогда в качестве профлиста использовали более прочную (по сравнению с железом) сталь, что позволило серьезно уменьшить толщину изделий.

Одним из знаковых моментов развития стройматериала стало нанесение на профнастил защитного слоя (полимерного покрытия). Такой профлист назвали «окрашенным». Он защищает изделие от ультрафиолета и ржавчины. На окрашенном профлисте не задерживается грязь и пыль, он не требует тщательного ухода. Современный металлический профлист изготавливают из рулонной стали. После обработки на станке поверхность листа становится гофрированной. Благодаря этому увеличивается его способность выдерживать нагрузки.

Сегодня профнастил активно используют во всем мире при отделке фасадов, кровель, заборов, навесов, в коммерческих, промышленных и жилых объектах.


Профлист – один из наиболее современных стройматериалов.


Сырье для профлиста

О том, как сегодня делают профилированный лист, мы расскажем на примере «Металл Профиль». Это одна из ведущих компаний по производству профлиста в России и странах СНГ. Ее продукцию используют при строительстве дворцов спорта, объектов социальной сферы, промышленных, коммерческих зданий и частного домостроения. Каждый цех для производства профнастила компании оснащен современным оборудованием.

Один из главных вопросов для тех, кто начинает заниматься профнастилом – где брать материал для производства профлиста? Сырьём для профнастила является горячеоцинкованная сталь холодного проката.

Металл делают на металлургических комбинатах и поставляют в компанию «Металл Профиль» в огромных рулонах. Толщина стали в рулоне варьируется от 1,8 до 2,5 мм. Такие рулоны называют бухтами, каждая из них весит порядка 20 тонн.


Рулоны также называют бухтами.

Перед тем, как получить профнастил, идет подготовка сырья. Бухта поступает на участок бескислотной обработки металла. Снимается окалина, на листоправильной машине убирается волна и другие деформации листа, чтобы он стал абсолютно плоским. После правки сталь подрезают дисковыми ножами под стандартную ширину заготовки. Затем она сматывается в рулон и передается на прокатный стан.


Прокатка

После того, как рулоны подают на разматыватель (станок, где разматывается рулон), начинается процесс прокатки. Именно на этом этапе из больших толстых рулонов получается тонкий лист металла. Валы давят на сталь с усилием порядка 800 тонн. В результате из километрового рулона толщиной 2,5 мм можно получить 5 км проката толщиной 0,5 мм. Процесс прокатки проходит в несколько заходов и зависит от исходной и заданной толщины полосы.

После прокатки рулоны упаковывают и передают на склад электромостовым краном.

Цинкование и выравнивание

Следующий этап для производства профнастила проходит в цехе горячего цинкования. Слой цинка защищает металл от разрушения, продлевая срок службы изделия.

Цинкование – сложный многоступенчатый процесс. Перед нанесением цинка сталь очищают и обезжиривают в щелочных ваннах. Затем полоса (образец) поступает в печь с разными температурными зонами. Очистка металла от следов масел, используемых при прокатке, происходит в зоне открытого пламени. Рабочая температура здесь – 1270℃.

После этого следуют зона нагрева, где сталь прогревается до 660 – 730℃.

Затем идет зона выдержки и охлаждения. Здесь температура стали снижается «всего» до 480℃. Конечная стадия – зона горячего натяжения. В ней под воздействием высоких температур и азотно-водородной смеси из металла вытесняется кислород, чтобы избежать дальнейшей коррозии.

После этого полоса готова к нанесению расплава цинка. Металл погружают в ванну с расплавом цинка при помощи специального оборудования. Температура расплава цинка – 460℃. Металл покрывается равномерным слоем одинаковой толщины.

Постепенно поднимаясь вверх, сталь проходит через воздушные ножи. От мощности их потока, расстояния и угла наклона зависит масса нанесённого цинка. Чем выше этот показатель – тем дольше прослужит профлист из оцинкованной стали.

После этого полоса металла попадает в башню охлаждения, где происходит кристаллизация расплавленного цинка.

Полосу также пропускают через дрессировочную клеть. Это делается для того, чтобы убрать шероховатость цинка и придать металлическому изделию гладкий вид.

Далее стальной рулон попадает на прави́льный комплекс. Здесь изгибо-растяжная машина вытягивает и выравнивает металл.


Так выглядит современное оборудование. А первый ручной станок для профлиста в ХIХ веке сделал британский инженер Генри Палмер.


Пассивация и грунтовка

Затем на полосу теперь уже оцинкованной стали наносится хроматное конверсионное покрытие и консервационное масло. Это тип покрытия, используемый для пассивации изделий из стали. Он нужен, чтобы сталь служила еще дольше.

Сталь покрывается специальным слоем солей и оксидов, которые не дают ей разрушаться.

Далее специальной окрасочной машиной наносят грунтовочное покрытие.

Оно дополнительно защищает сталь от разрушения, обеспечивая прочное сцепление между полимерным покрытием и металлом, нивелируя на нем дефекты.

Завершающим этапом является нанесение полимера.


Нанесение полимера

Полимерное покрытие наносят U-образной окрасочной машиной. Она играет важную роль для всех, кто организовывает свое производство профнастила. У такой машины есть две головки (А и В) для нанесения лицевого покрытия и нижняя головка (С) для нанесения покрытия на обратную стороны полосы.

Наличие двух пар красящих головок позволяет осуществлять переход с одного цвета краски на другой, не останавливая линию. В то время как одна покрасочная головка находится в работе, вторая может быть подготовлена к последующей окраске другим цветом.

После нанесения покрытия изделия сушат в конвекторной газовой печи. Это нужно для достижения такой температуры металла, которая позволит растворителю испариться, обеспечивая необходимую полимеризацию. Режим сушки устанавливает технолог.

Высушенный окрашенный металл помещают в камеру воздушного охлаждения. Это делается для снижения температуры полосы. Затем ее (полосу) кладут в секцию водяного охлаждения, что позволит избежать температурного удара и деформации металла.

После нанесения полимерного слоя окрашенная полоса через ленточный заправочный механизм попадает на оправку намотчика для сматывания полосы в рулон.

При помощи гидравлической тележки рулон снимают с намотчика и подают на накопительные подставки. Затем окрашенный рулон перевозят мостовым краном на специальный участок для упаковки.

Защитные слои профнастила, начиная от пассивирующего и заканчивая полимерным, призваны предотвратить появление коррозии на стали.

Полимерное покрытие обеспечивает профлисту нужный цвет, привлекательный внешний вид, защищает сталь от выгорания на солнце и от механических повреждений.


Проверка качества

Далее следует этап контроля качества. Это то, что нужно для производства надежного профнастила. Компания «Металл Профиль» располагает собственной лабораторией. Здесь проверяют прочность при ударе и при изгибе, твёрдость полимерного покрытия, сцепление покрытия со сталью, цветовое различие в сравнении с эталоном, блеск и толщину покрытия. Работы проводят опытные и высококвалифицированные сотрудники. Благодаря постоянному контролю наши клиенты могут быть уверены в качестве продукции компании «Металл Профиль».


Рабочее место инженера-технолога для проведения тестов.

Компания «Металл Профиль» выпускает профлист с полимерным покрытием (окрашенный и оцинкованный) и без него (только оцинкованный). Окрашенный профнастил более эстетичный материал, чем оцинкованный. Его используют в разных сферах применения: от облицовки фасадов до возведения долговечных капитальных ограждений. Декоративный слой профлиста с покрытием защищает от внешних природных воздействий – солнца, дождя и снега.


Профилирование

Автоматизированный процесс изготовления профнастила из листовой стали можно описать в несколько фраз. Рулон устанавливают на разматыватель, который обеспечивает правильную и равномерную подачу листа. Конец листа вставляют в формовочную машину прокатного стана. В систему автоматического управления вводят основные параметры, к которым относят скорость прокатки и количество листов профнастила. Отрегулировав параметры, запускается оборудование. Профиль на листе появляется постепенно, проходя через множество валов. К концу прокаточной линии он превращается в полноценный профилированный лист. После профилирования изделие обрезают гидравлическими ножницами согласно требуемым параметрам. Выпускаясь на высокотехнологичных линиях и пройдя все стадии жесткого контроля профнастил компании «Металл Профиль» соответствует самым высоким стандартам качества.


Нарезка и упаковка

В последнюю очередь происходит нарезка листов нужной длины. Все габариты профнастила зависят от типа профиля, необходимая длина листов указывается заказчиком.

Наше оборудование позволяет делать листы любого размера в диапазоне от 0,5 до 12 метров.

Современное высокоточное оборудование позволяет исключить из производства «человеческий фактор». Все необходимые параметры изготовления изделия задаются оператором в автоматической системе управления. В цехах для производства профнастила трудится высококвалифицированный персонал.

Качество готовой продукции контролируется ОТК. Перед тем, как начать производство и на выходе готовой продукции отбирают пробы. Оператор входной секции (с помощью электроножниц) берет образец от первого рулона новой партии и передает его контролеру ОТК. Контроль качества также проводится по ГОСТУ.


Современное оборудование позволяет исключить из производства «человеческий фактор».

Готовый профлист кладется на поддоны, накрывается воздушно-пузырчатой пленкой и укрепляется металлическими стяжками.

После упаковки заказы раскладывают на складе, откуда потом отправляют к конечному потребителю.


Профлист хорошо подойдет для кровель, фасадов и ограждений.


Итог:

Начиная с ХIХ века профнастил стал одним из наиболее востребованных стройматериалов. У компании «Металл Профиль» есть все, что нужно для производства профлиста. Мы делаем надежный профилированный лист для кровель, фасадов и ограждений. Квалифицированные сотрудники и наличие своей лаборатории гарантируют контроль качества профлиста на каждом этапе его изготовления. Благодаря собственному производству мы имеем возможность предоставить доступные цены на профнастил. Выберите нужный профлист и закажите его в нашем интернет-магазине.

* Подробную информацию о гарантийных сроках на продукцию можно получить на сайте metallprofil.ru в разделе «Документы».

В статье упоминаются категории:

Профилированный лист

Назад к списку

Откуда берется металл?


10 декабря 2018 г. Обновлено: 15 июня 2022 г. автор: ИМС

Свяжитесь с нами

металлы, Основы металлов


Время чтения: 2 м 24 с

Чистые металлы являются важнейшими элементами материи. Известно 118 элементов, найденных в природе или созданных в лаборатории. Большинство этих элементов являются металлами, но есть небольшое количество неметаллических элементов, таких как углерод, и несколько «промежуточных» элементов, называемых металлоидами. Все металлические элементы, найденные на Земле, были либо созданы внутри звезды на начальных фазах Вселенной, либо людьми в лабораториях.
Ознакомьтесь с изделиями из металла от IMS!

Что такое металлы?

Металлы сохраняют определенные физические свойства, которые отличают их от неметаллов и металлоидов. Наиболее очевидная разница заключается в том, что металлы очень хорошо проводят тепло и электричество. Они, как правило, твердые, когда твердые, и имеют глянцевый блеск. Еще одним важным качеством металлов является то, что они пластичны, что означает, что их можно ковать или обрабатывать в различных формах. Их также можно расплавить и отлить в формы или разрезать на станках для создания ценных предметов.

Происхождение металла

Все металлы Земли возникли миллиарды лет назад, когда впервые появилась Вселенная. Внутри сверхгорячей среды звезд простые атомы водорода и гелия сливались, создавая более тяжелые элементы. После того, как первоначальные звезды взорвались, пыль и газ от взрыва попали в нашу местную галактику и были вовлечены в создание нашей Солнечной системы. Частицы, вращающиеся вокруг нового солнца, слипались в планеты, включая Землю.

Как делают металл?

Большая часть металла на Земле, особенно железа, находится в ядре Земли. Металл неравномерно рассеян по земной коре, смешивается с горными породами, соединяется с кислородом и другими элементами. Некоторые типы горных пород, такие как гранит, содержат только следовые количества металла. Металл, который мы используем для изготовления зданий, компьютеров, автомобилей и грузовиков, а также многих других продуктов, поступает из подземных месторождений минеральных руд, содержащих высокие концентрации металлов.

Производство металлических сплавов

Первым шагом в производстве металлических сплавов является извлечение сырой руды из земли. Затем руда обрабатывается для удаления неметаллических материалов, таких как камень и мусор. Затем сплавы металлов создаются путем плавления различных металлических веществ и их смешивания. Как только вновь включенное металлическое соединение охлаждается, получается твердый материал из металлического сплава. Процесс экстракции может включать:

  • измельчение руды в порошок
  • нагрев до высоких температур
  • ополаскивание водой или в химической ванне
  • фильтрация шлама
  • осаждение жидкости
  • применение электрического тока для разрыва прочных химических связей

После извлечения металла его можно использовать для многих целей: от алюминиевых банок до стальных строительных лесов, от оцинкованных крыш до электронных схем.

Раннее производство металла человеком

Первые люди обнаружили небольшие кусочки металлов, распространенных в природе, таких как медь, олово и золото, которые они вковывали в украшения и другие предметы. Они научились смешивать металлы для создания новых металлов, называемых сплавами, улучшая их характеристики.
Например, смешав медь с оловом, они создали бронзу, которая гораздо сложнее и лучше подходит для оружия, чем чистая медь. Основные металлические сплавы, такие как сталь, представляющая собой железо, смешанное с небольшим количеством углерода, позволяют производить некоторые из наиболее часто используемых сегодня металлических предметов, таких как автомобили, строительные конструкции, бытовая техника и многое другое.

Варианты из металлического сплава

Почти все металлические элементы могут быть сплавлены в различные типы, при этом каждый металлический сплав обладает своими уникальными физическими характеристиками и полезными свойствами. Некоторые из металлов, из которых производятся наиболее полезные металлические сплавы, включают:

  • Сталь
  • Алюминий
  • Нержавеющая сталь
  • Медь/латунь
  • Специальность

IMS — местный надежный поставщик металла в Калифорнии, Аризоне и Неваде

Позвольте IMS помочь вам найти необходимую вам металлическую продукцию. Наш ассортимент премиальных металлических изделий доступен для самовывоза или доставки на следующий день по месту жительства. Закажите онлайн или зайдите в один из наших офисов, где вы найдете металлы высочайшего качества в отрасли.
Чтобы ознакомиться с широким ассортиментом металлических прутков, листов, пластин, труб, труб и других форм из алюминия, стали, нержавеющей стали, чугуна, латуни и бронзы, посетите сайт Industrial Metal Supply.

металлов, Основы металла

Предыдущий пост: 7 советов по развитию навыков сварки

Next Post: Чего вы не знаете о конструкционной стали

Показанные категории

Профилактика ржавчины Основы металла Как серия Металлические формы Руководства по отрасли Металлы

Другие категории

Свяжитесь с нами

Как металлы

. Читатель в ванной

У тебя есть кольцо на пальце? Он сделан из золота, серебра, платины или другого природного металла? Затем подумайте вот о чем: металл в этом кольце на вашем пальце старше, чем планета, на которой вы стоите.

ЧТО ТАКОЕ «МЕТАЛЛ»?

С научной точки зрения, металлы — это встречающиеся в природе химические элементы, обычно твердые, блестящие и хорошо проводящие как тепло, так и электричество. Примеры включают железо, золото, серебро, медь, цинк, никель и т. д., а также элементы, которые мы обычно не считаем металлами. Одним из них является натрий — металл, который мы регулярно употребляем в пищу: натрий — это мягкий серебристо-белый металл, который обычно связывается с элементом хлора с образованием хлорида натрия или поваренной соли.

Другим является астат, который был обнаружен в 1940 году в лаборатории, где он был создан искусственно. Он не был обнаружен в природе до 1943 года. Астат очень радиоактивен, и считается, что на Земле существует всего одна его унция. Из 118 известных химических элементов 88 являются металлами.

НАСТОЯЩАЯ АЛХИМИЯ

Откуда взялись все эти металлы? Вот очень упрощенное объяснение:

Все элементы, включая металлы, состоят из одного и того же вещества: атомарного материала — электронов, нейтронов и протонов. Атомы различных элементов можно отличить друг от друга по количеству содержащихся в них протонов. (Количество нейтронов и электронов может различаться даже среди атомов одного и того же элемента.) Например, атом водорода содержит только один протон. Атом золота имеет 79. Это верно для каждого из бесчисленных атомов водорода и золота во Вселенной.

Если бы вы нашли способ смешать 79 атомов водорода в один атом, у вас был бы атом с 79 протонами, а значит, у вас был бы атом золота. И это почти то же самое… за исключением того, что это происходит внутри звезд.

В НИХ ЗВЕЗДАХ ЗОЛОТО

Примерно 13,7 миллиарда лет назад впервые появилась материя в виде атомов двух легчайших элементов: водорода с одним протоном и гелия с двумя. Они остаются, безусловно, самыми распространенными элементами во Вселенной.

По прошествии многих миллионов лет первые атомы водорода и гелия собрались в облака пыли и газа, настолько огромные, что их можно было бы измерять световыми годами (1 световой год = 6 триллионов миль или 9,5 триллионов километров). В конце концов облака поддались собственной огромной гравитации и рухнули, образовав первые звезды. А звезды были разрушителями атомов — достаточно горячими, чтобы разрушить эти атомы водорода и гелия и снова соединить их воедино, переделав их в более крупные атомы других, более тяжелых элементов.

Например, если объединить два атома водорода, получится атом с двумя протонами — или гелий. Соедините вместе три атома водорода, и вы получите атом с тремя протонами — литий, первый и самый легкий металл. Объедините вместе три гелия, и вы получите атом с шестью протонами — углерод. Это то, что происходит со всеми звездами, которые вы видите на небе ночью. В массивных процесс может привести к производству все более и более тяжелых элементов, включая такие металлы, как титан (22 протона) и железо (26 протонов). Если они особенно массивны, они могут производить самые тяжелые металлы, такие как золото (79протонов) и урана (92 протона). Это одна из вещей, которые делают звезды, и именно так все элементы, включая все эти блестящие металлы, образуются в природе.

Итак, как они сюда попали?

ВНИЗ НА ЗЕМЛЮ

В первые несколько миллиардов лет после Большого Взрыва родились миллиарды и миллиарды звезд, как мы только что описали. Многие из них были чрезвычайно массивными (в сотни раз больше нашего Солнца), а массивные звезды живут относительно недолго — в некоторых случаях всего несколько миллионов лет (более мелкие звезды могут жить миллиарды лет) — а затем умирают, взорвавшись как сверхновые.

И когда эти массивные звезды взорвались миллиарды лет назад, они выбросили созданные ими тяжелые элементы, отправив их в космос. Они, так сказать, «засеяли» вселенную элементами, в том числе металлами. И сверхмассивные, непостижимые количества — триллионы, триллионы и триллионы мегатонн. Это означает, что когда новые звезды образовались позже, они уже были «засеяны» металлами, оставленными этими сверхновыми.

Одной из более поздних богатых металлом звезд было наше Солнце. Беглый взгляд на эту историю:

  • Около 4,5 миллиардов лет назад массивное космическое облако пыли и газа, засеянное большим количеством более тяжелых элементов, коллапсировало, начав процесс формирования новой звезды.
  • Большая часть водорода и гелия в облаке стала частью новообразованной звезды. Остальная пыль и газ, включая металлы, скопились в расплавленной массе, вращаясь вокруг новой звезды. Вращательное движение расплющило массу (представьте себе вращение теста для пиццы) в расплавленный вращающийся диск.
  • За миллионы лет, по мере того как диск остывал, его части слипались то здесь, то там, и эти сгустки стали планетами в нашей Солнечной системе. А металлы в пыли? Они стали всеми металлами, найденными на всех планетах, включая нашу собственную.

Наша акция: На Земле много металла. Почти треть массы планеты составляет элемент железа, большая часть которого находится в ядре планеты. Еще 14 процентов составляют магний, 1,5 процента — никель и 1,4 процента — алюминий. это 49процентов планеты. Остальные металлы Земли, включая «драгоценные» металлы, такие как золото, серебро, платина и палладий, существуют лишь в следовых количествах. Остальное — неметаллическая часть — составляет около 30 процентов кислорода и 15 процентов кремния, а также меньшее количество множества других неметаллических элементов.

СМОТРИ! БЛЕСТЯЩИЙ!

В течение как минимум нескольких миллионов лет люди и их предки использовали инструменты из таких материалов, как дерево, кость и камень, чтобы немного облегчить себе жизнь. Это не сильно облегчило их жизнь: Homo sapiens почти все время своего существования были относительно примитивными кочевым охотниками и собирателями. Затем, около 10 000 лет назад, они начали открывать способы работы с «новым» материалом: металлом.

Первыми металлами, используемыми людьми, были те, с которыми ранним кузнецам не приходилось много работать, чтобы сделать их пригодными для использования. Это самородные металлы — металлы, встречающиеся в природе в чистом виде или в естественной смеси с другими элементами таким образом, что сохраняются их полезные свойства. К ним относятся медь, олово, свинец, серебро и золото.

Кто-то мог просто найти самородки этих металлов в русле реки или в корнях выкопанного дерева и подумал, что они привлекательны. Возможно, они колотили их каменными молотками и обнаружили, что могут придавать им форму. Это могло привести к использованию металлов в ювелирных изделиях или украшениях или к изготовлению металлических инструментов и оружия, таких как топоры, ножи и мечи, — значительное улучшение по сравнению со старыми каменными орудиями. Все это в конечном итоге привело к тому, что люди начали активно искать больше металлов, открывать шахты, торговать металлами между разными народами и зарождаться металлургическая промышленность. Однако это произошло — это произошло во многих местах по всему миру.

МЕТАЛЛУРГИЯ

Около 8000 лет назад люди начали открывать, что они могут изменять металл. Возможно, они обнаружили это случайно, или, возможно, люди просто проявили творческий подход, или, возможно, это была комбинация того и другого. В любом случае были разработаны новые процессы для изменения металлов, а затем для создания совершенно новых, которых вообще не существовало в природе, — с огромным улучшением качества. В течение следующих нескольких тысяч лет добыча полезных ископаемых и металлообработка стали неотъемлемой частью большинства культур на Земле, а металл стал одним из веществ, наиболее сильно изменивших цивилизацию в истории человечества. Каждый из этих новых процессов связан с огнем, и вполне вероятно, что эксперименты с одним привели непосредственно к следующему. Наиболее важные достижения:

  • Отжиг. Это просто процесс нагревания металла до вишнево-красного цвета. Это восстанавливает старый, хрупкий металл до его первоначального ковкого состояния, позволяя переделывать его и продлевая срок его использования. Отжиг можно проводить при относительно низких температурах (медь можно отжигать на костре). Впервые это было сделано где-то около 6000 г. до н.э., где-то на Ближнем Востоке и, возможно, в Европе и Индии примерно в то же время.
  • Плавка. В этом процессе металлы плавятся в жидком состоянии, что дает гораздо больше свободы для придания им различных форм. Металлы были впервые выплавлены около 5000 г. до н.э., после разработки более совершенных гончарных печей, которые могут производить гораздо более высокую температуру, чем можно было бы достичь в простом открытом огне.
  • Производство сплавов. Это процесс смешивания различных металлов, пока они находятся в расплавленном состоянии. Это началось около 3300 г. до н.э. (начало бронзового века), с первым производством бронзы — смеси меди и олова, гораздо более твердой и прочной, чем любой из ее компонентов.
  • Извлечение. Благодаря дальнейшему совершенствованию технологии печей и последующей возможности достижения более высоких температур были разработаны методы, позволяющие извлекать металлы из руды. Впервые это было сделано из железа на Ближнем Востоке около 1500 г. до н.э., что ознаменовало начало железного века.
  • Плавка, производство сплавов и добыча практиковались древними народами в Европе, Азии, Южной Америке и даже на севере, вплоть до Мексики, но не в остальной части Северной Америки или в Австралии, пока не прибыли европейцы. Эти простые процессы остаются основой, вероятно, крупнейшей и самой успешной отрасли в истории человечества: металлургической промышленности.

ЖЕЛЕЗО

Железо — самый распространенный металл на Земле. Но, как и в случае с большинством металлов, добраться до него сложно, потому что он очень редко встречается в чистом виде в природе. Чаще всего он существует в оксидах железа — молекулах, состоящих из железа и кислорода, которые встречаются в смеси с породой в железной руде. Чтобы получить железо, нужно избавиться от кислорода и камня. Вот наиболее распространенный процесс, используемый сегодня:

  • Подготовка: После добычи железная руда измельчается в порошок. Затем огромные магнитные барабаны используются для отделения бедной железом руды от богатой железом. (Руда, богатая железом, прилипает к бочкам, остальное отпадает.) Богатый железом порошок смешивают с глиной и превращают в окатыши размером с мрамор, которые затем подвергают термообработке. Это позволяет более эффективно сжигать на следующем этапе, плавке.
  • Плавка
  • : окатыши плавятся в печи вместе с коксом — углем, который был переработан в почти чистый углерод — и известняком. Интенсивная жара разрывает железо-кислородные связи в руде, высвобождая кислород в виде газа, который соединяется с углеродным газом, выделяющимся из горящего кокса, с образованием CO2 (двуокиси углерода). CO2 выходит из верхней части печи, а железо, лишенное кислорода, плавится (при температуре около 2800°F) и собирается на дне печи. Известняк также плавится и связывается с примесями, образуя расплавленные отходы, известные как шлак. Шлак легче железа, и его постоянно удаляют с верхней части печи.
  • Результат: Продуктом этого процесса является передельный чугун из сплава железа. Он имеет относительно высокое содержание углерода, около 5 процентов, что делает его очень хрупким, и поэтому чугун в основном бесполезен, за исключением производства других сплавов железа, особенно стали.

СТАЛЬ

Сегодня около 98 процентов производимого во всем мире чугуна идет на производство стали, наиболее широко используемого металла или металлического сплава в истории. Процесс начинается с заливки расплавленного чугуна в сталеплавильные печи, где его обрабатывают для удаления любых оставшихся примесей и снижения содержания углерода до 0,1–2%. Это одна из главных характеристик стали: все, кроме очень немногих из сотен различных типов стали, содержат углерод в таких количествах. Это снижает хрупкость, увеличивая при этом прочность и твердость. Затем в смесь добавляются различные элементы, в зависимости от типа производимой стали. Два примера:

  • Марганцевая сталь, или мангаллой, содержит около 13 процентов марганца, что делает ее чрезвычайно ударопрочной. Это делает мангаллой популярным для использования в горнодобывающих инструментах, дробильном оборудовании и бронировании военной техники.
  • Нержавеющая сталь
  • на самом деле является названием для широкого спектра сталей, но все они имеют одну общую черту: хром, примерно от 10 до 30 процентов, в зависимости от типа. Хром на поверхности нержавеющей стали связывается с кислородом воздуха, образуя слой оксида хрома, который придает нержавеющей стали очень твердый, блестящий вид и делает ее устойчивой к коррозии. А если он поврежден или поцарапан, хром повторно связывается с кислородом, и образуется новый слой — так что он самовосстанавливается. Нержавеющая сталь используется в самых разных изделиях, от кухонной утвари до хирургического оборудования и уличной скульптуры. (Он также на 100 % подлежит вторичной переработке.)

АЛЮМИНИЙ

Наиболее распространенной рудой, используемой для производства алюминия, является боксит, глиноподобное вещество, примерно на 50 процентов состоящее из глинозема, связанного кислородом. Как и в случае с железом, получение алюминия означает избавление от кислорода и минералов в руде. Этот процесс намного сложнее, чем извлечение железа, и был разработан только в конце 1800-х годов. (Алюминий был идентифицирован как уникальный элемент только в 1808 году.) Первая часть системы, наиболее часто используемая сегодня, называется процессом Байера, названным в честь австрийского химика Карла Байера, который изобрел его в 1877 году.

Процесс Байера: Бокситы добывают и измельчают, затем смешивают с водой и щелочью и нагревают в резервуарах. Это тепло и щелочь заставляют глинозем в руде растворяться в воде, а примеси оседают на дно. Затем вода, богатая глиноземом, откачивается и фильтруется для удаления дополнительных примесей, а затем перекачивается в огромные отстойники, где вода выпадает в осадок. То, что остается, представляет собой белый кристаллический порошок, который примерно на 99% состоит из оксида алюминия. Кристаллы промывают и дают им высохнуть.

Следующий этап известен как процесс Холла-Эру, названный в честь двух химиков, которые независимо друг от друга разработали его в 1886 году. В этом процессе кристаллы оксида алюминия (вместе с минералами, которые способствуют разрушению оксида алюминия) выплавляются при температуре около 1760°F в стальных чанах. Но этого недостаточно, чтобы разорвать алюминий-кислородные связи в оксиде алюминия; они намного прочнее, чем связи железо-кислород. Таким образом, через расплавленный материал проходит мощный электрический ток, что приводит к разрыву связей. Кислород высвобождается в виде газа и притягивается к углеродным стержням, подвешенным над расплавленной смесью, где он связывается с углеродом с образованием газообразного CO2 (точно так же, как в процессе плавки железа). Освобожденный алюминий плавится и собирается на дне кастрюли. На данный момент это 99,8% чистый алюминий.

Алюминий широко используется в чистом виде (алюминиевая фольга изготавливается почти из чистого алюминия) и чаще всего в сплавах, смешанных с такими элементами, как кремний, медь и цинк. Некоторые из них прочнее стали и имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что они намного легче. Обычное использование включает в себя кухонную посуду, банки для безалкогольных напитков и блоки автомобильных двигателей.

ПЛАТИНА

Платина — блестящий серебристо-белый металл, очень редкий и обладающий некоторыми уникальными качествами: это один из самых плотных металлов, но при этом очень пластичный; он чрезвычайно устойчив к коррозии под воздействием температуры, ржавчины или воздействия таких материалов, как кислоты; и у нее очень высокая температура плавления 3215°F (точка плавления золота всего 1064°, а железа 1535°). Платина существует в чистом виде в природе, но чаще встречается в смеси с другими элементами, включая кислород, медь и никель. Более 90 процентов платины, добываемой сегодня в мире, поступает всего из четырех месторождений: трех в России и одного в Южной Африке. Производство достаточно сложное.

Для производства одной унции платины необходимо добыть более десяти тонн руды. Краткое описание процесса выглядит следующим образом:

  • Руда добывается, измельчается в порошок и смешивается с водой и химикатами. Через смесь продувается воздух, создавая пузырьки, к которым прилипают крошечные частицы платины. Пузырьки поднимаются на поверхность бака, образуя мыльную пену. Пену собирают, сушат и плавят при температуре выше 2700°F. Более тяжелые частицы — металлы — опускаются на дно печи. Более легкие примеси собираются поверх расплавленного металла и удаляются. Затем используются сложные химические процессы для отделения платины от любой меди, никеля и других металлов, которые все еще присутствуют, пока, наконец, не будет получена чистая платина.

БЛЕСТЯЩИЕ КУСОЧКИ

  • Железная руда выплавляется в доменной печи: Перегретый воздух — до 2200°F — «вдувается» в печь, заставляя ее гореть намного горячее, чем могло бы быть в противном случае. Типичная доменная печь на сталелитейном заводе работает 24 часа в сутки, 365 дней в неделю, до 20 лет, после чего ее необходимо заменить.
  • Чистая сталь очень восприимчива к ржавчине. Оцинкованная сталь — это сталь, покрытая цинком, который очень устойчив к ржавчине.
  • Основной химический компонент рубинов, изумрудов и сапфиров: алюминий.
  • Для чего используется большая часть чрезвычайно редкого металла платины? Каталитические нейтрализаторы — устройства на автомобилях, используемые для очистки выхлопных газов. Платина является исключительно хорошим катализатором: она способствует преобразованию токсичных газов в выхлопных газах, таких как окись углерода, в нетоксичные газы.
  • Это миф, что у коренных американцев не было металлообработки. У многих племен на самом деле были давние традиции обработки меди, особенно в районе Великих озер, где металла было в изобилии.
  • Вся платина, добытая в истории, поместилась бы в подвале среднего дома.

Эта статья перепечатана с разрешения Uncle John’s 24 Karat Gold Bathroom Reader . Сборщики информации из Института читателей ванных комнат откопали бесценную коллекцию удивительных, удивительных, головокружительных и веселых статей. 24-каратное золото наполнено малоизвестной историей, случайным происхождением, странными новостями, секретами знаменитостей и городскими легендами.

С 1987 года Институт читателей ванных комнат возглавил движение в защиту тех, кто сидит и читает в ванной (и везде, если на то пошло). Серия Uncle John’s Bath Reader, изданная тиражом более 15 миллионов книг, является самой продолжительной и самой популярной серией в своем роде в мире.

Если вам нравятся книги «Сегодня я узнал», я гарантирую, что вам понравятся книги Института читателей ванных комнат, так что читайте их!

Откуда берутся металлы?

НАУКА — Физические науки

Задумывались ли вы когда-нибудь…

  • Как человеческий организм использует металлы?
  • Откуда берутся металлы?
  • Что такое металлические сплавы?
Теги:

Просмотреть все теги

  • Наука,
  • Физические науки,
  • Металл,
  • Металлический сплав,
  • Сталь,
  • Нержавеющая сталь,
  • Кобальт,
  • Цинк,
  • Меркурий,
  • Медь,
  • Кальций,
  • Железо,
  • никель,
  • Золото,
  • Олово,
  • Руда,
  • Минерал,
  • Рок,
  • Корка,
  • Розовое золото,
  • Чугун,
  • Углерод,
  • Бронза,
  • Хром,
  • Молибден

Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Кэтрин. Кэтрин Уондерс , “ Как вы делаете металл? ”Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, Екатерина!

Компьютеры. Смартфоны. Ювелирные изделия. Небоскребы. Автомобили. Оглянись! Повсюду вы увидите предметы, которые не могли бы существовать без металла. Можете ли вы представить себе жизнь без этого прочного, блестящего вещества?

Даже человеческому телу нужен металл! Он использует кобальт для производства эритроцитов. Цинк помогает иммунной системе. Высокий уровень ртути и меди может вызвать серьезные проблемы. Даже вашим костям нужна помощь одного типа металла — кальция!

Да, металлы очень важны. Они помогают людям оставаться здоровыми. Люди также используют металлы для создания объектов, которые меняют мир. Но откуда берутся все эти металлы?

Некоторые металлы находятся в земной коре. Кобальт, железо и никель распространены в природе. Так же как и золото, цинк, олово, медь и многие другие. Однако редко можно найти много металлов в больших количествах отдельно от других материалов. Чаще встречающиеся в природе металлы смешивают с горными породами и минералами.

Когда металл смешивается с горными породами и минералами, это называется рудой. Прежде чем использовать металлы, люди должны удалить их из руды. Этот процесс называется плавлением. Он включает в себя нагрев металла выше его точки плавления. После расплавления металл можно фильтровать для удаления других материалов.

Металлы, встречающиеся в природе, хрупкие. Они также подвержены ржавчине и коррозии. Чтобы сделать более прочные и долговечные материалы, люди смешивают металлы вместе и с другими веществами. Результат называется металлическим сплавом.

Какие сплавы металлов вам известны? Одним из самых распространенных металлических сплавов является сталь. Он сделан путем соединения железа и углерода. Нержавеющая сталь — это сплав, который часто используется для изготовления столовых приборов. Это смесь железа, углерода, хрома и молибдена.

Вы когда-нибудь видели украшение из розового золота? Это сплав золота и меди. Как насчет чугунной сковороды? Чугун – еще один сплав. Это смесь железа и углерода. Еще одним распространенным сплавом является бронза, изготовленная из меди и олова.

Какие предметы, которые могут содержать металлы, вы используете каждый день? А сплавы металлов? Вы едете в школу на автобусе или другом транспортном средстве? Скорее всего он из стали. Стулья в вашем классе могут быть изготовлены из железа, алюминия или нержавеющей стали. Если вы используете какую-либо цифровую технологию, она, вероятно, содержит золото, серебро, медь или платину. Как только вы начнете замечать вокруг себя весь металл, уже трудно остановиться!

Common Core, Научные стандарты следующего поколения и Национальный совет по социальным исследованиям.»> Стандарты: NGSS. PS1.A, NGSS.PS1.B, CCRA.R.4, CCRA.L.3, CCRA.L.6, CCRA.R.1, CCRA.R.2, CCRA.SL.1, CCRA .R.10, CCRA.W.2, CCRA.L.1, CCRA.L.2

Интересно, что дальше?

Завтрашнее чудо дня обязательно станет большим хитом!

Попробуйте

Готовы продолжать учиться? Попросите друга или члена семьи помочь вам с этими действиями.

  • Исследуйте металлы в повседневной жизни. Сколько предметов, сделанных из металлов и других добытых материалов, вы использовали? Удивил ли вас какой-либо из этих предметов? Обсудите с другом или членом семьи.
  • Могут ли быть металлические предметы на вашем заднем дворе или в местном парке? Узнайте, сделав свой собственный металлоискатель! Убедитесь, что друг или член семьи помогает вам, и просмотрите список поставок, прежде чем начать. Затем проверьте свой металлоискатель. Что вы можете найти?
  • Сядьте в одной комнате дома или в школе. Оглянись. Какие предметы из металла вы видите? Составить список. Затем выберите один пункт из списка. Напишите несколько предложений, чтобы подробно описать его. На что это похоже? Как вы думаете, из какого металла он сделан? Это природный металл или металлический сплав? На что похож объект? Он крепкий или хрупкий? Будьте максимально подробны.

Wonder Sources

  • https://www.livescience.com/18247-metals-human-body-health-nigms.html (по состоянию на 13 ноября 2019 г.)
  • https://www.industrialmetalsupply.com/ blog/where-do-metals-come-from/ (по состоянию на 13 ноября 2019 г.)
  • https://www.visualcapitalist.com/20-common-metal-alloys/ (по состоянию на 13 ноября 2019 г.)
  • https: //courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/occurrence-of-metals/ (по состоянию на 13 ноября 2019 г.)
  • https://www.britannica.com/technology/smelting (по состоянию на 14 ноября 2019 г.))

Получили?

Проверьте свои знания

Wonder Contributors

Благодарим:

Иммануэль, Ралин, Хэдли и Шрутик
за ответы на вопросы по сегодняшней теме Wonder!

Удивляйтесь вместе с нами!

Что вас интересует?

Wonder Words

  • корка
  • содержат
  • хрупкий
  • вещество
  • материалы
  • минералы
  • количество
  • отфильтровано
  • температура плавления

Примите участие в конкурсе Wonder Word

Оцените это чудо
Поделись этим чудом
×
ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО

Подпишитесь на Wonderopolis и получайте Чудо дня® по электронной почте или SMS

Присоединяйтесь к Buzz

Не пропустите наши специальные предложения, подарки и рекламные акции. Узнай первым!

Поделись со всем миром

Расскажите всем о Вандополисе и его чудесах.

Поделиться Wonderopolis
Wonderopolis Widget

Хотите делиться информацией о Wonderopolis® каждый день? Хотите добавить немного чуда на свой сайт? Помогите распространить чудо семейного обучения вместе.

Добавить виджет

Ты понял!

Продолжить

Не совсем!

Попробуйте еще раз

Металл на каждый день: как делается сталь

Если вы посмотрите вокруг, то увидите много стали. Наряду с пластиком и бумагой это один из самых распространенных материалов в продуктах, используемых каждый день. От вашей машины до кухонной плиты и дверных замков сталь повсюду. На самом деле, чтобы понять, насколько сталь важна для нашего современного мира, подумайте вот о чем: сталь нужна для производства стали.

Так как же возникает этот повседневный металл, т. е. как делается сталь? Одного ответа нет, так как он зависит от нескольких факторов, например, из чего он сделан и как. Хотя вы, вероятно, не так увлекаетесь сталью, как мы, вы читаете это не просто так. Любопытство? Образование? Исследовательская работа? Что бы это ни было, мы расскажем вам, как железо превращается в сталь, которая окружает нас.

Когда вы закончите, вы будете знать о стали больше, чем когда-либо хотели, и сможете уверенно ответить на любой вопрос: «Как производится сталь?»

Как производится сталь – современные процессы

Прежде чем мы перейдем к современным процессам производства стали, давайте немного вернемся к истории. Самые ранние упоминания об использовании стали относятся к 1400 г. до н.э. и с тех пор бесспорно стал одним из основных продуктов мировой промышленной экономики. Однако коммерческого использования стали не было до 1850-х годов, когда сэр Генри Бессемер, английский изобретатель, изобрел процесс производства стали, который сделал массовое производство стали доступным. До его открытия производство стали было дорогостоящим и предназначалось для мелких и дорогих предметов, таких как ножи, мечи и доспехи.

Сегодня сталь – это инструментальный строительный материал с бесчисленным количеством применений. Современные процессы производства стали прошли долгий путь и делятся на две категории: первичное и вторичное производство стали.

Первичное производство стали

Первичное производство стали включает воздуходувку, которая пропускает кислород через расплавленное железо, что снижает содержание углерода в нем, а затем превращает его в сталь. В настоящее время используются три метода первичной выплавки стали.

Базовая кислородная печь для производства стали

Производство стали с кислородным кислородом имеет много псевдонимов: BOS, BOP, BOF, OSM, производство стали в Линце-Донавице или кислородно-конвертерный процесс. Во всех случаях производство стали в кислородной печи представляет собой метод первичного производства стали, при котором кислород продувается через расплавленную железную руду или уголь для снижения содержания углерода в сплаве и превращения его в низкоуглеродистую сталь.

Процесс был разработан в 1948 году Робертом Дюррером, который усовершенствовал производство бессемеровской стали, заменив воздух кислородом. Продувка кислородом вместо воздуха снизила капитальные затраты на процесс и время плавки, что повысило производительность труда. Этот метод стал ответственным за большую часть производства стали в мире, на его долю пришлось 70% мирового производства стали в 2011 году9.0008

Дуговая электропечь для производства стали

Как производится сталь в электродуговой печи (или ЭДП)? В более современном процессе производства стали в ЭДП используется лом или железо прямого восстановления, а не руда или уголь. Материал лома нагревают в печи с пролонгированным электрическим зарядом. Хотя этот тип производства стали существует с 1900-х годов, он приобрел популярность как процесс с пониженным содержанием углерода или «более экологичный» процесс, чем производство стали в кислородном конвертере, и вот почему:

  • ДСП может производить сталь из 100% металлолома, что снижает затраты энергии на производство стали (по сравнению с первичным производством стали из руды).
  • Производство стали в ЭДП
  • более гибко, чем в доменных печах, поскольку их можно быстро запускать и останавливать для производства по требованию.
  • ЭДП
  • требуют большого количества электроэнергии, и многие компании планируют свою работу, чтобы воспользоваться преимуществами цен на электроэнергию в непиковые часы.
  • Типичная сталеплавильная дуговая печь является источником стали для мини-завода, который может быть расположен относительно близко к рынкам сбыта стальной продукции, тем самым сокращая транспортные потребности.

По мере того, как ограничения, направленные на ограничение углеродного следа при производстве, усиливаются, все больше и больше производителей стали, вероятно, будут продолжать использовать производство стали в ЭДП.

Мартеновское производство стали

Производство стали в мартеновских печах — это еще один тип производства, при котором из железной руды сжигается избыток углерода и других примесей для производства стали. Его основные преимущества на пике его использования заключались в том, что он не подвергал сталь чрезмерному воздействию азота, из-за чего сталь становилась хрупкой. Сталеплавильное производство в мартеновских печах также было легче контролировать и позволяло плавить и рафинировать большое количество железного и стального лома.

Однако более современные процессы в основном заменили этот тип производства стали. Хотя он все еще используется в Индии и некоторых частях Украины, Россия вывела из эксплуатации свою последнюю подовую печь в марте 2018 года и рассматривала возможность сохранения ее как музейного артефакта.

Вторичное производство стали

Вторичное производство стали включает рафинирование сырой стали перед разливкой, и различные операции обычно выполняются в ковшах. Во время этого процесса происходит несколько вещей, обеспечивающих производство высококачественной стали, то есть добавляются легирующие добавки, снижается содержание растворенных газов в стали, а включения удаляются или изменяются химически.

HIsarna Производство стали

Производство стали HIsarna является одним из четырех процессов, разработанных в рамках проекта ULCOS, европейского кооператива, созданного для проведения исследований и разработок, направленных на сокращение выбросов CO2 в сталелитейной промышленности.

Производство стали в Хлсарне основано на типе доменной печи, называемой циклонной конвертерной печью, что позволяет отказаться от производства железорудных окатышей, необходимых для кислородно-конверторного процесса производства стали. Без него процесс HIsarna является более энергоэффективным и имеет меньший углеродный след, чем традиционные процессы производства стали.

Изготовление конкретных типов стали

Как делают дамасскую сталь

Дамасская сталь

легко узнаваема по волнистому узору, она очень острая и прочная. Первоначально дамасская сталь представляла собой кованую сталь лезвий мечей, выкованную на Ближнем Востоке из слитков стали Вутц, либо импортированных из Южной Индии, либо сделанных в Шри-Ланке или Хорасане.

Хотя первоначальная обработка ковки из дамасской стали была утеряна много веков назад, до сих пор предпринимается множество попыток воспроизвести дамасскую сталь — в основном из-за ее эстетики. Сегодня существуют различные способы изготовления дамасской стали. В большинстве случаев сталь «Современный дамаск» изготавливается из разных кусков стали и железа, сваренных между собой в заготовку (полуфабрикат). Затем заготовку вытягивают и складывают до тех пор, пока не будет сформировано желаемое количество слоев.

Как делают нержавеющую сталь

Нержавеющая сталь

— это сплав железа и нескольких других элементов (таких как никель, хром, молибден и углерод), который более устойчив к коррозии, чем простое железо или сталь (это просто железо и углерод). Различное соотношение этих компонентов из нержавеющей стали дает различные типы сплавов нержавеющей стали, и каждая уникальная комбинация называется «маркой» нержавеющей стали.

Итак, как из стали делают нержавеющую сталь? В чем-то похожий на другое производство стали, этот процесс включает в себя нагрев сырья и удаление избыточного углерода. Затем материал перемешивается или «настраивается», чтобы помочь распределить или удалить определенные компоненты из смеси. Затем охлаждающийся металл формуется и подвергается термической обработке (также называемой отжигом). Последним шагом является резка и формовка нержавеющей стали для создания конечного продукта.

Медицинская нержавеющая сталь
Медицинская нержавеющая сталь

известна своей высокой формуемостью и исключительной коррозионной стойкостью. Существует две распространенные медицинские нержавеющие стали марок 304 и 316. Эти стали идеально подходят для медицинской промышленности благодаря дополнительным химическим свойствам, обеспечиваемым высоким содержанием никеля, который помогает выдерживать интенсивные процессы стерилизации.

Столовые приборы из нержавеющей стали

Добавление хрома делает нержавеющую сталь идеальной для столовых приборов, так как он способствует образованию пассивной пленки, защищающей от коррозии и пятен. Большинство столовых приборов изготавливается из мартенситной нержавеющей стали, которая характеризуется высокой прочностью и твердостью.

Как производится горячекатаная сталь

Горячекатаная сталь

является основным продуктом из углеродистой стали и используется для изготовления изделий, где чистота поверхности не имеет решающего значения, например, для сельскохозяйственного оборудования или ограждений.

Горячекатаная сталь

изготавливается путем нагрева стальных слябов примерно до 2300 градусов по Фаренгейту. После переноса из печи и охлаждения материал затем промывают под высоким давлением для удаления окалины, образовавшейся при контакте горячего материала с воздухом. Наконец, перед поступлением в охладители материал обрабатывается охлаждающими спреями.

Как производится холоднокатаная сталь

Холоднокатаная сталь изготавливается путем плавления необработанной стали, также называемой плавкой. После того, как необработанная сталь расплавится до жидкого состояния, ее затем немного охлаждают перед подачей через ряд роликов. Поскольку сталь проталкивается через ролики при низкой температуре, она становится тоньше и прочнее при сжатии, что имеет важное значение для производства закаленной стали.

Поскольку сжатие происходит при более низкой температуре при холодной штамповке, чем при горячей штамповке, холодноформованная сталь прочнее и долговечнее, хотя ее сложнее производить.

Как производится закаленная сталь

Закаленная сталь используется для изготовления инструментов и деталей тяжелых машин. По сравнению со стандартной сталью закаленный тип обеспечивает большую износостойкость и долговечность, чтобы выдерживать тяжелые условия эксплуатации.

Производственный процесс начинается с нагревания высокоуглеродистой стали при очень высоких температурах, а затем быстрого охлаждения в воде или рассоле в процессе, известном как закалка, который делает сталь очень твердой, но в то же время очень хрупкой. Чтобы противостоять хрупкости и сохранить прочность, производители закаляют металл, повторно нагревая его и охлаждая естественным путем.

Как производится мягкая сталь

Мягкая сталь — это очень распространенный тип стали, также называемый углеродистой сталью. Мягкая сталь обычно используется для изготовления дорожных знаков, ограждений, автомобилей и гвоздей (и многого другого).

Как и другие углеродистые стали, мягкая сталь изготавливается из железа и угля, расплавленных вместе в доменной печи, а затем затвердевающих в прямоугольную форму. Далее его подвергают горячей прокатке или холодной вытяжке до нужного размера.

Как делают конструкционную сталь

Конструкционная сталь является важным элементом в строительстве и требует соблюдения очень специфических стандартов в производстве. Он начинается с дробления и сортировки необработанного железа с использованием процесса рафинирования, предназначенного для сортировки лучших сортов железа, обычно около 60 процентов.

Затем железная руда загружается в верхнюю часть доменной печи для нагрева. При этом снизу вдувается горячий воздух. Это создает реакцию, которая удаляет примеси, поскольку чистое железо опускается на дно печи. Затем расплавленный чугун сливают и дополнительно нагревают, а также добавляют другие вещества, такие как марганец, которые придают готовому стальному изделию различные свойства.

Наконец, ему придают необходимую конфигурацию, такую ​​как балки, пластины или полые стальные трубы.

Сколько стали производится в Америке?

Сталь

производится во всем мире, в том числе в США. С 2009 по 2014 год годовой доход от производства чугуна и стали в США увеличился с более чем 70 миллиардов долларов до 101 миллиарда долларов. Одним из крупнейших производителей стали в США является корпорация Nucor из Северной Каролины, которая занимает 20-е место в мировом производстве стали.

Теперь, когда вы больше осведомлены о различных типах стали и многих производственных процессах, вы можете понять, насколько важно покупать у надежных и знающих поставщиков.

Компания Texas Iron & Metal занимается производством стали более 80 лет. Наш обширный ассортимент включает в себя широкий ассортимент продукции, и наши сотрудники готовы ответить на любые вопросы. Независимо от того, покупаете ли вы или продаете сталь и трубы, мы всегда готовы предоставить вам надежное и индивидуальное обслуживание.

КОНТАКТЫ

Производство металлов | Encyclopedia.com

Горное дело

Очистка

Восстановление

Сплавы

Ресурсы

Термин «производство металла» относится ко всем процессам, связанным с преобразованием сырья, такого как металлическая руда, в конечную форму, в которой металл можно использовать для каких-либо коммерческих или промышленных целей. В периодической таблице есть около 90 элементов, которые можно описать как металлы. Все они имеют различные общие характеристики, начиная от связывания и заканчивая химической природой. Вообще говоря, металлы — это элементы, которые проводят электричество, податливы и пластичны.

В некоторых случаях производство металла включает относительно небольшое количество стадий, поскольку металл уже встречается в природе в виде элемента. Так обстоит дело с золотом, серебром, платиной и другими так называемыми благородными металлами. Эти металлы обычно встречаются в природе без соединений с другими элементами и поэтому могут быть использованы в коммерческих целях при сравнительно небольшой дополнительной обработке.

Однако в большинстве случаев металлы встречаются в природе в виде соединений, таких как оксид или сульфид, и их необходимо сначала преобразовать в их элементарное состояние. Затем их можно обрабатывать самыми разными способами, чтобы сделать их пригодными для конкретных практических применений.

Первым этапом в производстве металла всегда является добыча полезных ископаемых. Добыча полезных ископаемых относится к процессу удаления металла в свободном или связанном состоянии с поверхности Земли. Двумя наиболее распространенными формами добычи полезных ископаемых являются поверхностная и подземная добыча. В первом случае металл или его руда могут быть удалены с верхних нескольких метров земной поверхности. Большая часть меди в мире, например, добывается из огромных открытых рудников, глубина которых может достигать почти 0,6 мили (1 км), а ширина – более 2,25 мили (3,5 км). Подземная добыча используется для сбора металлических руд, которые находятся на больших глубинах под поверхностью Земли.

Некоторые металлы можно получить из морской воды, а не из земной коры или в дополнение к этому. Магний является одним из примеров. Каждая кубическая миля морской воды содержит около шести миллионов тонн магния, главным образом в форме хлорида магния. Магний сначала осаждают из морской воды в виде гидроксида магния с использованием извести (гидроксида кальция). Затем гидроксид магния снова превращается в хлорид магния, который теперь представляет собой чистое соединение, а не сложную смесь, поступающую из моря. Наконец, металлический магний получают из хлорида магния пропусканием электрического тока через водный раствор соединения.

В большинстве случаев металлы и их руды залегают в недрах в составе сложных смесей, содержащих также горные породы, песок, глину, ил и другие примеси. Таким образом, первым шагом в производстве металла для коммерческого использования является отделение руды от отходов, с которыми она встречается. Термин руда используется для описания соединения металла, которое содержит достаточное количество этого металла, чтобы сделать извлечение металла из соединения экономически целесообразным.

Одним из примеров очистки руды является метод пенной флотации, используемый для руд меди, цинка и некоторых других металлов. В этом методе неочищенная руда, взятая из-под земли, сначала измельчается в порошок, а затем смешивается с водой и пенообразователем, таким как сосновое масло. Затем смесь продувают потоком воздуха, заставляя ее пузыриться и пениться. В процессе вспенивания примеси, такие как песок и камень, смачиваются водой и оседают на дно контейнера. Металлическая руда не поглощает воду, но поглощает сосновое масло. Покрытая нефтью руда всплывает наверх смеси, откуда ее можно снять.

Металлы всегда встречаются в рудах в окисленном состоянии, часто в виде оксида или сульфида металла. Следовательно, чтобы преобразовать руду в ее элементарное состояние, ее необходимо восстановить. Восстановление – это химическая реакция, противоположная окислению. Металлы можно восстанавливать разными способами.

Например, в случае железных руд восстановление может быть осуществлено путем взаимодействия оксидов железа с углеродом и монооксидом углерода. Одним из распространенных устройств, используемых для этой цели, является доменная печь. Доменная печь представляет собой высокий цилиндрический сосуд, в который подают железную руду (состоящую из оксидов железа), кокс (почти чистый углерод) и известняк. Затем температура в доменной печи повышается до более чем 1832 °F (1000 °С). При этой температуре углерод реагирует с кислородом с образованием монооксида углерода, который, в свою очередь, реагирует с оксидами железа с образованием чистого металлического железа. Известняк в исходной смеси, добавленной в доменную печь, вступает в реакцию с диоксидом кремния (песком), примесью, обычно встречающейся в железной руде, и удаляет ее.

Некоторые оксиды металлов плохо поддаются химическим реакциям восстановления, подобным реакциям в описанном выше доменном процессе. Примером может служить восстановление оксида алюминия до металлического алюминия. До 1886 г. не было обнаружено экономически удовлетворительного способа осуществления этого процесса. Затем, будучи молодым студентом-химиком в колледже, американский изобретатель и инженер Чарльз Мартин Холл (1863–1819 гг.14) изобрел простой и недорогой электрический метод восстановления оксида алюминия. Благодаря изобретению Холла алюминий получил широкое распространение во всем мире.

На первом этапе этого процесса оксид алюминия отделяют от других оксидов (например, оксидов железа), с которыми он также происходит, с помощью процесса Байера. В процессе Байера смесь природных оксидов добавляется к гидроксиду натрия, который растворяет оксид алюминия, оставляя другие оксиды позади. Затем оксид алюминия растворяют в минерале, известном как криолит (фторид натрия-алюминия), и помещают в электролитическую ячейку. Когда электрический ток проходит через элемент, образуется расплавленный металлический алюминий, который опускается на дно элемента и может быть отведен из элемента.

В некоторых случаях руда обрабатывается для изменения ее химического состояния перед восстановлением. Наиболее распространенными рудами цинка, например, являются сульфиды. Эти соединения сначала обжигают в избытке воздуха, превращая сульфид цинка в оксид цинка. Затем оксид цинка восстанавливают либо путем взаимодействия с коксом (как в случае с железом), либо путем его электролиза (как в случае с алюминием).

Чистые металлы сами по себе часто не подходят для многих практических применений. Например, чистое золото слишком мягкое для большинства применений и в сочетании с другими металлами образует более твердые и стойкие смеси. Смеси, содержащие два или более металлов, называются сплавами. Возможно, самым известным и наиболее широко используемым из всех сплавов является сталь.

Термин «сталь» относится к ряду различных веществ, которые содержат железо в качестве основного компонента наряду с одним или несколькими другими элементами. Нержавеющая сталь,

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Сплав — Смесь двух или более металлов со свойствами, отличными от свойств металлов, из которых она изготовлена.

Процесс Байера — Процесс, в котором гидроксид натрия добавляется к смеси природных оксидов, так что оксид алюминия растворяется из смеси.

Процесс Холла — Процесс производства металлического алюминия путем пропускания электрического тока через смесь оксида алюминия, растворенного в криолите (фторид натрия-алюминия).

Благородный металл — Металл, который с трудом реагирует с другими элементами и поэтому обычно встречается в природе в свободном или несвязанном состоянии.

Руда — Соединение металла, из которого металл может быть извлечен по экономически целесообразной цене.

Восстановление — Процесс, при котором степень окисления атома уменьшается в результате приобретения им одного или нескольких электронов. Например,

содержит около 18% хрома, 10% никеля и небольшое количество марганца, углерода, фосфора, серы и кремния, а также железа. Когда ниобий добавляется в стальной сплав, конечный продукт имеет необычайно большую прочность. Добавление кобальта дает форму стали, которая выдерживает высокие температуры реактивных двигателей и газовых турбин, а кремнистые стали используются в производстве электрооборудования.

На заключительных этапах производства металла готовому изделию придается форма, которую можно использовать в других отраслях промышленности для изготовления конечной продукции. Так, сталь можно приобрести в виде плоских листов, колец, канатов и нитей, плит, цилиндров и других форм.

См. также Металлургия.

КНИГИ

Браунгарт, Майкл и Уильям Макдоно. От колыбели до колыбели: переосмысление того, как мы делаем вещи. Нью-Йорк: North Point Press, 2002.

Джонсон, Дэвид. Металлы и химические изменения. Кембридж, Великобритания: Королевское химическое общество, 2002.

Кляйн, К. Руководство по минераловедению. 22-е изд. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., 2002.

Мониз, Б. Дж. Металлургия. Хоумвуд, Иллинойс: American Technical Publishers, 2003.

Нили, Джон Э. и Томас Дж. Бертоне. Практическая металлургия и материалы промышленности. Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2003.

Суишер, Джеймс Х. Обработка материалов: от колыбели до могилы и до колыбели. Bloomington, IN: AuthorHouse, 2005.

Дэвид Э. Ньютон

Как производится сталь?

Мы регулярно взаимодействуем со стальными изделиями в повседневной жизни. Несмотря на это, большинство из нас понятия не имеют, как производится сталь. Но если вам нужно купить сталь, важно понимать, что вы покупаете, и какой тип стали вам нужен для ваших целей.

В этом блоге будет представлен краткий обзор того, как производится сталь, и различных типов доступных стальных изделий.

Как шаг за шагом производится сталь?

Изготовление стали — это длительный процесс, который требует от производителей сначала создания железа и чистой стали, а затем их сортировки и очистки. Это претерпело улучшения с течением времени и на протяжении всей истории, и нынешнее состояние сталелитейной промышленности в Америке использует передовые технологии. Однако давайте поговорим о «константах», которые остаются прежними.

Вот упрощенный обзор производства стали за 6 шагов:

  1. Сделай железо: Сначала тебе нужно сделать железо, чтобы сделать необработанную сталь. Это включает в себя смешивание извести, коксующегося угля, превращенного в кокс, и железной руды в доменной печи для переплавки в расплавленное железо или чугун. В железе все еще будут примеси, такие как азот и фосфор, которые будут удалены на более поздних стадиях.
  2. Первичное производство стали: Чтобы произвести первичную сталь, вы заливаете расплавленный металл стальным ломом. Это когда печь пропускает кислород через расплавленный металл, чтобы удалить многие из углерода и других примесей. Здесь также будут работать электрические печи, но они будут прогонять через печь электричество, а не кислород.
  3. Вторичное производство стали, После того, как у нас есть сырая сталь, мы можем производить вторичную сталь, которая по существу представляет собой сортовую сталь для различных задач. Оценки основаны на элементах, которые все еще находятся в металле. Чтобы создать качественную сталь, вы заменяете углерод алюминием. Чтобы создать конструкционную сталь, сырье должно удерживать больше углерода. Перемешивание, повышение/понижение температуры, удаление газов и впрыск ковша могут использоваться для получения различных марок.
  4. Непрерывное литье: После получения нужного сорта можно приступать к непрерывному литью. Для этого требуется, чтобы сталь находилась в форме расплавленной стали, а затем отливалась в формы для охлаждения. Это позволит стали затвердеть. Формы вытягивают его и вытягивают с помощью роликов, чтобы его можно было сформировать и отрезать по длине. Здесь создается большинство балок, заготовок и плит.
  5. Первичная ковка: После того, как отливка завершена, она направляется на первичную ковку, где грубо отлитые изделия лучше формуются посредством горячей прокатки. Это устраняет дефекты и создает желаемое качество и форму стали. Этот процесс обычно используется для изготовления бесшовных труб, длинных плоских металлических изделий и других изделий.
  6. Вторичная формовка: Наконец у нас есть вторичная формовка. Именно здесь задается окончательная форма, а вторичные методы заканчивают продукт. Продукт может подвергаться покрытию, термической обработке, соединению двутавровых балок, штамповке, сверлению, механической обработке и клепке.

Посмотрите это видео, чтобы увидеть процесс производства стали в действии:

Что такое процесс производства стали?

Из чего сделана сталь?

Сталь изготавливается из легированных продуктов, чугуна или железной руды и углерода и обычно содержит до 2% углерода, который перемещается в процессе рафинирования. Сталь с более высоким содержанием углерода называется чугуном.

Другие легирующие элементы, такие как марганец, хром, медь, никель, титан, молибден, вольфрам и ванадий, также могут быть добавлены для производства стали.

Как железо превращается в сталь?

Сталь не встречается в природе; он должен быть превращен в конечный продукт посредством длительного процесса, называемого производством стали. Двумя наиболее распространенными процессами производства стали являются доменная печь / кислородная печь и электродуговая печь.

В этих процессах железная руда и другие материалы расплавляются, а затем прессуются и вытягиваются в сталь. После дальнейшей ковки сталь можно превратить в другие виды металлопродукции.

Сталь прочнее железа?

Сталь прочнее железа по текучести и пределу прочности на растяжение, поэтому производство стали более распространено, чем производство железа. Он прочнее многих видов железа (измеряется как вязкость разрушения) и содержит менее 0,5% углерода по весу.

Различные типы стальных изделий и их применение

Хотя процесс превращения железа в сталь относительно одинаков, вы все равно можете производить различные стальные изделия на этапах с 3 по 6, когда сталь превращается во вторичную сталь, отливается и прошел первичную и вторичную ковку.

Однако, как правило, при производстве стали используются 4 различных типа стали:

  • Углеродистая сталь: Углеродистая сталь тусклая и матовая, и сталь наиболее подвержена коррозии. У вас может быть низкоуглеродистая сталь (0,30%), средняя (0,60%) и высокая (1,5%), которая содержит больше или меньше углерода. Углеродистая сталь исключительно прочна и часто содержит очень небольшое количество других легирующих элементов. Он часто используется для изготовления ножей, высоковольтной проволоки, углового железа, арматуры и автомобильных деталей. Углеродистая сталь составляет примерно 90% всего производства стали. Посмотрите этот пост, чтобы узнать, как сталь проводит тепло.
  • Легированная сталь: Легированная сталь часто представляет собой смесь различных металлов, таких как медь, алюминий и никель. Легированная сталь часто дешевле и более устойчива к коррозии, поэтому из нее изготавливают трубопроводы, корпуса кораблей и некоторые детали автомобилей, подверженные воздействию элементов. Прочность этого изделия зависит от концентрации элементов. Легированная сталь обладает высокой прочностью сердцевины и ударной вязкостью. Он может изготавливать подшипники для тяжелых условий эксплуатации, толкатели кулачков, собачки сцепления, кольца компрессора, валы вентиляторов, шестерни для тяжелых условий эксплуатации и валы насосов.
  • Инструментальная сталь: Инструментальная сталь тверда и устойчива к царапинам и нагреву. Эта сталь, очевидно, названа в честь использования в металлических инструментах, таких как молотки. Он также состоит из кобальта, молибдена и вольфрама, поэтому он часто обладает высокой прочностью и устойчивостью.
  • Нержавеющая сталь: Наконец, нержавеющая сталь. Это самый известный тип стали на рынке. Он блестящий и содержит от 10 до 20% хрома в качестве основного легирующего элемента. С добавлением хрома нержавеющая сталь устойчива к коррозии и легко принимает форму. Поскольку ею легко манипулировать, она является гибкой и при этом сохраняет высокое качество, нержавеющая сталь используется в хирургическом оборудовании, бытовой технике, столовом серебре и даже в наружной облицовке промышленных зданий. Существует более 100 видов нержавеющей стали, и она действительно индивидуальна. Вы будете использовать нержавеющую сталь 316L, например, для создания теплообменников, трубопроводов, материалов для наружного строительства в прибрежных районах, а также для оборудования для использования в морской, химической, красильной и пищевой промышленности.

Сталелитейный завод также может производить побочный продукт, называемый шлаком. Шлак обычно представляет собой смесь оксидов металлов и диоксида кремния и часто содержит сульфиды металлов и элементарные металлы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.