Бокситна суровина и рафиниране на двуалуминиев оксид
Веригата на стойността на алуминия започва с боксит, повърхностно{0}}добивана руда, която съдържа хидратирани алуминиеви оксиди заедно с железен оксид, силициев диоксид и титаний. Качеството на рудата се оценява по-малко от общото съдържание на алуминиев оксид, отколкото от съотношението на наличния алуминиев оксид към реактивния силициев диоксид, тъй като това съотношение определя колко сода каустик се губи в остатъчния поток и следователно колко икономична може да бъде една рафинерия.
Рафинирането следва процеса на Bayer. Натрошената и измита руда се смила с горещ разтвор на сода каустик, който разтваря алуминиевите хидроксиди и оставя богат на желязо остатък в суспензия. Температурата на смилане е избрана така, че да отговаря на минералогията на рудата, обикновено в диапазона от 140 до 240 градуса по Целзий под налягане за бемитови и диаспорови руди и по-ниска за гибситова руда. След това суспензията се изпарява, разрежда и избистря, за да се отдели неразтворимият остатък, известен като червена кал, която се измива, сгъстява и съхранява в проектирани резервоари.
Избистрената бременна течност се охлажда в резервоари за утаяване и се посява с фини кристали от алуминиев хидрат. Докато течността се охлажда, пренасищането извежда алуминиевия хидроксид от разтвора върху семената. Грубият хидрат се класифицира и фината фракция се връща като семена, докато грубата фракция се измива и калцинира при приблизително 1000 до 1100 градуса по Целзий, за да се отстрани химически свързаната вода. Резултатът е прах от алуминиев оксид с клас за топене, обикновено над 98 процента алуминиев оксид със строго контролирана сода, силициев диоксид и желязо. Контролът на качеството на двуалуминиев оксид следва GB/T 24487, а претопеният слитък, произведен надолу по веригата, е специфициран в GB/T 1196.
Електролитна редукция в Hall-Heroult Cell
Първичният алуминий се произвежда чрез електролиза, а не чрез топене в конвенционалния смисъл. Двуалуминиевият оксид се разтваря в разтопен криолит при около 960 градуса по Целзий в стоманена обвивка, облицована с въглерод, който действа като катод. Въглеродните аноди се спускат във ваната и през клетката преминава постоянен ток от 150 до 300 килоампера.
Токът разлага разтворения алуминиев оксид в течен алуминий и кислород. Кислородът се свързва с повърхността на въглеродния анод, така че анодите се изразходват непрекъснато и трябва да се сменят на редовен цикъл, обикновено около 0,4 тона въглерод на тон произведен метал. Течният алуминий е по-плътен от електролита и се събира на пода на клетката, откъдето се източва в тигели. Напрежението на клетката е доминирано от ваната между анода и катода, а не от теоретичния потенциал за разлагане, поради което специфичната консумация на енергия за първичен алуминий е приблизително 13 500 киловатчаса на тон.
Оперативната дисциплина се съсредоточава върху контрола на подаването на двуалуминиев оксид, температурата на ваната и съотношението на ваната, анодното разстояние и възстановяването на анодния ефект. Лошият контрол на захранването причинява натрупване-на утайки или прекомерни анодни ефекти, като и двете повишават консумацията на енергия и емисиите. Съвременните топилни пещи също улавят и обработват газовия съд, за да отстранят флуоридните и серните съединения преди освобождаването.
Леене и хомогенизиране на плочи и заготовки
Течният метал се прехвърля от тигели към леярски станции и се легира според спецификацията преди втвърдяване. Директното студено леене е основният процес за кованите продукти: металът се излива във водно{1}}охладена форма, докато хидравлична маса изтегля втвърдяващата се обвивка, произвеждайки валцувани плочи за плоски продукти и цилиндрични заготовки за екструдиране.
Валцувани плочи: големи правоъгълни отливки, обикновено до около 30 тона, за производство на листове и фолио
Екструзионна заготовка: кръгли отливки в различни диаметри за профили, тръби и пръти
Непрекъснато леене и леене на ленти: компактни маршрути, произвеждащи ленти или фолио близо до крайния размер
Хомогенизиране: накисване при приблизително 500 до 580 градуса по Целзий за премахване на сегрегацията и изравняване на микроструктурата
Скалпиране и рязане: отстраняване на сегрегираната и окислена повърхностна кожа преди гореща обработка
Практиката на хомогенизиране силно влияе върху способността за формоване надолу по веригата. Недостатъчното накисване оставя груби разтворими фази, които се напукват по време на валцуване или екструдиране, докато прекомерното време на накисване губи капацитета на пещта и може да огруби дисперсоидите извън полезния диапазон.
Оформяне: валцуване, екструдиране, коване и леене под налягане
Плоските продукти се произвеждат чрез горещо валцуване на хомогенизираната плоча на реверсивна мелница, намаляване на дебелината от приблизително 600 милиметра до между 2 и 10 милиметра, след това студено валцуване на много-станцови или едно-станцови мелници до крайния размер. Стъпките на отгряване между преминаванията контролират твърдостта, размера на зърната и текстурата. Валцоването на фолио продължава на клъстерни мелници до габарити близо до 0,006 милиметра за най-тънките фолиа за опаковки и кондензатори. Листът и плочата са определени от ASTM B209, а европейските изисквания за механични свойства се появяват в EN 485-2, като химическият състав за кованите продукти е определен в EN 573-3.
Профилите и тръбите се изработват чрез екструзия, пресоване на нагрети заготовки през профилни матрици, така че металът да тече в непрекъсната секция. Екструдираните пръти, пръти и профили са определени от ASTM B221. Коването прилага деформация на натиск върху заготовки или нарязан материал, рафинирайки потока на зърното и подобрявайки характеристиките на умора и издръжливостта на колелата, рамената на окачването и структурните фитинги. Леенето под високо{3}}налягане инжектира разтопена сплав в матрици от закалена стомана за корпуси, скоби и компоненти на двигателя с тънки стени и сложни ребра.
Формоването на ламарина отговаря на различни нужди. Прогресивното щамповане произвежда големи обеми автомобилни панели и корпуси, докато адитивното производство изгражда близо до -net-компоненти с форма слой по слой, което съкращава времето за изпълнение на ниско{3}}обемни аерокосмически и инструментални части, но изисква контрол на качеството на праха и последваща-обработка.
Повърхностна обработка и контрол на качеството
Повърхностното покритие определя живота на корозия, външния вид и способността за свързване надолу по веригата. Анодирането създава порест слой от аноден оксид, който може да бъде запечатан или боядисан, обикновено с дебелина от 5 до 25 микрометра в зависимост от необходимия клас. Праховото покритие нанася полимерен слой, който е устойчив на атмосферни влияния и абразия. Химическото конверсионно покритие създава филми без-фосфати или хромати, които подобряват адхезията на боята и временната защита от корозия. Механичното полиране осигурява отразяващи покрития, а лазерното текстуриране създава микро-модели, които задържат лубриканта по време на формоването.
Проверка на химичния състав чрез оптична емисионна спектрометрия на всяка отливка
Механично изпитване на якост на опън, граница на провлачване и удължение на крайния продукт
Проверка на размерите на дебелина, ширина, плоскост, праволинейност и толеранс на профила
Проверка на повърхността за включвания, оксидни петна, драскотини, пукнатини по ръбовете и следи от фрезоване
Тестване без{0}}разрушаване като ултразвукова проверка за вътрешни дефекти в плочи и големи изковки
Проследимостта свързва всяка завършена партида с нейния номер на отливка, запис на топлинна обработка и данни от инспекция. Тази верига на записи е това, което позволява на производителя да приеме материал, без да повтаря всеки тест, така че това е търговски актив, а не документация.
Често задавани въпроси
В: Как се извлича двуалуминиев оксид от бокситна руда?
Рудата се раздробява и измива, след което се смила с гореща сода каустик, така че алуминиевите хидроксиди да се разтворят. Неразтворимата богата на желязо червена кал се отделя, алуминиевият хидроксид кристализира от охладената течност чрез зародиш и хидратът се калцинира в прах от алуминиев триокис с качество за топене.
Въпрос: Какво се случва вътре в клетка за електролитна редукция?
Двуалуминиевият оксид се разтваря в разтопен криолит при около 960 градуса по Целзий. Правият ток от 150 до 300 килоампера разделя алуминиевия оксид на течен алуминий и кислород, въглеродните аноди се изразходват и разтопеният метал се събира върху облицования с въглерод -под на клетката за периодично изпускане.
Въпрос: Защо е необходима хомогенизация след отливането?
Отливането оставя сегрегация и груби не{0}}равновесни фази. Накисването от близо 500 до 580 градуса по Целзий разтваря тези фази и изравнява микроструктурата, което подобрява поведението при валцуване и екструдиране и стабилизира крайните свойства.
Въпрос: Колко енергия изисква първичният алуминий?
Около 13 500 киловатчаса на тон метал, като най-голям дял се консумира в електролитните клетки. Рециклираният алуминий избягва изцяло редукционната стъпка и се нуждае само от малка част от тази енергия.
Въпрос: Кои стандарти обхващат алуминиеви листове и екструдирани профили?
ASTM B209 обхваща листове и плочи, а ASTM B221 обхваща екструдирани пръти, пръти и профили, докато EN 573-3 определя деформирания състав, а EN 485-2 определя механичните свойства на листа. Китайските изисквания са определени от стандартите GB/T за блокове и продукти надолу по веригата.
В: Кое повърхностно покритие трябва да изберете?
Изберете анодиране за износване и декоративен цвят, прахово покритие за външна устойчивост на атмосферни влияния, химическо преобразуващо покритие като основа за боя или временна защита, полиране за отражение и лазерно текстуриране, където е необходимо задържане на смазка по време на формоването.
