Бокситна сировина та рафінування глинозему
Ланцюжок створення вартості алюмінію починається з бокситів, руди-видобутку, яка містить гідратовані оксиди алюмінію разом із оксидом заліза, кремнеземом і титаном. Якість руди оцінюється не стільки за загальним вмістом глинозему, скільки за співвідношенням доступного глинозему до реактивного кремнезему, оскільки це співвідношення визначає, скільки каустичної соди втрачається в потоці залишків і, отже, наскільки економічним може бути нафтопереробний завод.
Рафінування відбувається за процесом Байєра. Подрібнену та промиту руду зброджують із гарячим розчином каустичної соди, який розчиняє гідроксиди алюмінію та залишає-багатий залізом залишок у суспензії. Температуру зброджування вибирають відповідно до мінералогії руди, як правило, в діапазоні від 140 до 240 градусів Цельсія під тиском для бемітових і діаспорових руд і нижче для гіббситової руди. Потім суспензію промивають, розбавляють і очищують, щоб відокремити нерозчинний залишок, відомий як червоний шлам, який промивають, згущують і зберігають у сконструйованих водоймах.
Освітлений водний розчин охолоджують в осаджувальних ємностях і засівають дрібними кристалами гідрату оксиду алюмінію. Коли рідина охолоджується, перенасичення виводить гідроксид алюмінію з розчину на затравку. Грубий гідрат класифікується, а дрібну фракцію повертають як затравку, тоді як грубу фракцію промивають і прожарюють при приблизно 1000–1100 градусах Цельсія, щоб видалити хімічно зв’язану воду. У результаті виходить порошок глинозему заводського-класу, зазвичай понад 98 відсотків оксиду алюмінію з суворо контрольованою содою, кремнеземом і залізом. Контроль якості глинозему відповідає стандарту GB/T 24487, а злиток, що переплавляється, вироблений у подальшому, визначено у стандарті GB/T 1196.
Електролітичне відновлення в камері Холла-Геро
Первинний алюміній виробляють шляхом електролізу, а не шляхом плавлення в традиційному розумінні. Оксид алюмінію розчиняється в розплавленому кріоліті при температурі приблизно 960 градусів Цельсія всередині сталевої оболонки, покритої вуглецем, яка діє як катод. У ванну опускають вугільні аноди, і через комірку пропускають постійний струм від 150 до 300 кілоампер.
Струм розкладає розчинений оксид алюмінію на рідкий алюміній і кисень. Кисень поєднується з поверхнею вугільного анода, тому аноди споживаються безперервно та повинні бути замінені в регулярному циклі, як правило, близько 0,4 тонни вуглецю на тонну виробленого металу. Рідкий алюміній є щільнішим за електроліт і збирається на дні камери, звідки його скачують у тиглі. Напруга елемента залежить від напруги між анодом і катодом, а не від теоретичного потенціалу розкладання, тому питоме споживання енергії для первинного алюмінію становить приблизно 13 500 кіловат-годин на тонну.
Експлуатаційна дисципліна зосереджена на контролі подачі глинозему, температурі ванни та співвідношенні ванни, відстані між анодами та відновленням анодного ефекту. Поганий контроль подачі спричиняє накопичення-осаду або надмірні анодні ефекти, і обидва збільшують споживання енергії та викиди. Сучасні плавильні заводи також збирають і обробляють котеловий газ для видалення сполук фтору та сірки перед випуском.
Лиття та гомогенізація слябів і заготовок
Рідкий метал передається з тиглів на ливарні станції та легується за специфікацією перед твердінням. Пряме кокільне лиття є основним процесом для кованих виробів: метал заливається у-охолоджувану водою форму, тоді як гідравлічний стіл знімає твердіючу оболонку, виробляючи прокатні сляби для плоских виробів і циліндричні заготовки для екструзії.
Прокатний сляб: великі прямокутні виливки, зазвичай приблизно до 30 тонн, для виробництва листів і фольги
Екструзійна заготовка: кругле лиття різного діаметру для профілів, труб і прутів
Безперервне лиття та лиття смуги: компактні маршрути виробництва смуги або фольги близько кінцевої ширини
Гомогенізація: замочування при температурі приблизно від 500 до 580 градусів за Цельсієм для видалення сегрегації та вирівнювання мікроструктури
Скальпування та пиляння: видалення відокремленої та окисленої поверхні шкіри перед гарячою обробкою
Практика гомогенізації сильно впливає на здатність до формування. Недостатнє замочування залишає грубі розчинні фази, які тріскаються під час прокатки або екструзії, тоді як надмірний час замочування втрачає потужність печі та може огрубіти дисперсоїди понад корисний діапазон.
Формування: прокатка, екструзія, кування та лиття під тиском
Плоскі вироби виготовляють шляхом гарячої прокатки гомогенізованого сляба на реверсивному стані, зменшуючи товщину приблизно з 600 міліметрів до 2–10 міліметрів, а потім холодної прокатки на багато-або одно-клітьевих станах до кінцевої ширини. Етапи відпалу між проходами контролюють твердість, розмір зерна та текстуру. Прокат фольги продовжується на кластерних станах до товщини близько 0,006 міліметра для найтоншої фольги для упаковки та конденсаторів. Листи та плити визначені стандартом ASTM B209, а європейські вимоги до механічних властивостей містяться в стандарті EN 485-2, а хімічний склад кованих виробів наведено в стандарті EN 573-3.
Профілі та труби виготовляють методом екструзії, продавлюючи розігріті заготовки через фасонні фільєри так, щоб метал перетікав у суцільний перетин. Екструдовані прутки, прутки та профілі відповідають ASTM B221. Кування застосовує деформацію стиснення до заготовок або розрізаної заготівлі, покращуючи потік зерна та покращуючи показники втоми та міцність для коліс, важелів підвіски та структурних деталей. Під-лиття під високим тиском розплавлений сплав вливається в матриці із загартованої сталі для корпусів, кронштейнів і компонентів двигуна з тонкими стінками та складними ребрами.
Формування листового металу відповідає іншим потребам. Прогресивне штампування дає змогу виготовляти великі обсяги автомобільних панелей і корпусів, тоді як адитивне виробництво створює компоненти майже-чистої-форми шар за шаром, що скорочує час виготовлення невеликих{3}}обсягів аерокосмічних та інструментальних деталей, але потребує контролю якості порошку та подальшої-обробки.
Обробка поверхні та контроль якості
Оздоблення поверхні визначає стійкість до корозії, зовнішній вигляд і здатність до склеювання. Анодування створює шар пористого анодного оксиду, який можна герметизувати або фарбувати, зазвичай товщиною від 5 до 25 мікрометрів залежно від необхідного класу. Порошкове покриття наносить полімерний шар, стійкий до атмосферних впливів і стирання. Хімічне конверсійне покриття створює плівки без-фосфатів або хроматів, які покращують адгезію фарби та тимчасовий захист від корозії. Механічне полірування забезпечує світловідбиваючі покриття, а лазерне текстурування створює мікро-візерунки, які зберігають мастило під час формування.
Перевірка хімічного складу за допомогою оптичної емісійної спектрометрії на кожному зліпку
Механічні випробування на міцність на розрив, межу текучості та подовження на готовому виробі
Розмірна перевірка товщини, ширини, площинності, прямолінійності та допуску профілю
Перевірка поверхні на наявність включень, плям оксиду, подряпин, тріщин на краях і слідів фрезерування
Не-руйнівний контроль, як-от ультразвуковий контроль внутрішніх дефектів пластини та великих поковок
Відстежуваність пов’язує кожну готову партію з номером її відливки, записом термічної обробки та даними перевірки. Саме цей ланцюжок записів дозволяє виробнику приймати матеріал без повторення кожного тесту, тому це комерційний актив, а не паперова робота.
Часті запитання
З: Як видобувається глинозем з бокситової руди?
Руду подрібнюють і промивають, потім переварюють гарячою каустичною содою, щоб гідроксиди алюмінію розчинилися. Червоний шлам, насичений нерозчинним-залізом, відокремлюється, гідроксид алюмінію кристалізується з охолодженого розчину за допомогою затравки, а гідрат прожарюється в порошок глинозему-плавильного класу.
З: Що відбувається всередині електролітичної комірки?
Оксид алюмінію розчиняється в розплавленому кріоліті приблизно при 960 градусах Цельсія. Постійний струм від 150 до 300 кілоампер розщеплює глинозем на рідкий алюміній і кисень, вугільні аноди витрачаються, а розплавлений метал збирається на вугільному-підлозі камери для періодичного випуску.
З: Чому потрібна гомогенізація після лиття?
Лиття залишає сегрегацію та грубі-нерівноважні фази. Замочування при температурі від 500 до 580 градусів Цельсія розчиняє ці фази та вирівнює мікроструктуру, що покращує поведінку прокатки та екструзії та стабілізує кінцеві властивості.
Питання: Скільки енергії вимагає первинний алюміній?
Близько 13 500 кіловат-годин на тонну металу, причому найбільша частка споживається в електролізерах. Перероблений алюміній повністю уникає етапу відновлення та потребує лише невеликої частини цієї енергії.
Q: Які стандарти поширюються на алюмінієві листи та екструдовані профілі?
ASTM B209 охоплює листи та плити, а ASTM B221 охоплює екструдовані прутки, прутки та профілі, тоді як EN 573-3 визначає деформовану композицію, а EN 485-2 визначає механічні властивості листа. Вимоги Китаю встановлюються стандартами GB/T для зливків і продуктів, що перебувають на переробці.
Питання: Яке покриття поверхні слід вибрати?
Виберіть анодування для зносу та декоративного кольору, порошкове покриття для зовнішньої стійкості до атмосферних впливів, хімічне конверсійне покриття як основу фарби або тимчасовий захист, полірування для відбиття та лазерне текстурування, де під час формування потрібне утримання мастила.
