Surovina za boksit in rafiniranje aluminijevega oksida
Vrednostna veriga aluminija se začne z boksitom,-površinsko pridobljeno rudo, ki vsebuje hidratirane aluminijeve okside skupaj z železovim oksidom, silicijevim dioksidom in titanijem. Kakovost rude se ocenjuje manj po skupni vsebnosti aluminijevega oksida kot po razmerju med razpoložljivim aluminijevim oksidom in reaktivnim silicijevim dioksidom, ker to razmerje določa, koliko kavstične sode se izgubi v toku ostankov in s tem, kako ekonomična je lahko rafinerija.
Rafiniranje poteka po Bayerjevem postopku. Zdrobljena in oprana ruda se preklopi z vročo kavstično sodo, ki raztopi aluminijeve hidrokside in pusti -ostanke, bogate z železom, v suspenziji. Temperatura razkroja je izbrana tako, da ustreza mineralogiji rude, običajno v razponu od 140 do 240 stopinj Celzija pod tlakom za bemitne in diasporne rude ter nižje za gibsitno rudo. Gnojnico nato obdelamo, razredčimo in zbistrimo, da ločimo netopni ostanek, znan kot rdeče blato, ki ga speremo, zgostimo in shranimo v zgrajenih zadrževalnikih.
Očiščena tekoča tekočina se ohladi v zbiralnikih za usedanje in zaseje s finimi kristali aluminijevega hidrata. Ko se tekočina ohladi, prenasičenost požene aluminijev hidroksid iz raztopine na seme. Grobi hidrat se razvrsti, fina frakcija pa se vrne kot seme, medtem ko se groba frakcija spere in kalcinira pri približno 1000 do 1100 stopinjah Celzija, da se odstrani kemično vezana voda. Rezultat je prah aluminijevega oksida-kakovostne kakovosti za taljenje, običajno nad 98 odstotkov aluminijevega oksida s strogo nadzorovano sodo, silicijevim dioksidom in železom. Kontrola kakovosti aluminijevega oksida sledi GB/T 24487, ingot za pretaljenje, proizveden v nadaljevanju, pa je določen v GB/T 1196.
Elektrolitska redukcija v Hall-Heroultovi celici
Primarni aluminij se proizvaja z elektrolizo, ne s taljenjem v običajnem smislu. Aluminijev oksid je raztopljen v staljenem kriolitu pri približno 960 stopinjah Celzija znotraj jeklene lupine, obložene z ogljikom, ki deluje kot katoda. Ogljikove anode spustimo v kopel in skozi celico teče enosmerni tok 150 do 300 kiloamperov.
Tok razgradi raztopljeno glinico v tekoči aluminij in kisik. Kisik se povezuje s površino ogljikove anode, zato se anode nenehno porabljajo in jih je treba zamenjati v rednem ciklu, običajno okoli 0,4 tone ogljika na tono proizvedene kovine. Tekoči aluminij je gostejši od elektrolita in se zbira na dnu celice, od koder se sifonizira v lončke. Na napetost celice prevladuje kopel med anodo in katodo in ne teoretični potencial razgradnje, zato je specifična poraba energije za primarni aluminij približno 13.500 kilovatnih ur na tono.
Delovna disciplina se osredotoča na nadzor dovajanja aluminijevega oksida, temperaturo kopeli in razmerje kopeli, razmik med anodo in obnovitev anodnega učinka. Slab nadzor dovajanja povzroča kopičenje blata-ali prekomerne anodne učinke, oboje pa poveča porabo energije in emisije. Sodobne talilnice prav tako zajemajo in obdelujejo lončni plin, da odstranijo fluoridne in žveplove spojine pred izpustom.
Ulivanje in homogenizacija plošč in gredic
Tekoča kovina se prenese iz lončkov v livarske postaje in legira po specifikaciji pred strjevanjem. Neposredno hladno litje je temeljni proces za kovane izdelke: kovina se vlije v vodno{1}}hlajeni kalup, medtem ko hidravlična miza odstrani strjevalno lupino, pri čemer nastanejo plošče za valjanje za ploščate izdelke in cilindrične gredice za iztiskanje.
Plošča za valjanje: veliki pravokotni ulitki, običajno do približno 30 ton, za proizvodnjo pločevine in folije
Ekstrudirane gredice: okrogli ulitki v različnih premerih za profile, cevi in palice
Kontinuirano litje in litje trakov: kompaktne poti, ki proizvajajo trakove ali folije blizu končne širine
Homogenizacija: namakanje pri približno 500 do 580 stopinjah Celzija, da odstranimo segregacijo in izenačimo mikrostrukturo
Skalpiranje in žaganje: odstranitev ločene in oksidirane površinske kože pred vročo obdelavo
Homogenizacijska praksa močno vpliva na nadaljnjo preoblikovanje. Nezadostno namakanje pusti grobe topne faze, ki počijo med valjanjem ali ekstrudiranjem, medtem ko predolg čas namakanja zapravlja zmogljivost peči in lahko disperzoide zgrobi preko uporabnega območja.
Oblikovanje: valjanje, ekstrudiranje, kovanje in tlačno litje
Ploščati izdelki se proizvajajo z vročim valjanjem homogenizirane plošče na obračalnem valjaru, pri čemer se debelina zmanjša s približno 600 milimetrov na med 2 in 10 milimetri, nato s hladnim valjanjem na več{3}}stojalnih ali eno-stojalnih valjarjih do končne širine. Koraki žarjenja med prehodi nadzorujejo trdoto, velikost zrn in teksturo. Valjanje folije se nadaljuje v tovarnah grozdov do debeline blizu 0,006 milimetrov za najtanjšo folijo za embalažo in kondenzator. List in ploščo določa ASTM B209, evropske zahteve glede mehanskih lastnosti pa so navedene v EN 485-2, kemična sestava za kovane izdelke pa je določena v EN 573-3.
Profili in cevi so izdelani z ekstruzijo, s stiskanjem segretih gredic skozi oblikovane matrice, tako da kovina teče v neprekinjen odsek. Ekstrudirane palice, palice in profili so določeni z ASTM B221. Kovanje uporablja tlačno deformacijo za gredice ali rezan material, s čimer izboljša pretok zrn in izboljša odpornost proti utrujenosti ter žilavost koles, vzmetnih ročic in strukturnih nastavkov. Visokotlačno{3}}litje pod pritiskom vbrizga staljeno zlitino v utrjene jeklene matrice za ohišja, nosilce in komponente motorja s tankimi stenami in kompleksnimi rebri.
Preoblikovanje pločevine odgovarja na drugačne potrebe. Progresivno žigosanje proizvede velike količine avtomobilskih plošč in ohišij, medtem ko aditivna proizvodnja gradi skoraj{1}}neto-komponente oblike plast za plastjo, kar skrajša dobavni čas za-maloserijski letalski in orodni deli, vendar zahteva nadzor kakovosti prahu in naknadno-obdelavo.
Površinska obdelava in kontrola kakovosti
Površinska obdelava določa življenjsko dobo proti koroziji, videz in možnost lepljenja na koncu. Z eloksiranjem nastane porozna plast anodnega oksida, ki jo je mogoče zapreti ali pobarvati, običajno debeline 5 do 25 mikrometrov, odvisno od zahtevanega razreda. Praškasti premaz nanese polimerno plast, ki je odporna na vremenske vplive in obrabo. Kemični pretvorbeni premaz proizvaja filme brez-fosfatov ali kromatov, ki izboljšajo oprijem barve in začasno zaščito pred korozijo. Mehansko poliranje zagotavlja odsevne zaključke, lasersko teksturiranje pa ustvarja mikro-vzorce, ki med oblikovanjem zadržijo mazivo.
Preverjanje kemične sestave z optično emisijsko spektrometrijo na vsakem odlitku
Mehansko testiranje natezne trdnosti, meje tečenja in raztezka na končnem izdelku
Merski pregled debeline, širine, ravnosti, ravnosti in tolerance profila
Površinski pregled za vključke, oksidne zaplate, praske, robne razpoke in sledi rezkanja
Ne{0}}destruktivno testiranje, kot je ultrazvočni pregled notranjih napak v ploščah in velikih odkovkih
Sledljivost povezuje vsako končno serijo s številko odlitka, zapisom o toplotni obdelavi in podatki o pregledu. Ta zapisna veriga je tisto, kar izdelovalcu omogoča, da sprejme material brez ponavljanja vsakega testa, zato je komercialno sredstvo in ne papirologija.
Pogosto zastavljena vprašanja
V: Kako se aluminijev oksid pridobiva iz boksitne rude?
Rudo zdrobimo in operemo, nato prebavimo z vročo kavstično sodo, da se aluminijev hidroksid raztopi. Netopno železom-bogato rdeče blato se loči, aluminijev hidroksid kristalizira iz ohlajene tekočine s cepljenjem, hidrat pa se kalcinira v prah aluminijevega oksida-kakovostne talilnice.
V: Kaj se zgodi v celici za elektrolitsko redukcijo?
Aluminijev oksid se raztopi v staljenem kriolitu pri približno 960 stopinjah Celzija. Enosmerni tok od 150 do 300 kiloamperov razcepi aluminijev oksid v tekoči aluminij in kisik, ogljikove anode se porabijo, staljena kovina pa se zbira na dnu celice, obloženem z -ogljikom, za občasno odvajanje.
V: Zakaj je po vlivanju potrebna homogenizacija?
Ulivanje pušča segregacijo in grobe-neravnotežne faze. Namakanje blizu 500 do 580 stopinj Celzija raztopi te faze in izenači mikrostrukturo, kar izboljša obnašanje valjanja in iztiskanja ter stabilizira končne lastnosti.
V: Koliko energije potrebuje primarni aluminij?
Približno 13.500 kilovatnih ur na tono kovine, pri čemer se največji delež porabi v elektrolitskih celicah. Reciklirani aluminij se popolnoma izogne koraku redukcije in potrebuje le majhen del te energije.
V: Kateri standardi zajemajo aluminijasto pločevino in ekstrudirane profile?
ASTM B209 zajema plošče in plošče, ASTM B221 pa zajema ekstrudirane palice, palice in profile, medtem ko EN 573-3 opredeljuje kovano sestavo, EN 485-2 pa mehanske lastnosti pločevine. Kitajske zahteve so določene s standardi GB/T za ingote in nadaljnje izdelke.
V: Katero površinsko obdelavo je treba izbrati?
Izberite eloksiranje za obrabo in dekorativno barvo, prašno lakiranje za zunanjo odpornost na vremenske vplive, premaz za kemično pretvorbo kot osnovo barve ali začasno zaščito, poliranje za odbojnost in lasersko teksturiranje, kjer je med oblikovanjem potrebno zadrževanje maziva.
