Boksiidi lähteaine ja alumiiniumoksiidi rafineerimine
Alumiiniumi väärtusahel algab boksiidist, pinnapealsest-kaevandatud maagist, mis sisaldab hüdraatunud alumiiniumoksiide koos raudoksiidi, ränidioksiidi ja titaanoksiidiga. Maagi kvaliteeti hinnatakse vähem alumiiniumoksiidi kogusisalduse kui saadaoleva alumiiniumoksiidi ja reaktiivse ränidioksiidi suhte järgi, sest see suhe määrab, kui palju seebikivi jääkvoogu kaob ja seega ka rafineerimistehas ökonoomne olla.
Rafineerimine järgib Bayeri protsessi. Purustatud ja pestud maak seeditakse kuuma naatriumhüdroksiidi lahusega, mis lahustab alumiiniumhüdroksiidid ja jätab suspensiooni raua{1}}rikkad jäägid. Lagunemistemperatuur valitakse vastavalt maagi mineraloogiale, tavaliselt vahemikus 140 kuni 240 kraadi Celsiuse järgi rõhu all boehmiit- ja diaspoormaakide puhul ning madalam gibsiidimaakide puhul. Seejärel suspensioon kiirgatakse, lahjendatakse ja selgitatakse, et eraldada lahustumatu jääk, mida tuntakse punase mudana, mida pestakse, paksetatakse ja hoitakse konstrueeritud basseinides.
Selitatud tiine vedelik jahutatakse sadestamismahutites ja külvatakse peente alumiiniumoksiidhüdraadi kristallidega. Kui vedelik jahtub, juhib üleküllastus alumiiniumhüdroksiidi lahusest seemnele. Jäme hüdraat klassifitseeritakse ja peenfraktsioon tagastatakse seemnena, samal ajal kui jämedat fraktsiooni pestakse ja kaltsineeritakse ligikaudu 1000–1100 kraadi Celsiuse järgi, et eemaldada keemiliselt seotud vesi. Tulemuseks on sulatus-kvaliteediga alumiiniumoksiidi pulber, mis sisaldab tavaliselt üle 98% alumiiniumoksiidi koos rangelt kontrollitud sooda, ränidioksiidi ja rauaga. Alumiiniumoksiidi kvaliteedikontroll järgib GB/T 24487 ja allavoolu toodetud ümbersulatatud valuplokk on määratletud GB/T 1196-s.
Elektrolüütiline reduktsioon saalis{0}}Heroulti kambris
Primaarset alumiiniumi toodetakse elektrolüüsi, mitte tavamõistes sulatamise teel. Alumiiniumoksiid lahustatakse sulatatud krüoliidis temperatuuril umbes 960 kraadi Celsiuse järgi süsinikuga vooderdatud teraskesta sees, mis toimib katoodina. Vanni lastakse süsinikanoodid ja elemendist läbib alalisvool 150–300 kiloamprit.
Vool lagundab lahustunud alumiiniumoksiidi vedelaks alumiiniumiks ja hapnikuks. Hapnik ühineb süsinikanoodi pinnaga, nii et anoodid kuluvad pidevalt ja need tuleb korrapäraselt välja vahetada, tavaliselt umbes 0,4 tonni süsinikku ühe tonni toodetud metalli kohta. Vedel alumiinium on elektrolüüdist tihedam ja koguneb raku põrandale, kust see sifoonitakse tiiglitesse. Elementide pinges domineerib pigem anoodi ja katoodi vaheline vann, mitte teoreetiline lagunemispotentsiaal, mistõttu primaaralumiiniumi energiatarve on ligikaudu 13 500 kilovatt-tundi tonni kohta.
Töödistsipliin keskendub alumiiniumoksiidi etteande juhtimisele, vanni temperatuurile ja vanni suhtele, anoodide vahekaugusele ja anoodiefekti taastamisele. Halb etteande juhtimine põhjustab muda-kogunemist või liigseid anoodiefekte ning mõlemad suurendavad energiatarbimist ja heitkoguseid. Kaasaegsed sulatustehased koguvad ja töötlevad ka potgaasi, et eemaldada enne eraldumist fluoriidi- ja väävliühendid.
Plaatide ja kangide valamine ja homogeniseerimine
Vedel metall kantakse tiiglitest valujaamadesse ja legeeritakse enne tahkumist vastavalt spetsifikatsioonile. Otsene jahutusvalu on sepistatud toodete põhiprotsess: metall valatakse vesijahutusega vormi, samal ajal kui hüdrauliline laud eemaldab tahkuva kesta, valmistades lamedate toodete jaoks valtsplaadid ja ekstrusiooniks silindrilised kangid.
Rullplaat: suured ristkülikukujulised valandid, tavaliselt kuni 30 tonni, lehtede ja fooliumide tootmiseks
Ekstrusioontoorik: erineva läbimõõduga ümmargused valandid profiilide, torude ja varraste jaoks
Pidev valamine ja ribavalu: kompaktsed marsruudid riba- või fooliumimaterjali valmistamiseks lõppgabariidi lähedal
Homogeniseerimine: leotamine ligikaudu 500 kuni 580 kraadi Celsiuse järgi, et eemaldada segregatsioon ja ühtlustada mikrostruktuuri
Skalpimine ja saagimine: eraldatud ja oksüdeerunud pinnanaha eemaldamine enne kuumtöötlemist
Homogeniseerimispraktika mõjutab tugevalt allavoolu vormitavust. Ebapiisav leotamine jätab jämedalt lahustuvad faasid, mis pragunevad valtsimise või ekstrusiooni ajal, samas kui liigne leotusaeg raiskab ahju võimsust ja võib jämedaks teha dispersoide üle kasuliku vahemiku.
Vormimine: valtsimine, ekstrusioon, sepistamine ja survevalu
Lamedaid tooteid toodetakse homogeniseeritud plaadi kuumvaltsimisel pöördveskis, vähendades paksust ligikaudu 600 millimeetrilt 2–10 millimeetrini, seejärel külmvaltsimisel mitme-stendiga või ühe-stendiga veskidel lõppmõõduni. Käikudevahelise lõõmutamise etapid kontrollivad kõvadust, tera suurust ja tekstuuri. Fooliumi valtsimine jätkub kobarvabrikutes kuni 0,006 millimeetrini kõige õhemate pakendite ja kondensaatorikilede jaoks. Leht ja plaat on määratletud ASTM B209-ga ning Euroopa mehaaniliste omaduste nõuded on esitatud standardis EN 485-2, sepistatud toodete keemiline koostis on sätestatud standardis EN 573-3.
Profiilid ja torud valmistatakse ekstrusiooni teel, pressides kuumutatud kangid läbi vormitud stantside nii, et metall voolab pidevasse sektsiooni. Ekstrudeeritud vardad, vardad ja profiilid on määratletud ASTM B221 järgi. Sepistamisel rakendatakse toorikute või lõikematerjali survedeformatsiooni, parandades teravilja voolu ja parandades rataste, vedrustushoobade ja konstruktsioonidetailide väsimust ja tugevust. Kõrg-survevalu korral süstitakse sulasulam õhukeste seinte ja keeruliste ribidega korpuste, kronsteinide ja mootorikomponentide karastatud terasvormidesse.
Lehtmetalli vormimine vastab erinevatele vajadustele. Progressiivne stantsimine toodab suures koguses autopaneele ja korpuseid, samas kui lisatootmine ehitab kihtide kaupa peaaegu-neto{2}}kujulisi komponente, mis lühendab väikesemahuliste -lennundus- ja tööriistaosade tarneaega, kuid nõuab pulbri kvaliteedi kontrolli ja{4}}järeltöötlust.
Pinnatöötlus ja kvaliteedikontroll
Pinnaviimistlus määrab korrosiooniea, välimuse ja allavoolu siduvuse. Anodeerimisel kasvab poorne anoodoksiidi kiht, mida saab tihendada või värvida ja mille paksus on tavaliselt 5–25 mikromeetrit, olenevalt nõutavast klassist. Pulbervärvimine katab polümeerikihi, mis on vastupidav ilmastikumõjudele ja hõõrdumisele. Keemilise konversiooniga kate tekitab fosfaadi- või kromaadivaba{5}kile, mis parandab värvi nakkumist ja ajutist korrosioonikaitset. Mehaaniline poleerimine tagab peegeldava viimistluse ja lasertekstuurimine loob mikro{7}}mustrid, mis säilitavad vormimise ajal määrdeainet.
Iga hendi keemilise koostise kontrollimine optilise emissioonispektromeetria abil
Lõpptoote tõmbetugevuse, voolavuspiiri ja venivuse mehaaniline katsetamine
Paksuse, laiuse, tasasuse, sirguse ja profiili tolerantsi mõõtmete kontroll
Pinnakontroll lisandite, oksiidlaikude, kriimustuste, servapragude ja freesjälgede suhtes
Mittepurustavad katsed, nt ultrahelikontroll plaadi ja suurte sepiste sisemiste defektide tuvastamiseks
Jälgitavus seob iga valmis partii selle valatud numbri, kuumtöötlemise kirje ja kontrolliandmetega. See rekordahel võimaldab tootjal materjali vastu võtta ilma iga katset kordamata, seega on see pigem äriline vara kui paberitöö.
Korduma kippuvad küsimused
K: Kuidas boksiidimaagist alumiiniumoksiidi ekstraheeritakse?
Maak purustatakse ja pestakse, seejärel seeditakse kuuma seebikiviga, nii et alumiiniumhüdroksiidid lahustuvad. Lahustumatu raua-rikas punane muda eraldatakse, alumiiniumhüdroksiid kristalliseeritakse jahutatud vedelikust külvamise teel ja hüdraat kaltsineeritakse sulatus-kvaliteediga alumiiniumoksiidi pulbriks.
K: Mis juhtub elektrolüütilise redutseerimiselemendi sees?
Alumiiniumoksiid lahustub sulas krüoliidis umbes 960 kraadi Celsiuse järgi. Alalisvool 150 kuni 300 kiloamprit jagab alumiiniumoksiidi vedelaks alumiiniumiks ja hapnikuks, süsinikanoodid kuluvad ära ning sulametall koguneb süsiniku{4}}vooderdatud kambri põrandale perioodiliseks koputamiseks.
K: Miks on pärast valamist vaja homogeniseerimist?
Valamine jätab segregatsiooni ja jämedad mittetasakaalufaasid{0}}. Leotamine temperatuuril 500–580 kraadi Celsiuse järgi lahustab need faasid ja ühtlustab mikrostruktuuri, mis parandab veeremis- ja ekstrusioonikäitumist ning stabiliseerib lõppomadusi.
K: Kui palju energiat primaaralumiinium vajab?
Umbes 13 500 kilovatt-tundi ühe tonni metalli kohta, millest suurim osa kulub elektrolüütilistes elementides. Taaskasutatud alumiinium väldib redutseerimisetappi täielikult ja vajab vaid väikese osa sellest energiast.
K: Millised standardid hõlmavad alumiiniumlehte ja pressitud profiile?
ASTM B209 hõlmab lehti ja plaate ning ASTM B221 katab ekstrudeeritud vardad, vardad ja profiilid, samas kui EN 573-3 määratleb sepistatud koostise ja EN 485-2 määratleb lehtede mehaanilised omadused. Hiina nõuded on kehtestatud GB/T standarditega valuploki ja järgnevate toodete jaoks.
K: Milline pinnaviimistlus tuleks valida?
Valige anodeerimine kulumise ja dekoratiivvärvi jaoks, pulbervärvimine välise ilmastikukindluse tagamiseks, keemilise konversiooni kate värvialuseks või ajutiseks kaitseks, peegelduvuse suurendamiseks poleerimine ja lasertekstuurimine, kui vormimise ajal on vaja määrdeainet säilitada.
