Bauxit råmateriale og aluminiumoxidraffinering
Aluminiumsværdikæden starter med bauxit, en overflade-mineret malm, der indeholder hydrerede aluminiumoxider sammen med jernoxid, silica og titaniumoxid. Malmkvalitet bedømmes mindre ud fra det samlede aluminiumoxidindhold end ved forholdet mellem tilgængeligt aluminiumoxid og reaktivt silica, fordi dette forhold bestemmer, hvor meget kaustisk soda der går tabt til reststrømmen og derfor hvor økonomisk et raffinaderi kan være.
Raffinering følger Bayer-processen. Knust og vasket malm fordøjes med varm kaustisk sodavand, som opløser aluminiumhydroxiderne og efterlader jern-rige rester i suspension. Fordøjelsestemperaturen er valgt, så den passer til malmminerogien, generelt i intervallet 140 til 240 grader Celsius under tryk for boehmit- og diasporemalme og lavere for gibbsitisk malm. Opslæmningen bliver derefter flashet, fortyndet og klaret for at adskille den uopløselige rest kendt som rød mudder, som vaskes, fortykkes og opbevares i konstruerede opsamlingssteder.
Den klarede drægtige væske afkøles i bundfældningstanke og podes med fine aluminiumoxid-hydratkrystaller. Når væsken afkøles, driver overmætning aluminiumhydroxid ud af opløsningen på frøet. Det grove hydrat klassificeres, og den fine fraktion returneres som frø, mens den grove fraktion vaskes og kalcineres ved ca. 1000 til 1100 grader Celsius for at drive kemisk bundet vand væk. Resultatet er smelter-aluminiumoxidpulver, typisk over 98 procent aluminiumoxid med stramt kontrolleret sodavand, silica og jern. Kvalitetskontrol af aluminiumoxid følger GB/T 24487, og omsmeltningsbarre produceret nedstrøms er specificeret i GB/T 1196.
Elektrolytisk reduktion i hallen-Heroult Cell
Primært aluminium fremstilles ved elektrolyse, ikke ved smeltning i konventionel forstand. Aluminiumoxid er opløst i smeltet kryolit ved omkring 960 grader Celsius inde i en stålskal foret med kulstof, der fungerer som katode. Kulstofanoder sænkes ned i badet, og en jævnstrøm på 150 til 300 kiloampere passerer gennem cellen.
Strømmen nedbryder opløst aluminiumoxid til flydende aluminium og oxygen. Ilt kombineres med carbonanodeoverfladen, så anoder forbruges kontinuerligt og skal udskiftes på en regelmæssig cyklus, typisk omkring 0,4 ton kulstof pr. ton produceret metal. Flydende aluminium er tættere end elektrolytten og samler sig på cellegulvet, hvorfra det suges ind i digler. Cellespændingen domineres af badet mellem anode og katode snarere end af det teoretiske nedbrydningspotentiale, hvorfor det specifikke energiforbrug for primæraluminium er omkring 13.500 kilowatttimer pr. ton.
Driftsdisciplinen er centreret om aluminiumoxidtilførselskontrol, badtemperatur og badforhold, anodeafstand og anodeeffektgenvinding. Dårlig foderkontrol forårsager slamopbygning- eller for store anodeeffekter, og både øger energiforbruget og emissionerne. Moderne smelteværker opfanger og behandler også grydegas for at fjerne fluor- og svovlforbindelser før frigivelse.
Støbning og Homogenisering af Plader og Billets
Flydende metal overføres fra digler til støbestationer og legeres efter specifikation før størkning. Direkte kølestøbning er rygraden for smedeprodukter: metal hældes i en vand-afkølet form, mens et hydraulisk bord trækker den størknede skal tilbage og producerer rullende plader til flade produkter og cylindriske barrer til ekstrudering.
Rulleplade: store rektangulære støbegods, almindeligvis op til omkring 30 tons, til plade- og folieproduktion
Ekstruderet emne: runde støbegods i en række diametre til profiler, rør og stænger
Kontinuerlig støbning og båndstøbning: kompakte ruter, der producerer bånd- eller foliemateriale nær slutmålet
Homogenisering: iblødsætning ved ca. 500 til 580 grader Celsius for at fjerne segregation og udligne mikrostrukturen
Skalpering og savning: fjernelse af den adskilte og oxiderede overfladehud før varmbearbejdning
Homogeniseringspraksis påvirker i høj grad nedstrøms formbarhed. Utilstrækkelig iblødsætning efterlader groft opløselige faser, der revner under valsning eller ekstrudering, mens overdreven iblødsætningstid spilder ovnkapaciteten og kan gøre dispersoider grovere ud over det anvendelige område.
Formning: Valsning, ekstrudering, smedning og trykstøbning
Flade produkter fremstilles ved varmvalsning af den homogeniserede plade på en vendemølle, reducerende tykkelse fra ca. 600 millimeter til mellem 2 og 10 millimeter, derefter koldvalsning på multi-stål- eller enkelt-standmøller til den endelige tykkelse. Udglødningstrin mellem passeringer kontrollerer hårdhed, kornstørrelse og tekstur. Folievalsning fortsætter på klyngemøller ned til mål nær 0,006 millimeter for de tyndeste emballage- og kondensatorfolier. Plade og plade er specificeret af ASTM B209, og europæiske krav til mekaniske egenskaber fremgår af EN 485-2, med kemisk sammensætning for smedeprodukter angivet i EN 573-3.
Profiler og rør fremstilles ved ekstrudering, ved at presse opvarmede barrer gennem formede matricer, så metal strømmer ind i en kontinuerlig sektion. Ekstruderede stænger, stænger og profiler er specificeret af ASTM B221. Smedning anvender trykdeformation på barrer eller afskåret materiale, raffinerer kornstrømmen og forbedrer træthedsydelse og sejhed for hjul, ophængningsarme og strukturelle beslag. Høj-trykstøbning sprøjter smeltet legering ind i hærdede stålmatricer til huse, beslag og motorkomponenter med tynde vægge og komplekse ribber.
Pladeformning opfylder et andet behov. Progressiv stempling producerer store mængder af bilpaneler og -kabinetter, mens additiv fremstilling bygger tæt på-net-formkomponenter lag for lag, hvilket forkorter gennemløbstiden for fly- og værktøjsdele med lavt-volumen, men kræver pulverkvalitetskontrol og efter-behandling.
Overfladebehandling og kvalitetskontrol
Overfladebehandling bestemmer korrosionslevetid, udseende og nedstrøms limbarhed. Anodisering vokser et porøst anodisk oxidlag, der kan forsegles eller farves, typisk 5 til 25 mikrometer tykt afhængigt af den påkrævede klasse. Pulvercoating påfører et polymerlag, der modstår vejrlig og slid. Kemisk konverteringscoating producerer fosfat- eller kromatfrie film-, der forbedrer malingens vedhæftning og midlertidig korrosionsbeskyttelse. Mekanisk polering giver reflekterende finish, og laserteksturering skaber mikro-mønstre, der bevarer smøremidlet under formning.
Verifikation af kemisk sammensætning ved optisk emissionsspektrometri på hver afstøbning
Mekanisk test af trækstyrke, flydespænding og forlængelse på færdigt produkt
Dimensionel inspektion af tykkelse, bredde, planhed, rethed og profiltolerance
Overfladeinspektion for indeslutninger, oxidpletter, ridser, kantrevner og fræsemærker
Ikke-destruktiv test såsom ultralydsinspektion for interne defekter i plader og store smedegods
Sporbarhed forbinder hvert færdigt parti til dets støbenummer, varmebehandlingsjournal og inspektionsdata. Denne rekordkæde er det, der gør det muligt for en fabrikant at acceptere materiale uden at gentage hver test, så det er et kommercielt aktiv snarere end papirarbejde.
Ofte stillede spørgsmål
Q: Hvordan udvindes aluminiumoxid fra bauxitmalm?
Malm knuses og vaskes og fordøjes derefter med varm kaustisk soda, så aluminiumhydroxider opløses. Uopløseligt jern-rigt rødt mudder separeres, aluminiumhydroxid krystalliseres fra den afkølede væske ved podning, og hydratet kalcineres til smelter-aluminiumoxidpulver.
Q: Hvad sker der inde i en elektrolytisk reduktionscelle?
Aluminiumoxid opløses i smeltet kryolit ved omkring 960 grader Celsius. Jævnstrøm fra 150 til 300 kiloampere opdeler aluminiumoxid til flydende aluminium og oxygen, kulstofanoderne forbruges, og smeltet metal samles på det kul-forede cellegulv til periodisk tapning.
Q: Hvorfor er homogenisering nødvendig efter støbning?
Støbning efterlader adskillelse og grove ikke-{0}}ligevægtsfaser. Iblødsætning nær 500 til 580 grader Celsius opløser disse faser og udligner mikrostrukturen, hvilket forbedrer rulle- og ekstruderingsadfærd og stabiliserer de endelige egenskaber.
Q: Hvor meget energi kræver primært aluminium?
Omkring 13.500 kilowatttimer per ton metal, med den største andel forbrugt i elektrolysecellerne. Genanvendt aluminium undgår reduktionstrinnet helt og kræver kun en lille brøkdel af denne energi.
Q: Hvilke standarder dækker aluminiumsplade og ekstruderede profiler?
ASTM B209 dækker plade og plade og ASTM B221 dækker ekstruderede stænger, stænger og profiler, mens EN 573-3 definerer smedesammensætning og EN 485-2 definerer plademekaniske egenskaber. Kinesiske krav er fastsat af GB/T-standarder for ingot og downstream-produkter.
Q: Hvilken overfladefinish skal vælges?
Vælg anodisering til slid og dekorative farver, pulverlakering til udvendig vejrbestandighed, kemisk konverteringsbelægning som malingbase eller midlertidig beskyttelse, polering for reflektivitet og laserteksturering, hvor der er behov for tilbageholdelse af smøremiddel under formning.
