Boksīta izejvielu un alumīnija oksīda rafinēšana
Alumīnija vērtību ķēde sākas ar boksītu — virszemes -ogļu rūdu, kas satur hidratētus alumīnija oksīdus kopā ar dzelzs oksīdu, silīcija dioksīdu un titāna oksīdu. Rūdas kvalitāte tiek vērtēta mazāk pēc kopējā alumīnija oksīda satura, nevis pēc pieejamā alumīnija oksīda un reaktīvā silīcija dioksīda attiecības, jo šī attiecība nosaka, cik daudz kaustiskās soda tiek zaudēta atlieku plūsmā un līdz ar to cik ekonomiska var būt rafinēšanas rūpnīca.
Rafinēšana notiek pēc Bayer procesa. Sasmalcinātu un mazgātu rūdu šķeļ ar karstu kaustiskās sodas šķidrumu, kas izšķīdina alumīnija hidroksīdus un suspensijā atstāj ar dzelzi bagātu atlikumu. Sagremošanas temperatūra ir izvēlēta atbilstoši rūdas mineraloģijai, parasti diapazonā no 140 līdz 240 grādiem pēc Celsija zem spiediena bēmīta un diasporas rūdām un zemāka gibsīta rūdai. Pēc tam vircu izsmidzina, atšķaida un dzidrināt, lai atdalītu nešķīstošo atlikumu, kas pazīstams kā sarkanie dubļi, ko mazgā, sabiezina un uzglabā konstruētos uzkrājumos.
Dzidrināto grūtnieču šķidrumu atdzesē nokrišņu tvertnēs un iesēj ar smalkiem alumīnija oksīda hidrāta kristāliem. Šķidrumam atdziestot, alumīnija hidroksīds tiek izvadīts no šķīduma uz sēklām. Rupjais hidrāts tiek klasificēts, un smalkā frakcija tiek atgriezta kā sēkla, bet rupjo frakciju mazgā un kalcinē aptuveni 1000 līdz 1100 grādos pēc Celsija, lai izvadītu ķīmiski saistīto ūdeni. Rezultāts ir kausēšanas -alumīnija oksīda pulveris, kas parasti satur vairāk nekā 98 procentus alumīnija oksīda ar stingri kontrolētu soda, silīcija dioksīdu un dzelzi. Alumīnija oksīda kvalitātes kontrole atbilst GB/T 24487, un pārkausējamais lietnis, kas ražots lejup pa straumi, ir norādīts GB/T 1196.
Elektrolītiskā reducēšana zālē{0}}Heroult šūnā
Primāro alumīniju ražo elektrolīzes ceļā, nevis kausējot parastajā izpratnē. Alumīnija oksīds ir izšķīdināts izkausētā kriolītā aptuveni 960 grādos pēc Celsija tērauda apvalkā, kas izklāts ar oglekli, kas darbojas kā katods. Oglekļa anodi tiek nolaisti vannā, un cauri šūnai iet līdzstrāva no 150 līdz 300 kiloampēriem.
Strāva sadala izšķīdušo alumīnija oksīdu šķidrā alumīnijā un skābeklī. Skābeklis savienojas ar oglekļa anoda virsmu, tāpēc anodi tiek patērēti nepārtraukti un ir jānomaina regulārā ciklā, parasti aptuveni 0,4 tonnas oglekļa uz tonnu saražotā metāla. Šķidrais alumīnijs ir blīvāks par elektrolītu un uzkrājas kameras grīdā, no kurienes tas tiek izvadīts tīģeļos. Elementa spriegumā dominē vanna starp anodu un katodu, nevis teorētiskais sadalīšanās potenciāls, tāpēc primārā alumīnija īpatnējais enerģijas patēriņš ir aptuveni 13 500 kilovatstundas uz tonnu.
Darbības disciplīnas centrā ir alumīnija oksīda padeves kontrole, vannas temperatūra un vannas attiecība, anoda atstatums un anoda efekta atjaunošana. Slikta padeves kontrole izraisa dūņu veidošanos-vai pārmērīgu anoda efektu, kā arī palielina enerģijas patēriņu un emisijas. Mūsdienu kausēšanas iekārtas arī uztver un attīra katla gāzi, lai pirms atbrīvošanas noņemtu fluora un sēra savienojumus.
Plātņu un sagatavju liešana un homogenizācija
Šķidrais metāls tiek pārnests no tīģeļiem uz liešanas stacijām un pirms sacietēšanas tiek leģēts atbilstoši specifikācijai. Tiešā dzesēšanas liešana ir kalto izstrādājumu pamatprocess: metāls tiek ielejams ar ūdeni-dzesētā veidnē, bet hidrauliskais galds izvelk cietināto apvalku, veidojot velmētas plātnes plakaniem izstrādājumiem un cilindriskus sagataves ekstrūzijai.
Ritošā plātne: lieli taisnstūrveida lējumi, parasti līdz aptuveni 30 tonnām, lokšņu un folijas ražošanai
Ekstrūzijas sagataves: apaļie lējumi dažādos diametros profiliem, caurulēm un stieņiem
Nepārtrauktā liešana un sloksnes liešana: kompakti maršruti, kas ražo sloksnes vai folijas materiālus gala gabarīta tuvumā
Homogenizācija: mērcēšana aptuveni 500 līdz 580 grādos pēc Celsija, lai novērstu segregāciju un izlīdzinātu mikrostruktūru
Skalpēšana un zāģēšana: segregētās un oksidētās virsmas ādas noņemšana pirms karstās apstrādes
Homogenizācijas prakse spēcīgi ietekmē pakārtoto formējamību. Nepietiekama mērcēšana atstāj rupjas šķīstošās fāzes, kas plaisā velmēšanas vai ekstrūzijas laikā, savukārt pārmērīgs mērcēšanas laiks samazina krāsns kapacitāti un var rupji izkliedēt dispersoīdus, pārsniedzot lietderīgo diapazonu.
Formēšana: velmēšana, ekstrūzija, kalšana un liešana
Plakani izstrādājumi tiek ražoti, karsti velmējot homogenizēto plātni uz reversās dzirnavas, samazinot biezumu no aptuveni 600 milimetriem līdz 2–10 milimetriem, pēc tam auksti velmējot uz daudz-statīva vai viena-statīva dzirnavām līdz galīgajam izmēram. Rūdīšanas soļi starp piegādēm kontrolē cietību, graudu izmēru un tekstūru. Folijas velmēšana tiek turpināta klasteru dzirnavās līdz 0,006 milimetriem, lai iegūtu plānāko iepakojumu un kondensatoru folijas. Loksni un plāksni nosaka ASTM B209, un Eiropas mehānisko īpašību prasības ir iekļautas EN 485-2, bet ķīmiskais sastāvs kaltiem izstrādājumiem noteikts EN 573-3.
Profili un caurules tiek izgatavotas ar ekstrūzijas palīdzību, izspiežot sakarsētus sagataves caur formas presformām, lai metāls ieplūstu nepārtrauktā sekcijā. Presētie stieņi, stieņi un profili ir norādīti ASTM B221. Kalšana izmanto sagataves vai griezto materiālu spiedes deformāciju, uzlabojot graudu plūsmu un uzlabojot riteņu, balstiekārtu un konstrukcijas piederumu noguruma veiktspēju un stingrību. Augstspiediena-liešana iesmidzina izkausētu sakausējumu rūdīta tērauda presformās, kas paredzētas korpusiem, kronšteiniem un dzinēja komponentiem ar plānām sienām un sarežģītām ribām.
Lokšņu metāla formēšana atbilst dažādām vajadzībām. Progresīvā štancēšana rada lielu daudzumu automobiļu paneļu un korpusu, savukārt piedevu ražošana veido gandrīz-neto{2}}formas komponentus slāni pa slānim, kas saīsina-apjoma kosmosa un instrumentu detaļu sagatavošanas laiku, taču nepieciešama pulvera kvalitātes kontrole un pēc{4}}apstrāde.
Virsmas apstrāde un kvalitātes kontrole
Virsmas apdare nosaka izturību pret koroziju, izskatu un pakārtoto saķeri. Anodējot, veidojas porains anodiskā oksīda slānis, ko var noslēgt vai krāsot, parasti 5 līdz 25 mikrometri biezs atkarībā no vajadzīgās klases. Pulverkrāsošana uzklāj polimēru slāni, kas ir izturīgs pret atmosfēras iedarbību un nodilumu. Ķīmiskās konversijas pārklājums rada plēves, kas nesatur fosfātus vai hromātus, kas uzlabo krāsas saķeri un īslaicīgu aizsardzību pret koroziju. Mehāniskā pulēšana nodrošina atstarojošu apdari, un lāzera teksturēšana rada mikro{7}}rakstus, kas saglabā smērvielu formēšanas laikā.
Ķīmiskā sastāva pārbaude ar optiskās emisijas spektrometriju katram lējumam
Stiepes izturības, tecēšanas robežas un pagarinājuma mehāniskā pārbaude uz gatavā produkta
Biezuma, platuma, līdzenuma, taisnuma un profila pielaides izmēru pārbaude
Virsmas pārbaude attiecībā uz ieslēgumiem, oksīda plankumiem, skrāpējumiem, malu plaisām un frēzēšanas pēdām
Nesagraujošā pārbaude, piemēram, ultraskaņas pārbaude, lai noteiktu plākšņu un lielu kalumu iekšējo defektu
Izsekojamība saista katru gatavo partiju ar tās liešanas numuru, termiskās apstrādes ierakstu un pārbaudes datiem. Šī ierakstu ķēde ļauj izgatavotājam pieņemt materiālu, neatkārtojot katru testu, tāpēc tā ir komerciāla vērtība, nevis dokumenti.
Bieži uzdotie jautājumi
J: Kā alumīnija oksīdu iegūst no boksīta rūdas?
Rūdu sasmalcina un mazgā, pēc tam sagremo ar karstu kaustisko sodu, lai alumīnija hidroksīdi izšķīst. Tiek atdalīti nešķīstošie-sarkanie dubļi, kas bagāti ar dzelzi, alumīnija hidroksīds tiek kristalizēts no atdzesētā šķīduma, sējot, un hidrāts tiek kalcinēts kausēšanas -alumīnija oksīda pulverī.
J: Kas notiek elektrolītiskās reducēšanas šūnā?
Alumīnija oksīds izšķīst izkausētā kriolītā aptuveni 960 grādos pēc Celsija. Līdzstrāva no 150 līdz 300 kiloampēriem sadala alumīnija oksīdu šķidrā alumīnijā un skābeklī, oglekļa anodi tiek patērēti, un izkausētais metāls uzkrājas uz oglekli{4}}izklātās šūnas grīdas, lai periodiski pieskartos.
J: Kāpēc pēc liešanas ir nepieciešama homogenizācija?
Liešana atstāj segregāciju un rupjas ne{0}}līdzsvara fāzes. Mērcēšana pie 500 līdz 580 grādiem pēc Celsija izšķīdina šīs fāzes un izlīdzina mikrostruktūru, kas uzlabo velmēšanas un ekstrūzijas izturēšanos un stabilizē galīgās īpašības.
J: Cik daudz enerģijas ir nepieciešams primārajam alumīnijam?
Apmēram 13 500 kilovatstundas uz vienu tonnu metāla, un lielākā daļa tiek patērēta elektrolītiskajās šūnās. Pārstrādāts alumīnijs pilnībā izvairās no samazināšanas, un tam ir nepieciešama tikai neliela daļa no šīs enerģijas.
J: Kuri standarti attiecas uz alumīnija loksnēm un ekstrudētajiem profiliem?
ASTM B209 attiecas uz loksnēm un plāksnēm, un ASTM B221 attiecas uz ekstrudētiem stieņiem, stieņiem un profiliem, savukārt EN 573-3 nosaka kalto sastāvu un EN 485-2 nosaka lokšņu mehāniskās īpašības. Ķīnas prasības nosaka GB/T standarti lietņiem un pakārtotajiem produktiem.
J: Kura virsmas apdare ir jāizvēlas?
Izvēlieties anodēšanu nodilumam un dekoratīvai krāsai, pulvera pārklājumu ārējai laikapstākļu izturībai, ķīmiskās konversijas pārklājumu kā krāsas bāzi vai pagaidu aizsardzību, pulēšanu atstarošanai un lāzera teksturēšanu, ja formēšanas laikā nepieciešama smērvielas noturība.
