Bauxitová surovina a rafinácia oxidu hlinitého
Hodnotový reťazec hliníka začína bauxitom, povrchovo ťaženou rudou-, ktorá obsahuje hydratované oxidy hliníka spolu s oxidom železa, oxidom kremičitým a titánom. Kvalita rudy sa posudzuje menej podľa celkového obsahu oxidu hlinitého ako podľa pomeru dostupného oxidu hlinitého k reaktívnemu oxidu kremičitému, pretože tento pomer určuje, koľko lúhu sodného sa stratí v prúde zvyškov, a teda aká ekonomická môže byť rafinéria.
Rafinácia prebieha podľa Bayerovho procesu. Rozdrvená a premytá ruda sa trávi horúcim lúhom sodným, ktorý rozpúšťa hydroxidy hliníka a zanecháva zvyšky bohaté na železo- v suspenzii. Teplota trávenia sa volí tak, aby vyhovovala mineralógii rúd, vo všeobecnosti v rozsahu 140 až 240 stupňov Celzia pod tlakom pre boehmitové a diaspórové rudy a nižšia pre gibbsitickú rudu. Suspenzia sa potom prepláchne, zriedi a vyčíri, aby sa oddelil nerozpustný zvyšok známy ako červené bahno, ktorý sa premyje, zahustí a uskladní v upravených nádržiach.
Vyčírený gravidný lúh sa ochladí v zrážacích nádržiach a naočkuje jemnými kryštálmi hydrátu oxidu hlinitého. Keď sa lúh ochladzuje, presýtenie vytláča hydroxid hlinitý z roztoku na semeno. Hrubý hydrát sa klasifikuje a jemná frakcia sa vracia ako semená, zatiaľ čo hrubá frakcia sa premýva a kalcinuje pri teplote približne 1000 až 1100 stupňov Celzia, aby sa odstránila chemicky viazaná voda. Výsledkom je práškový oxid hlinitý-kvalitného tavenia, zvyčajne obsahuje viac ako 98 percent oxidu hlinitého s prísne kontrolovanou sódou, oxidom kremičitým a železom. Kontrola kvality oxidu hlinitého sa riadi GB/T 24487 a pretavený ingot vyrábaný v smere výroby je špecifikovaný v GB/T 1196.
Elektrolytická redukcia v Hall-Heroultovej cele
Primárny hliník sa vyrába elektrolýzou, nie tavením v bežnom zmysle slova. Oxid hlinitý je rozpustený v roztavenom kryolite pri teplote asi 960 stupňov Celzia vo vnútri oceľového plášťa vystlaného uhlíkom, ktorý funguje ako katóda. Uhlíkové anódy sa spúšťajú do kúpeľa a cez článok prechádza jednosmerný prúd 150 až 300 kiloampérov.
Prúd rozkladá rozpustený oxid hlinitý na tekutý hliník a kyslík. Kyslík sa spája s povrchom uhlíkovej anódy, takže anódy sa spotrebúvajú nepretržite a musia sa vymieňať v pravidelnom cykle, zvyčajne okolo 0,4 tony uhlíka na tonu vyrobeného kovu. Tekutý hliník je hustejší ako elektrolyt a zhromažďuje sa na dne článku, odkiaľ je nasávaný do téglikov. Napätiu článku dominuje kúpeľ medzi anódou a katódou a nie teoretický rozkladný potenciál, a preto je merná spotreba energie primárneho hliníka približne 13 500 kilowatthodín na tonu.
Prevádzková disciplína sa sústreďuje na riadenie prívodu oxidu hlinitého, teplotu kúpeľa a pomer kúpeľa, rozstup anód a obnovu anódového efektu. Nedostatočná regulácia podávania spôsobuje tvorbu kalu-alebo nadmerné anódové efekty a obe zvyšujú spotrebu energie a emisie. Moderné taviace pece tiež zachytávajú a upravujú plyn v kotli, aby sa pred uvoľnením odstránili zlúčeniny fluoridu a síry.
Odlievanie a homogenizácia dosiek a predvalkov
Tekutý kov sa prenáša z téglikov do odlievacích staníc a pred tuhnutím sa leguje podľa špecifikácie. Priame liatie do chladu je základný proces pre tvárnené výrobky: kov sa naleje do vodou-chladenej formy, zatiaľ čo hydraulický stôl stiahne tuhnúcu škrupinu, čím sa vyrábajú valcované dosky pre ploché výrobky a valcové predvalky na vytláčanie.
Valcovaná doska: veľké obdĺžnikové odliatky, bežne do asi 30 ton, na výrobu plechov a fólií
Vytláčaný predvalok: kruhové odliatky v rôznych priemeroch pre profily, rúry a tyče
Kontinuálne odlievanie a odlievanie pásov: kompaktné trasy na výrobu pásového alebo fóliového materiálu blízkeho konečnému rozmeru
Homogenizácia: namáčanie pri teplote približne 500 až 580 stupňov Celzia na odstránenie segregácie a vyrovnanie mikroštruktúry
Skalpovanie a pílenie: odstránenie segregovanej a zoxidovanej povrchovej kože pred spracovaním za tepla
Postup homogenizácie silne ovplyvňuje dolnú tvarovateľnosť. Nedostatočné namáčanie zanecháva hrubé rozpustné fázy, ktoré praskajú počas valcovania alebo extrúzie, zatiaľ čo nadmerný čas namáčania mrhá kapacitou pece a môže zdrsniť disperzoidy nad užitočný rozsah.
Tvarovanie: Valcovanie, vytláčanie, kovanie a tlakové liatie
Ploché výrobky sa vyrábajú valcovaním za tepla homogenizovanej bramy na reverznej fréze, zmenšením hrúbky zo zhruba 600 milimetrov na 2 až 10 milimetrov, následným valcovaním za studena na viacstolicových alebo jednostolicových mlynoch na konečný rozmer. Kroky žíhania medzi prechodmi riadia tvrdosť, veľkosť zŕn a textúru. Valcovanie fólií pokračuje na klastrových mlynoch až na rozmery takmer 0,006 milimetra pre najtenšie obalové a kondenzátorové fólie. Plechy a dosky špecifikuje ASTM B209 a európske požiadavky na mechanické vlastnosti sú uvedené v EN 485-2, pričom chemické zloženie pre tvárnené výrobky je uvedené v EN 573-3.
Profily a rúry sa vyrábajú extrúziou, lisovaním zahriatych predvalkov cez tvarové matrice tak, aby kov prúdil do súvislej časti. Extrudované tyče, prúty a profily špecifikuje ASTM B221. Kovanie aplikuje tlakovú deformáciu na predvalky alebo rezaný materiál, čím sa zjemňuje tok zrna a zlepšuje sa únavový výkon a húževnatosť kolies, závesných ramien a konštrukčných prvkov. Vysokotlakové-odlievanie vstrekuje roztavenú zliatinu do kalených oceľových foriem pre kryty, konzoly a súčasti motora s tenkými stenami a zložitými rebrami.
Tvarovanie plechu odpovedá na inú potrebu. Progresívne lisovanie produkuje veľké objemy automobilových panelov a krytov, zatiaľ čo aditívna výroba vytvára takmer -netto{2}}tvarové komponenty vrstvu po vrstve, čo skracuje čas potrebný na-výrobu dielov pre letectvo a letectvo a nástroje s malým objemom, ale vyžaduje si kontrolu kvality prášku a následné{4}}spracovanie.
Povrchová úprava a kontrola kvality
Povrchová úprava určuje koróznu životnosť, vzhľad a spojovateľnosť. Eloxovaním sa vytvorí porézna vrstva anodického oxidu, ktorú možno utesniť alebo zafarbiť, zvyčajne s hrúbkou 5 až 25 mikrometrov v závislosti od požadovanej triedy. Práškové lakovanie nanáša polymérnu vrstvu, ktorá odoláva poveternostným vplyvom a oderu. Chemický konverzný náter vytvára filmy bez fosfátov{5}}alebo chrómu, ktoré zlepšujú priľnavosť farby a dočasnú ochranu proti korózii. Mechanické leštenie poskytuje reflexné povrchové úpravy a laserová textúra vytvára mikro-vzory, ktoré si počas tvarovania zachovávajú mazivo.
Overenie chemického zloženia optickou emisnou spektrometriou na každom odliatku
Mechanické skúšanie pevnosti v ťahu, medze klzu a predĺženia hotového výrobku
Rozmerová kontrola hrúbky, šírky, rovinnosti, priamosti a tolerancie profilu
Kontrola povrchu na inklúzie, oxidové škvrny, škrabance, praskliny na hranách a stopy po frézovaní
Ne{0}}deštruktívne testovanie, ako je ultrazvuková kontrola vnútorných defektov v doskách a veľkých výkovkoch
Vysledovateľnosť spája každú hotovú dávku s jej číslom odliatku, záznamom o tepelnom spracovaní a údajmi o kontrole. Tento reťazec záznamov umožňuje výrobcovi prijať materiál bez opakovania každého testu, takže ide skôr o komerčné aktívum než o papierovanie.
Často kladené otázky
Otázka: Ako sa získava oxid hlinitý z bauxitovej rudy?
Ruda sa rozdrví a premyje, potom sa trávi horúcim hydroxidom sodným, aby sa rozpustili hydroxidy hliníka. Nerozpustné červené bahno bohaté na železo- sa oddelí, hydroxid hlinitý sa vykryštalizuje z ochladeného lúhu naočkovaním a hydrát sa kalcinuje na prášok oxidu hlinitého{2}} taviacej kvality.
Otázka: Čo sa deje vo vnútri elektrolytického redukčného článku?
Oxid hlinitý sa rozpúšťa v roztavenom kryolite pri teplote asi 960 stupňov Celzia. Jednosmerný prúd od 150 do 300 kiloampérov rozdeľuje oxid hlinitý na tekutý hliník a kyslík, uhlíkové anódy sa spotrebúvajú a roztavený kov sa zhromažďuje na dne článku s uhlíkom-na pravidelné odpichy.
Otázka: Prečo je potrebná homogenizácia po odliatí?
Odlievanie zanecháva segregáciu a hrubé nerovnovážne-fázy. Namáčanie v blízkosti 500 až 580 stupňov Celzia rozpúšťa tieto fázy a vyrovnáva mikroštruktúru, čo zlepšuje správanie pri valcovaní a vytláčaní a stabilizuje konečné vlastnosti.
Otázka: Koľko energie vyžaduje primárny hliník?
Približne 13 500 kilowatthodín na tonu kovu, pričom najväčší podiel sa spotrebuje v elektrolytických článkoch. Recyklovaný hliník sa úplne vyhýba redukčnému kroku a potrebuje len malý zlomok tejto energie.
Otázka: Ktoré normy sa vzťahujú na hliníkový plech a extrudované profily?
ASTM B209 sa vzťahuje na plechy a dosky a ASTM B221 sa vzťahuje na extrudované tyče, prúty a profily, zatiaľ čo EN 573-3 definuje tvárnené zloženie a EN 485-2 definuje mechanické vlastnosti plechov. Čínske požiadavky sú stanovené normami GB/T pre ingoty a nadväzujúce produkty.
Otázka: Akú povrchovú úpravu zvoliť?
Vyberte si eloxovanie pre opotrebenie a dekoratívnu farbu, práškové lakovanie pre vonkajšiu odolnosť voči poveternostným vplyvom, chemický konverzný náter ako základ farby alebo dočasnú ochranu, leštenie pre odrazivosť a laserové textúrovanie tam, kde je potrebné zachovať mazivo počas tvarovania.
