Alüminyum pazara çok farklı dört işlemden oluşan bir zincir aracılığıyla ulaşır: cevherin saf alüminaya rafine edilmesi, alüminanın erimiş metale indirgenmesi, metalin yarı-hazır stok haline getirilmesi ve bu stokun bitmiş parçalar halinde şekillendirilmesi. Her aşamanın kendine ait malzeme dengesi, enerji talebi ve kalite kontrolleri vardır ve ilk aşamalarda belirlenen parametreler, alt aşamalarda neyin elde edilebileceğini belirler.
Boksitin Alüminaya Rafine Edilmesi
Zincir, hidratlı alüminyum oksitler açısından zengin bir lateritik cevher olan boksit ile başlar. Bayer prosesi, cevheri basınç altında sıcak sodyum hidroksit içinde çözer, alüminyum içeren mineralleri çözünür sodyum alüminata dönüştürürken demir, titanyum ve silika içeren bileşikler çözünmez kalır. Kırmızı çamur olarak bilinen bu kalıntı, alkaliliği ve yüksek hacmi nedeniyle filtrelenerek özel olarak tasarlanmış muhafaza havuzlarında depolanıyor.
Berraklaştırılmış sodyum alüminat çözeltisi soğutulur ve alüminyum hidroksitin birkaç gün içinde kristalleştiği çökeltme tanklarına ekilir. Kristaller yıkanır ve ardından kimyasal olarak bağlı suyun uzaklaştırılması için döner fırınlarda yaklaşık 1000°C'de kalsine edilir ve susuz alümina (Al2O3) elde edilir.
Malzeme dengesi bu adımın ölçeğini değerlendirmenin en net yoludur. 2 ton alümina üretmek için yaklaşık 4 ila 5 ton boksit tüketilir ve rafinasyon, tüm zincirin en enerji yoğun aşamalarından biridir. Cevherdeki silika içeriği ana maliyet etkenidir çünkü reaktif silika kostik soda tüketir ve hem alkali hem de enerji tüketimini artırır.
Hall-Heroult Hücrelerinde Eritme
Alümina, karbon kaplı hücrelerde elektrolitik indirgeme yoluyla metalik alüminyuma dönüştürülür. Alümina, yaklaşık 950 C'de erimiş kriyolit içinde çözülür; bu, elektroliti iletken tutarken çalışma sıcaklığını sürekli çalışma için pratik bir seviyeye düşürür.
Karbon anotlar banyoya daldırılır ve sürekli olarak tüketilir, alüminadan gelen oksijen karbonla birleştiğinde karbondioksit açığa çıkar. Hücre hattı başına 150.000 ila 300.000 amper aralığındaki doğru akım, alüminyum oksijen bağını böler ve banyodan daha yoğun olan erimiş alüminyum, hücrenin tabanında toplanır. Metal her 24 ila 48 saatte bir sifonla çekilir ve potalar halinde dökümhaneye aktarılır.
Enerji tüketimi en önemli işletme maliyetidir. Modern bir hücre, üretilen kilogram alüminyum başına kabaca 13 ila 15 kWh tüketir ve anotlar ve hücre astarı, planlı bir döngüde değiştirilmesi gereken sarf malzemeleridir. İzabe tesislerinin elektriğin hem ucuz hem de istikrarlı olduğu yerlerde bulunmasının ve mevcut verimlilikteki artan kazanımların doğrudan maliyet ve karbon performansına dönüşmesinin nedeni budur.
Yarı{0}}Mamul Ürünlere Döküm ve Haddeleme
Sıvı metal, dökümhanede yarı-mamul malzemeye dönüştürülür. Doğrudan soğuk (DC) döküm, yassı ürünler için yaklaşık 30 tona kadar haddeleme kütüklerinin yanı sıra uzun ürünler için ekstrüzyon kütükler üretir. Döküm parametreleri, özellikle soğutma hızı, külçe yapısını ve daha sonra çıkarılması gereken segregasyon miktarını kontrol eder.
Homojenizasyon:levhalar, ayrılmış elemanların çözülmesi ve yeniden dağıtılması ve yapının haddeleme için tek biçimli hale getirilmesi için 8 ila 24 saatlik döngüler boyunca 500 ila 600°C'de tutulur.
Sıcak haddeleme:Kalınlık, tersinir bir değirmende yüksek sıcaklıkta birden fazla geçiş yoluyla yaklaşık 600 mm'den 2 ila 10 mm'ye düşürülür.
Soğuk haddeleme:Sıcak haddelenmiş rulo, kalınlık toleransı yaklaşık artı veya eksi yüzde 3 dahilinde tutularak, folyo için yaklaşık 0,006 mm'ye kadar hassas ölçülere düşürülür.
Ara tavlama:Kenar çatlaması olmadan daha fazla indirgemenin mümkün olması amacıyla sünekliği yeniden sağlamak için soğuk haddeleme aşamaları arasında 350°C'de bir tavlama uygulanır.
Bu aşamada mastar kontrolü, düzlük ve yüzey temizliği sürekli olarak izlenir, çünkü yuvarlanma hatası daha sonra proses zincirinde düzeltilemez.
Şekillendirme ve Şekillendirme Yöntemleri
Yarı-mamul stok, her biri parça boyutu, tolerans ve üretim hacmiyle eşleşen çeşitli rotalardan biri kullanılarak bitmiş geometriye dönüştürülür:
Ekstrüzyon:Yaklaşık 500 C'ye kadar ısıtılan kütükler, yaklaşık 100 MPa'ya kadar basınçlarda bir kalıptan itilir ve inşaat, nakliye ve elektrik kullanımı için uzun sabit kesitli profiller üretilir.
Kapalı kalıpta dövme:sıcak metal, tane akışının yük yolunu takip etmesi için uyumlu kalıplar arasında şekillendirilir, bu nedenle dövme süspansiyon ve direksiyon bileşenleri yüksek yorulma yükleri taşır.
Yüksek basınçlı döküm:Erimiş metal, yaklaşık 70 MPa'nın üzerindeki basınçlarda çelik kalıplara enjekte edilir ve yüksek çevrim hızlarında muhafazalar ve braketler için ince duvarlı, neredeyse net şekilli parçalar elde edilir.
Derin çekme:Levha bardaklara çekilir ve daha sonra dikişsiz içecek kutuları ve benzeri ince duvarlı kaplar yapmak için yeniden çizilir.
Eklemeli üretim:seçici lazer eritme, karmaşık braketleri ve ısı eşanjörü çekirdeklerini katman katman oluşturur; bu, geleneksel aletlerin pratik olmadığı durumlarda kullanılan bir yoldur.
Yüzey İşleme ve Bitirme
Bitirme, parçanın serviste nasıl performans göstereceğini ve görünümünü ne kadar süre koruyacağını belirler.
Eloksal:sertliğin ve hava koşullarına dayanıklılığın önemli olduğu mimari profiller ve tüketici ürünlerinde kullanılan, yaklaşık 25 mikron kalınlığa kadar gözenekli bir oksit tabakası oluşturan bir elektrolitik işlem.
Toz kaplama:Yaklaşık 200 C'de kürlenen, elektrostatik olarak uygulanan bir polimer katman, dayanıklı renk ve dış mekan hava koşullarına dayanıklılık sağlar.
Dönüşüm kaplaması:Havacılık ve otomotiv bileşenlerinde yaygın olarak kullanılan, boya yapışmasını artıran ve boyutları değiştirmeden korozyona karşı koruma sağlayan ince bir kimyasal film.
Mekanik parlatma ve fırçalama:mimari ve cihaz uygulamaları için dekoratif ve düşük sürtünmeli yüzeyler üretir.
Lazer dokulandırma:kayan yüzeylerde ve şekillendirme takımlarında yağlayıcının tutulmasını artıran kontrollü mikro oluklar oluşturur.
Sıkça Sorulan Sorular
S: Alümina yapmak için ne kadar boksit gereklidir?
Çalışma rakamı olarak 2 ton alümina üretmek için 4 ila 5 ton boksit tüketilmektedir. Kesin oran, cevherdeki mevcut alümina içeriğine ve sindirim sırasında ne kadar reaktif silikanın reddedilmesi gerektiğine bağlıdır.
Soru: Kırmızı çamur nedir ve neden havuzlarda depolanıyor?
Kırmızı çamur, demir, titanyum ve silika içeren bileşikler ile artık alkaliden oluşan, boksit sindiriminden sonra kalan çözünmeyen kalıntıdır. Alkaliliği ve hacmi özel tasarımlı muhafaza gerektirir ve rafinasyon aşamasının ana çevre yönetimi öğesidir.
S: Alüminyum eritme işleminde neden kriyolit kullanılıyor?
Cryolite alümini çözer ve indirgemenin saf alüminanın erime noktasının çok altında, yaklaşık 950°C'de gerçekleşmesini sağlar. Bu düşük sıcaklık, sürekli endüstriyel elektrolizi pratik kılan şeydir.
S: Eritme işlemi ne kadar elektrik gerektirir?
Modern bir indirgeme hücresi, kilogram alüminyum başına yaklaşık 13 ila 15 kWh tüketir, bu da güç maliyetini ve güç stabilitesini izabe tesisi konumunda belirleyici faktörler haline getirir.
S: Sıcak haddeleme ile soğuk haddeleme arasındaki fark nedir?
Sıcak haddeleme, metalin yumuşak olduğu ve geçiş başına azalmanın büyük olabileceği yüksek sıcaklıkta levha kalınlığını yaklaşık 600 mm'den 2 ila 10 mm'ye düşürür. Soğuk haddeleme daha sonra ruloyu çok daha sıkı kalınlık toleransı ve daha iyi yüzey kalitesiyle yaklaşık 0,006 mm'ye kadar nihai ölçüye getirir.
S: Belirli bir parça için hangi şekillendirme işlemi seçilmelidir?
Ekstrüzyon sabit kesitli profillere uygundur, dövme uygun tane akışı gerektiren yük taşıyan parçalara uygundur, basınçlı döküm yüksek hacimli ince duvarlı muhafazalara uygundur, derin çekme dikişsiz kaplara uygundur ve katmanlı üretim düşük hacimli karmaşık geometrilere uygundur.
