Mae alwminiwm yn cyrraedd y farchnad trwy gadwyn o bedwar gweithrediad gwahanol iawn: mireinio'r mwyn yn alwmina pur, lleihau'r alwmina hwnnw'n fetel tawdd, bwrw'r metel yn stoc lled-orffen, a siapio'r stoc hwnnw yn rhannau gorffenedig. Mae gan bob cam ei gydbwysedd deunydd ei hun, y galw am ynni a rheolaethau ansawdd, ac mae'r paramedrau a osodwyd yn y camau cynnar yn pennu'r hyn y gellir ei gyflawni i lawr yr afon.
Mireinio bocsit yn Alwmina
Mae'r gadwyn yn dechrau gyda bocsit, mwyn diweddarach sy'n llawn ocsidau alwminiwm hydradol. Mae proses Bayer yn hydoddi'r mwyn mewn sodiwm hydrocsid poeth o dan bwysau, gan drosi'r mwynau dwyn alwminiwm yn aluminate sodiwm hydawdd tra bod cyfansoddion dwyn haearn, titaniwm a silica yn aros yn anhydawdd. Mae'r gweddillion hwn, a elwir yn fwd coch, yn cael ei hidlo i ffwrdd a'i storio mewn pyllau cyfyngiant peirianyddol oherwydd ei alcalinedd a'i gyfaint uchel.
Mae'r gwirod aluminate sodiwm clir yn cael ei oeri a'i hadu mewn tanciau dyddodiad, lle mae alwminiwm hydrocsid yn crisialu dros sawl diwrnod. Mae'r crisialau'n cael eu golchi ac yna'u calchynnu mewn odynau cylchdro ar tua 1,000 C i yrru dŵr wedi'i rwymo'n gemegol i ffwrdd, gan gynhyrchu alwmina anhydrus (Al2O3).
Cydbwysedd materol yw'r ffordd gliriaf o farnu graddfa'r cam hwn. Mae tua 4 i 5 tunnell o focsit yn cael ei fwyta i gynhyrchu 2 dunnell o alwmina, ac mae mireinio yn un o gamau mwyaf ynni-ddwys y gadwyn gyfan. Cynnwys silica yn y mwyn yw'r prif ffactor cost, oherwydd mae silica adweithiol yn defnyddio soda costig ac yn cynyddu'r defnydd o alcali ac ynni.
Mwyndoddi yn Neuadd-Heroult Cells
Mae alwmina yn cael ei drawsnewid yn alwminiwm metelaidd trwy ostyngiad electrolytig mewn celloedd â leinin carbon. Mae'r alwmina yn cael ei hydoddi mewn cryolit tawdd ar tua 950 C, sy'n gostwng y tymheredd gweithio i lefel sy'n ymarferol ar gyfer gweithrediad parhaus tra'n cadw'r electrolyt dargludol.
Mae anodau carbon yn trochi i'r bath ac yn cael eu bwyta'n barhaus, gan ryddhau carbon deuocsid wrth i'r ocsigen o'r alwmina gyfuno â'r carbon. Mae cerrynt uniongyrchol yn yr ystod o 150,000 i 300,000 amperes fesul llinell gell yn hollti'r bond ocsigen alwminiwm, ac mae'r alwminiwm tawdd, sy'n ddwysach na'r bath, yn casglu ar waelod y gell. Mae metel yn cael ei seiffno bob 24 i 48 awr a'i drosglwyddo mewn lletwadau i'r tŷ cast.
Y defnydd o ynni yw'r brif gost gweithredu. Mae cell fodern yn defnyddio tua 13 i 15 kWh fesul cilogram o alwminiwm a gynhyrchir, ac mae'r anodau a leinin y gell yn nwyddau traul y mae'n rhaid eu disodli ar gylchred gynlluniedig. Dyna pam mae mwyndoddwyr wedi'u lleoli lle mae trydan yn rhad ac yn sefydlog, a pham mae enillion cynyddrannol mewn effeithlonrwydd presennol yn trosi'n uniongyrchol i berfformiad cost a charbon.
Castio a Rolio i Gynhyrchion Lled-Gorffenedig
Mae metel hylif yn cael ei drawsnewid yn stoc lled-orffen yn y tŷ cast. Mae castio oeri uniongyrchol (DC) yn cynhyrchu slabiau rholio o hyd at tua 30 tunnell ar gyfer cynhyrchion gwastad, ynghyd â biledau allwthio ar gyfer cynhyrchion hir. Mae'r paramedrau castio, yn enwedig y gyfradd oeri, yn rheoli'r strwythur ingot a faint o wahanu y mae'n rhaid ei ddileu yn ddiweddarach.
Homogeneiddio:cedwir slabiau ar 500 i 600 C ar gyfer cylchoedd 8 i 24 awr i ddiddymu ac ailddosbarthu elfennau ar wahân ac i wneud y strwythur yn unffurf ar gyfer rholio.
Rholio poeth:mae trwch yn cael ei leihau o tua 600 mm i lawr i 2 i 10 mm mewn melin wrthdroi trwy docynnau lluosog ar dymheredd uchel.
Rholio oer:mae'r coil rholio poeth yn cael ei leihau ymhellach i fesuryddion manwl gywir, i lawr i tua 0.006 mm ar gyfer ffoil, gyda goddefgarwch trwch yn cael ei ddal o fewn tua plws neu finws 3 y cant.
Anelio canolradd:cymhwysir aneliad 350 C rhwng camau treigl oer i adfer hydwythedd fel bod gostyngiad pellach yn bosibl heb gracio ymyl.
Mae rheolaeth fesurydd, gwastadrwydd a glendid wyneb yn cael eu monitro'n barhaus ar hyn o bryd, oherwydd ni ellir cywiro diffyg treigl yn ddiweddarach yn y gadwyn broses.
Siapio a Ffurfio Dulliau
Mae stoc lled-orffen yn cael ei drawsnewid yn geometreg orffenedig trwy un o sawl llwybr, pob un wedi'i baru â maint rhan, goddefgarwch a chyfaint cynhyrchu:
Allwthio:mae biledau wedi'u gwresogi i tua 500 C yn cael eu gwthio trwy farw ar bwysau hyd at tua 100 MPa, gan gynhyrchu proffiliau trawstoriad cyson hir ar gyfer adeiladu, trafnidiaeth a defnydd trydanol.
gofannu marw caeedig:mae metel poeth yn cael ei siapio rhwng marw cyfatebol fel bod llif grawn yn dilyn y llwybr llwyth, a dyna pam mae cydrannau atal a llywio ffug yn cario llwythi blinder uchel.
Castio marw pwysedd uchel:mae metel tawdd yn cael ei chwistrellu i ddur yn marw ar bwysau dros tua 70 MPa, gan roi rhannau â waliau tenau, ger siâp rhwyd ar gyfer gorchuddion a bracedi ar gyfraddau beicio uchel.
Lluniadu dwfn:mae'r ddalen yn cael ei thynnu i mewn i gwpanau ac yna'n cael ei hail-lunio i wneud caniau diod di-dor a chynwysyddion waliau tenau tebyg.
Gweithgynhyrchu ychwanegion:mae toddi laser dethol yn adeiladu cromfachau cymhleth a creiddiau cyfnewidydd gwres fesul haen, llwybr a ddefnyddir lle byddai offer confensiynol yn anymarferol.
Trin a Gorffen Arwyneb
Mae gorffen yn pennu sut mae'r rhan yn perfformio mewn gwasanaeth a pha mor hir y mae'n cadw ei ymddangosiad.
Anodio:proses electrolytig sy'n tyfu haen ocsid mandyllog hyd at tua 25 micron o drwch, a ddefnyddir ar gyfer proffiliau pensaernïol a chynhyrchion defnyddwyr lle mae caledwch a gwrthiant tywydd yn bwysig.
Gorchudd powdr:haen bolymer wedi'i chymhwyso'n electrostatig wedi'i halltu tua 200 C, gan roi lliw gwydn a gallu tywydd awyr agored.
Gorchudd trosi:ffilm gemegol denau sy'n gwella adlyniad paent ac yn ychwanegu amddiffyniad cyrydiad heb newid dimensiynau, a ddefnyddir yn eang ar gyfer cydrannau awyrofod a modurol.
Sgleinio a brwsio mecanyddol:cynhyrchu arwynebau addurnol a ffrithiant isel ar gyfer cymwysiadau pensaernïol a chyfarpar.
Tecstio laser:yn creu rhigolau micro rheoledig sy'n gwella cadw ireidiau ar arwynebau llithro a ffurfio offer.
Cwestiynau Cyffredin
C: Faint o focsit sydd ei angen i wneud alwmina?
Fel ffigwr gweithredol, mae 4 i 5 tunnell o bocsit yn cael ei fwyta i gynhyrchu 2 dunnell o alwmina. Mae'r union gymhareb yn dibynnu ar y cynnwys alwmina sydd ar gael yn y mwyn ac ar faint o silica adweithiol y mae'n rhaid ei wrthod yn ystod treuliad.
C: Beth yw mwd coch a pham ei fod yn cael ei storio mewn pyllau?
Mwd coch yw'r gweddillion anhydawdd a adawyd ar ôl treulio bocsit, sy'n cynnwys cyfansoddion dwyn haearn, titaniwm a silica ynghyd ag alcali gweddilliol. Mae angen cyfyngiant peirianyddol ar ei alcalinedd a'i gyfaint, a dyma brif eitem rheoli amgylcheddol y cam mireinio.
C: Pam mae cryolite yn cael ei ddefnyddio mewn mwyndoddi alwminiwm?
Mae Cryolite yn hydoddi alwmina ac yn gadael i'r gostyngiad redeg ar tua 950 C, ymhell islaw pwynt toddi alwmina pur. Y tymheredd is hwnnw sy'n gwneud electrolysis diwydiannol parhaus yn ymarferol.
C: Faint o drydan sydd ei angen ar gyfer mwyndoddi?
Mae cell leihau modern yn defnyddio tua 13 i 15 kWh y cilogram o alwminiwm, sy'n golygu mai cost pŵer a sefydlogrwydd pŵer yw'r ffactorau penderfynu ar leoliad y mwyndoddwr.
C: Beth yw'r gwahaniaeth rhwng rholio poeth a rholio oer?
Mae rholio poeth yn lleihau trwch slab o tua 600 mm i 2 i 10 mm ar dymheredd uchel, lle mae'r metel yn feddal a gall gostyngiadau fesul pas fod yn fawr. Yna mae rholio oer yn mynd â'r coil i fesurydd terfynol, i lawr i tua 0.006 mm, gyda goddefgarwch trwch llawer tynnach a gorffeniad wyneb gwell.
C: Pa broses siapio y dylid ei dewis ar gyfer rhan benodol?
Mae allwthio yn addas ar gyfer proffiliau trawstoriad cyson, gan ffugio siwtio rhannau dwyn llwyth sydd angen llif grawn ffafriol, mae castio marw yn siwtio gorchuddion â waliau tenau mewn cyfaint uchel, lluniadu dwfn yn siwtio cynwysyddion di-dor, ac mae gweithgynhyrchu ychwanegion yn gweddu i geometregau cymhleth cyfaint isel.
