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改革开放以来,铝已迅速发展成为了每个中国人生活中不可缺少的材料。中国人住房中的铝合金门窗、铝合金家具、浴卫器具、炊具、家用电器,出行所用的所有交通工具,例如自行车、电动车、摩托车、小轿车、高铁、飞机、轮船,日常工作和生活中使用的电脑、手机等等,都不同程度地采用了铝,而且铝的应用还在不断地扩大。
正是由于13.8亿中国人这种巨大的用铝需求,使我国的铝工业在短短的二十几年(我国铝工业的迅速发展始于1991年)内跃居世界之首。目前中国的铝土矿需求量,氧化铝的产量和消费量,电解铝的产量和消费量,铝材的产量和消费量都跃居世界第一,并超过了所有发达国家产量和消费量的总和,同时还造就了像魏桥这样的世界氧化铝和电解铝生产巨头,造就了像创新这样的世界铝合金棒生产巨头,改革开放为我国的铝工业发展提供了广阔的空间。
饮水不忘掘井人,我们要感恩国内外铝业前辈们在铝工业发展中所有的发明,这些发明不计其数,很难一一例举。在本文中仅例举了对世界和中国铝工业有根本影响的十大技术突破,没有这十大技术突破,世界和中国的铝工业就不可能取得今天的辉煌成就。
铝土矿是生产金属铝的最佳原料,其用量占世界铝土矿总产量的90%以上。铝土矿1821年首次被法国地质学家发现。从铝土矿生产铝,首先需制取氧化铝,然后再电解制取铝。铝土矿的开采始于1873年的法国,从铝土矿生产氧化铝始于1894年,采用的是拜耳法。到了1900年,法国、意大利和美国等国家有少量铝土矿开采,年产量才不过9万吨。
铝土矿开采
随着现代工业的发展,铝作为金属和合金应用到航空和军事工业,随后又扩大到民用工业,从此铝工业得到了迅猛发展,到2016年,全世界电解铝产量已经达到了5700多万吨,2016年所开采的铝土矿增至2.62亿吨。据美国矿业局2017年资料,全世界铝土矿储量为280亿吨,地球所赋予人类的铝土矿资源为世界及中国铝工业提供了原料。
拜耳法是一种工业上广泛使用的从铝土矿生产氧化铝的方法,于1887年由奥地利的工程师拜耳所发明,目前世界上95%的氧化铝公司都在使用拜耳法生产氧化铝。
拜耳法生产氧化铝流程图
1886年美国人霍尔和法国人埃鲁分别独立发明了冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产铝,到目前为止,世界上所有的铝都是用电解法生产出来的。
冰晶石-氧化铝熔盐电解法
熔炼是使金属合金化的一种方法。它是采用加热的方式改变金属物态,使基体金属和合金化组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体,并使其满足内部纯洁度、铸造温度和其他特定要求的一种工艺过程。熔体的品质对铝材的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响,如果熔体品质先天不足,将给制品的使用带来潜在的危险,因此,熔炼又是对加工制品的品质起支配作用的一道关键工序。
铝合金的熔炼
金属中的夹杂物、氢气含量对材料的强度、疲劳抗力、耐腐蚀性、应力腐蚀开裂性能以及加工性能等均有重大的不良影响。有效地控制熔体的氢气含量和氧化夹杂物含量,以提高铸棒和轧板的质量已成为各国冶金、铸造及材料工业共同追求的目标。目前广泛采用电磁搅拌,炉内精炼,炉外在线变质,在线除气,在线过滤方法来减少铝合金熔体中氢气含量和夹杂物含量,提高铸锭的力学性能和外观质量。
在线精炼除气设备
美国铝业公司发明了直接水冷铸造的技术,这种技术在20世纪30年代已被美国铝业所有的工厂所采用。在20世纪50年代,直接水冷铸造的锭子可用于制造航空航天,船舶和运输行业所需的大型产品。随着直接水冷铸造技术和设备的进步,铸锭尺寸在不断的增加,目前的板坯可重达45吨,挤压用铝棒的直径可达1.2米。
铝棒浇铸
铝加工,是用塑性加工方法将铝坯锭加工成材,主要方法有轧制、挤压、拉伸和锻造等。铝及铝合金加工材中以压延材(板、带、条、箔材)和挤压材(管、棒、型、线材)应用最广,产量最大,据统计,这两类材料的年产量分别占世界铝材总年产量(平均)的58%和39%左右,其余铝加工材,如锻造产品等,仅占铝材总产量的百分之几。
压力铸造简称压铸,是一种将熔融合金液倒入压室内,以高速充填钢制模具的型腔,并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。压铸机、压铸合金与压铸模具是压铸生产的三大要素,缺一不可。所谓压铸工艺就是将这三大要素有机地加以综合运用,使能稳定地有节奏地和高效地生产出外观、内在质量好的、尺寸符合图样或协议规定要求的合格铸件。
德国科学家在1908年发现了铝一铜一镁系铝合金的时效强化现象,大大提高了铝合金的强度,扩大了铝合金的应用领域。
新的合金不断地被各个国家开发出来,目前在美国铝业协会注册的变形铝合金已达到了680个,其中用量最多的是美国铝业公司1954年注册的铝一镁一硅系中的6063铝合金。
时效处理
近六十年来,铝制品的表面处理技术发展极为迅速,经过表面处理后的铝合金产品给人以十分美观、精致的外观。化学转化膜处理是我们最常见的一种表面处理技术。像阳极氧化法、复合阳极氧化、微弧氧化法、电泳涂漆处理等都是属于化学转化膜处理。化学转化膜处理相比其他的表面技术处理来说,更加成熟稳定。但现在使用更多的是一种复合技术,复合技术就是集合各种技术的优点,规避其缺点。如加弧辉光技术、离子束联合溅射技术等,离子束联合溅射技术中将磁控溅射与离子注入,离子溅射结合有速度快、温度低、结合力好等优点.还有将激光与溅射结合等。
多彩氧化
铝工业的主要污染物包括氧化铝生产过程中产生的赤泥、电解生产的含氟废气、碳素煅烧和焙烧烟气、电解槽大修废料、铝加工的废水废油等工业废弃物,这些废渣、废气、废水一直以来都是环保监控的重点目标,关系到职业健康安全和社会、生态以及经济可持续发展。
为了使铝行业不断向绿色、低碳化方向发展,相应的环保节能装备不断的被研发出来,力求从环保、智能、集成控制等各个方面,提升铝工业的整体环保水平。
电解铝生产车间
国内外的每个涉铝公司在享受世界铝工业的技术和设备成果的同时,也在为铝工业的发展作出了大小不同的贡献。铝加工编辑部:LQT 声明:本文内容来源于百家号-铝行者黎志勇,引用目的在于传递更多信息,并不代表本公众号赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题,请来电或致函告之,我们将及时给予处理!