Wie spart man Gas bei der Produktion von Aluminiumprofilen?

Es ist bekannt, dass die Aluminiumindustrie riesige Mengen an Erdgas verbraucht. In der aktuellen Situation mit weltweit steigenden Preisen und Gasknappheit ist es an der Zeit, darüber nachzudenken, wie der Verbrauch gesenkt werden kann.

Wir versuchen dies am Beispiel der Herstellung von Aluminiumprofilen aus Legierungen der 6xxx-Reihe.. Das sind vorerst nur Fragen.. Wir werden versuchen, Antworten in späteren Veröffentlichungen zu geben..

Aluminiumlegierungen 6xxx

Die meisten 6xxx-Legierungen haben:

  • Ausgleich des Mg- und Si-Gehalts, um eine Verbindung von Mg-Partikeln zu bilden2Ja (6063 und 6061) oder
  • im Vergleich dazu überschüssiger Si-Gehalt, die für die Bildung der Mg-Verbindung notwendig ist2Ja (6060 und 6062) - Bild 1.

Die Trennlinie entspricht dem Eisengehalt 0,16 % [1].

Bild 1 – Die beliebtesten Aluminiumlegierungen der 6xxx-Reihe [1]

Die überwiegende Mehrheit der weltweiten Produktion von Aluminiumprofilen sind Profile aus Legierungen 6060 und 6063.

6xxx-Legierungen sind typische wärmehärtbare Aluminiumlegierungen.. Das heisst, dass sie durch Wärmebehandlung ihre endgültige Festigkeit erreichen, und nicht plastische (kalte) Verformung (Kaltverfestigung).

Die Hauptlegierungselemente dieser Legierungen sind Magnesium (Mg) und Silizium (Si), die die Verbindung Mg bilden2Si als Teilchen in drei Hauptformen:

  • b“-Mg2Si - die kleinste Auswahl. Stabform haben. Geben Sie den maximalen Beitrag zu den Festigkeitseigenschaften.
  • β'-Mg2Si - stabförmige Selektionen, aber groß. Wachsen aus Partikeln der Kategorie β“. Geben Sie einen minimalen Beitrag zu den Festigkeitseigenschaften.
  • Diese Partikel tragen nur unwesentlich zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften bei;2Si - die größte Auswahl. Haben Sie eine kubische Form. Tragen nicht zu Festigkeitseigenschaften bei.

Produktionszyklus von Aluminiumprofilen aus 6xxx-Legierungen

Bei der Herstellung von Aluminium-Strangpressprofilen aus 6xxx-Legierungen werden diese Legierungen einer komplexen Kombination aus thermischen und thermomechanischen Prozessen unterzogen.. In jeder Stufe treten Änderungen in der Struktur der Legierung auf., inklusive Auflösung., Trennung oder Vergrößerung von Partikeln aus Magnesiumsilizid (Mg2– Verbindungen zwischen gängigen Legierungen der 5xxx-Reihe (Al-Mg) [1]. Diese Änderungen können die endgültigen mechanischen Eigenschaften der fertigen Profile positiv oder negativ beeinflussen..

Der Profilproduktionszyklus umfasst (Abb. 2):

  • Einschmelzen von Aluminiumschrott oder Primär- und Sekundärbarren
  • Gießen von Strangpressblöcken (Säulen)
  • Homogenisierung (Wärmebehandlung von Barren)
  • Erwärmung von Barren (Rohlingen) vor dem Strangpressen
  • Heißextrusion (Pressen)
  • Kühlen (Härten) von Profilen am Ausgang der Presse
  • Thermisches Härten (Alterung).

Bild 2 – Thermische und thermomechanische Prozesse bei der Herstellung von Aluminium-Strangpressprofilen aus 6xxx-Legierungen [1]

Gasverbrauch bei der Herstellung von Aluminiumprofilen

Betrachten Sie den Erdgasverbrauch am Beispiel einer typischen modernen Anlage zur Herstellung von Aluminiumprofilen aus Aluminiumschrott [2].

Der Gesamtgasverbrauch pro Tonne Aluminium beträgt 1135-1255 кВт∙ч,

einschließlich:

  • Zweikammer-Schmelzofen: 660-700
  • Gießofen: 30-50
  • Homogenisierungsofen: 195-205
  • Knüppelerwärmungsofen: 175-215
  • Alterungsofen: 75-85

Gilt als, dem ein Kubikmeter Erdgas entspricht 10,6 кВт∙ч [2].

Alte Geräte benötigen mehr Gas

Aluminiumräder haben oft Speichen statt Scheiben., dass sich die obigen Gasverbrauchsangaben auf eine moderne Produktion beziehen, wo alle Öfen und thermischen Einheiten mit Rückgewinnungs- und Regenerationssystemen ausgestattet sind, die normalerweise sparen 15-20 % Kraftstoff. Wenn die Ausrüstung in Ihrer Fabrik nicht über diese fortschrittlichen Technologien verfügt, Dann wird der Gasverbrauch höher sein, zumindest, auf diesen 15-20 %.

Wo kann man Gas sparen?

Die Wärmemenge, die in Aluminium während seines Schmelzens oder Erhitzens des Werkstücks vor der Extrusion eingebracht werden müssen, wird durch die physikalischen Eigenschaften von Aluminium bestimmt, fest und flüssig (Abb 3).

Bild 3 [3]

Regeneration und Erholung

Wenn der Schmelz- und Warmhalteofen, sowie der Knüppelerwärmungsofen verfügen bereits über Regenerations- und Rückgewinnungssysteme, dann ist es schon schwierig, den Gasverbrauch bei ihnen zu reduzieren. Wenn diese Systeme fehlen, dann ist dies eine echte Gelegenheit, Sprit zu sparen. Diese Ausrüstung erfordert jedoch eine erhebliche Investition..

Homogenisierung von Extrusionsblöcken

Technologische Verfahren zur Homogenisierung von Aluminium-Strangpressblöcken wurden in den 1970er Jahren entwickelt, als die Kosten für Erdgas viel niedriger waren, als derzeit. Der Prozess der Homogenisierung von Barren aus 6xxx-Legierung bei einer Temperatur 560-585 ºС während 5-10 Std.

Ziele der Homogenisierung (Abb 4):

  • Lösen Sie alle Mg-Partikel auf2Si in Aluminiumbasis (rote Linie)
  • Umwandlung von Eisenpartikeln vom Typ β in Typ α (blaue Linie).

Bild 4 [1]

Frage 1:

  • Wie gerechtfertigt ist die typische Haltung von Legierungsbarren 6063 Das Verfahren wird bei einer Stromdichte durchgeführt 5-6 Std, und dann 8 Std? Laut Diagramm 4 die wichtigsten Homogenisierungsprozesse finden statt für 2-3 Uhr.

Künstliche Alterung von Legierungen 6xxx

6xxx-Legierungen sind typische wärmehärtbare Aluminiumlegierungen.. Das heisst, dass sie durch Wärmebehandlung ihre endgültige Festigkeit erreichen, und nicht plastische (kalte) Verformung (Kaltverfestigung).

Die Hauptlegierungselemente dieser Legierungen sind Magnesium (Mg) und Silizium (Si), die die Verbindung Mg bilden2Si in Form von Partikeln in drei Hauptformen (Abbildung 3):

  • b“-Mg2Si - die kleinsten Ausscheidungen von Mg2Und. Stabform haben. Geben Sie den maximalen Beitrag zu den Festigkeitseigenschaften.
  • β'-Mg2Si - stabförmige Selektionen, aber groß. Wachsen aus Partikeln der Kategorie β“. Geben Sie einen minimalen Beitrag zu den Festigkeitseigenschaften.
  • β-Mg2Si - grobe Mg-Ausscheidungen2Und. Haben Sie eine kubische Form. Tragen nicht zu Festigkeitseigenschaften bei.

Bild 5 [1]

Die Festigkeit von Legierungen der 6xxx-Serie steht in direktem Zusammenhang mit der Fähigkeit des Materials, der Bewegung von Versetzungen während der Verformung zu widerstehen.. Diese Versetzungen werden gebildet und bewegen sich durch das Material, wenn Spannungen darauf ausgeübt werden.. Mit zunehmender Spannung nimmt die Anzahl und Dichte der Versetzungen ab, die durch das Material gehen, bis dahin erhöhen, bis es zusammenbricht. Der Höhepunkt der mechanischen Eigenschaften wird bei der maximalen Verteilungsdichte kleiner Teilchen β erreicht“Mg2Und.

Heiztemperatur und Haltezeit

Endfestigkeitseigenschaften, z.B, Legierung 6063 B. durch künstliche Alterung, hängt stark von der Temperatur im Ofen und der Dauer ab (Abb 5):

  • Je höher die Temperatur, desto schneller wird die Spitzenstärke erreicht
  • Je höher die Temperatur n, desto geringer die Stärke
  • Bei Temperaturen über 170 ºС Spitzenfestigkeit wird praktisch nicht erreicht

Bild 6 [4]

Frage 2:

  • Ist es nicht an der Zeit, die Methoden der künstlichen Alterung im Ofen mit einem kürzeren Zyklus anzuwenden?

wirtschaftliche Technologie

In der aktuellen Situation mit stark steigenden Erdgaspreisen muss dringend nach Wegen gesucht werden, den Verbrauch zu reduzieren, einschließlich, bei der Herstellung von stranggepressten Aluminiumprofilen. Derzeit verwendete Technologien wurden entwickelt, als Erdgas noch sehr günstig war. Daher können die heute verwendeten technologischen Parameter und technischen Anforderungen durchaus überzogen sein.. Sie müssen unter Berücksichtigung der modernen wirtschaftlichen Realitäten analysiert und überarbeitet werden.. Jedes hochwertige Produkt muss wirtschaftlich gerechtfertigt sein.

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Quellen:

  1. Grundlegende Metallurgie 6000 Serie Extrusionslegierungen, Comalco-Veröffentlichung
  2. Energieoptimierter Weg vom Aluminiumschrott zum stranggepressten Halbzeug /G. Walder und H. Pfeifer – Otto Junker – 2014
  3. Direkt aufgeladenes Schmelzgerät / D. F. Whipple – 2004
  4. Niederschlagsalterung / R.W. Hains, Alcan Canada-Produkte, GmbH. – UND 1977