Избор на енергоспестяващи материали за алуминиеви екструзии?

Когато енергийните разходи се повишават и устойчивостта е от значение, екструдирането на алуминий може да се усеща като скрит разход на енергия за производителите. Изборът на подходящи материали може да облекчи този натиск.

Изборът на подходяща алуминиева сплав и комбинация от материали може да намали значително енергопотреблението по време на екструдирането и да намали общото въздействие върху околната среда.

Ако искате да намалите разходите и да намалите въглеродния си отпечатък, продължете да четете. Изборът, който правите при избора на материали, е от значение.

Кои сплави предлагат по-добра енергийна ефективност при производството?

Когато изберете грешната сплав, бързо се появяват енергийни загуби — разтопени отпадъци, загуба на топлина, бавно екструдиране.

По-простите, нисколегирани алуминиеви сплави често изискват по-малко енергия за екструдиране в сравнение с високоякостните.

Не всички сплави са еднакви по отношение на енергията, необходима за екструдиране. Алуминиевите сплави с по-малко добавени елементи — например тези, които се базират предимно на чист алуминий с малки количества магнезий или силиций — обикновено изискват по-ниски температури на екструдиране и по-малко сила. По-ниската температура и по-лесното протичане означават, че пресата използва по-малко енергия на килограм.
Силните високопроизводителни сплави съдържат мед, магнезий или цинк за повишаване на якостта; тези добавки правят метала по-труден за пресоване и често изискват по-високи температури на екструдиране или по-ниски скорости. Това увеличава енергийните нужди.

По-долу е представено просто сравнение на често използвани екструдирани алуминиеви сплави. То показва относителната енергийна потребност за екструдиране на килограм (при типични параметри на екструдиране) и типичната точка на топене/диапазон на екструдиране.

Тази опростена таблица показва, че чистият алуминий или сплав от серия 1000 използва най-малко енергия на килограм, защото се тече по-лесно и се топи при по-ниска енергия. Често използваната серия 6000, като 6063, е близка, но високоякостните сплави, като серия 7000, изискват значително повече енергия за екструдиране.

Тъй като много приложения, като например дограма, архитектурни профили и стандартни индустриални части, не изискват много висока якост, използването на алуминий от серии 6000 или 1000 може да спести енергия. При големи производствени обеми тези икономии се натрупват.

Въпреки това, здравината и издръжливостта също са важни. Ако по-здравата сплав намалява отпадъците или подобрява живота на продукта, компромисът с енергията може да си струва. Енергията на килограм е само част от картината.

Как рециклираното съдържание влияе върху енергопотреблението?

Скрапът от алуминий изглежда евтин – буквално и от гледна точка на енергията. Използването на рециклиран алуминий намалява значително енергията в сравнение с използването на алуминий от руда. Това е много важно.

Алуминият, произведен от рециклирани отпадъци, често използва до 95% по-малко енергия от първичната продукция от руда, което прави рециклираното съдържание много по-енергийно ефективно.

Когато алуминият се добива от сурова руда, процесът включва добив, рафиниране на боксит в алумина, а след това топене на алумината в алуминиев метал — етап, който изисква огромно количество енергия, често 150–200 мегаджаула (MJ) на килограм за първичния алуминий. За разлика от това, рециклирането на алуминиеви отпадъци изисква само претопяване и рафиниране, което изисква много по-малко енергия – около 5–15 MJ на килограм, в зависимост от съоръжението и чистотата на сплавта. Разликата е драстична.

При екструдирането на алуминиеви профили, започването с рециклирани заготовки означава, че се избягва високата вложена енергия от добива и топенето. При големи поръчки – като архитектурни профили или рамки за осветление – използването на рециклирани материали може да намали общото енергийно потребление с повече от половина през целия жизнен цикъл на продукта.

Използването на рециклирани материали също така намалява емисиите на парникови газове и други въздействия върху околната среда, свързани с добива на руда, използването на земя и отпадъците от рафинирането.

Все пак качеството на скрапа е от значение. Ако скрапът е замърсен или се състои от смесени сплави, може да се наложи допълнително рафиниране или сортиране. Това добавя енергия обратно в процеса. Освен това рециклираната сплав може да има различни механични свойства, които влияят на настройките за екструдиране и евентуално на енергопотреблението.

На практика много екструзионни заводи смесват рециклиран и първичен алуминий, за да балансират енергийните спестявания и да поддържат постоянна качество. Точните енергийни спестявания зависят от чистотата на скрапа, типа на сплавта и количеството използвано рециклирано съдържание.

Тъй като енергийните нужди при производството на алуминиеви отпадъци могат да бъдат само около 10 MJ/kg, в сравнение с около 200 MJ/kg при производството на първичен алуминий, повторното използване на отпадъците предлага голямо енергийно предимство. Колкото повече е рециклираното съдържание, толкова по-нисък е общият енергиен отпечатък – ако контролът на качеството е строг.

По-тънките профили по-устойчиви ли са за производство?

По-малко материал означава по-малко екструдиране. По-тънките профили могат да помогнат за намаляване на енергопотреблението и употребата на материали. Но по-тънките не винаги са по-ефективни.

Производството на по-тънки алуминиеви профили често намалява използването на материали и енергия на единица продукт, но ползите зависят от дизайна, изискванията за якост и ефективността на производството.

По-тънките профили използват по-малко алуминий на част. Само това намалява количеството метал, който се топи, транспортира и екструдира. По-малко алуминий означава по-малко енергия за топене, претопляне, екструдиране и логистика. На базата на една част това води до икономия на енергия, особено ако са необходими много части.

Въпреки това, по-тънките стени могат да бъдат по-трудни за екструдиране без дефекти. Пресата може да се нуждае от по-ниски скорости или допълнително охлаждане, което увеличава енергопотреблението на килограм. Ако профилът стане прекалено тънък за необходимата якост, детайлът може да се повреди или да се наложи допълнително укрепване или боядисване, което да неутрализира ползите.

Освен това, по-тънките профили могат да изискват по-строг контрол на размерите. Това увеличава отпадъците или брака по време на екструдиране или последваща обработка. Отпадъците водят до загуба на енергия.

От гледна точка на устойчивостта, по-тънките профили са по-добри само ако запазват функционалността и качеството си, без да водят до по-висок процент на бракуване. Това е въпрос на баланс.

Накрая, по-тънките части намаляват теглото при транспортиране. Намаленото тегло при транспортиране намалява енергията и емисиите по веригата на доставки. През целия жизнен цикъл – от суровината до крайното използване – по-тънките профили могат да доведат до по-ниско общо енергийно потребление, ако са добре проектирани.

Какви данни за жизнения цикъл подпомагат избора на материали?

Добрите решения се основават на добри данни. Показателите за жизнения цикъл показват как изборът на алуминий влияе върху енергията, емисиите и използването на ресурсите през целия жизнен цикъл на продукта.

Проучвания на жизнения цикъл показват, че използването на рециклиран алуминий и ефективни сплави значително намалява както енергопотреблението, така и емисиите на CO2 в сравнение с първичните сплави или тежките профили.

Анализът на жизнения цикъл (LCA) за алуминиевата екструзия обхваща доставката на материали, леене или претопяване на заготовки, екструзия, довършителни работи, транспортиране, употреба и рециклиране в края на жизнения цикъл. Ключовите показатели включват общата енергия на произведен килограм, емисиите на парникови газове на килограм и използването на ресурси.

Много публикувани проучвания показват, че претопяването на алуминиеви отпадъци използва само 5–10% от енергията на първичната топене. Освен това, енергията за екструдиране на килограм зависи от сплавта и ефективността на процеса. Когато рециклираната заготовка се използва в сплав от серия 6000, общата вложена енергия на килограм може да спадне с повече от 60% в сравнение с екструдирания тежък профил от нова високоякостна сплав.

Ето опростена представа за въплътената енергия и въглеродния отпечатък за различни материали и производствени решения.

Тази таблица показва, че рециклираните алуминиеви профили изискват много по-малко енергия и излъчват значително по-малко CO2 през целия си жизнен цикъл. Ако за продукта е възможно да се използва рециклирана стандартна сплав със среден или тънък профил, това води до значителни ползи за устойчивостта.

Данните за жизнения цикъл включват и рециклирането в края на жизнения цикъл. Алуминият може да се рециклира безкрайно с минимални загуби. Това означава, че частите, изработени от рециклиран алуминий, често се връщат в потока на отпадъците след употреба, като по този начин се започва отново цикълът с ниска енергийна консумация. С многократното повторно използване, кумулативните икономии на енергия и емисии се увеличават.

За строителни елементи или осветителни тела, които могат да бъдат заменени или рециклирани в края на жизнения си цикъл, използването на рециклиран алуминий затваря цикъла. Това намалява търсенето на първичен алуминий и понижава дългосрочното въздействие върху околната среда.

При избора на материали съчетайте типа на сплавта, съдържанието на рециклирани материали и дебелината на профила с данните за жизнения цикъл. Това помага да изберете най-доброто решение.

Понякога силата или издръжливостта са по-важни от енергийните спестявания. Тогава анализът на компромисите става от съществено значение. Но данните за жизнения цикъл дават обща отправна точка.

Заключение

Изборът на алуминиеви сплави, рециклирани материали и добре проектирани профили е ясен път към енергоспестяване и устойчивост. Интелигентният избор на материали намалява потреблението на енергия, понижава емисиите и подпомага дългосрочната ефективност.