1. مقارنة تدفق العملية بين الألمنيوم الأولي والألمنيوم المعاد تدويره
يبدأ الألمنيوم الأولي من تعدين البوكسيت ويتم تنقيته إلى ألومينا من خلال عملية باير. ثم يتم اختزاله إلى ألومنيوم سائل من خلال التحليل الكهربائي لهال-إلوت وأخيرًا يتم صبه في سبائك الألمنيوم الأولية. يستخدم الألمنيوم المعاد تدويره مباشرة أنواعًا مختلفة من نفايات الألمنيوم كمواد خام، متجاوزًا عمليات التعدين والتحليل الكهربائي. تشمل العمليات الأساسية تغذية التسخين المسبق، والصهر، والتنقية، والعزل، والصب، والنشر، ومعالجة الحرارة المتجانسة.
الاختلافات في عمليات الإنتاج بين الألمنيوم الأولي والألمنيوم المعاد تدويره
تنقسم النفايات إلى نفايات داخلية ونفايات خارجية. تأتي النفايات الداخلية من عملية إنتاج مصنعنا، مثل رافعات الصب، ونفايات حواف النشر، وحواف الدرفلة. هذه الأنواع من النفايات لها تركيب نظيف وعمومًا لا تتطلب معالجة مسبقة معقدة. يمكن إعادة صهرها مباشرة في الفرن؛ تأتي النفايات الخارجية من المنتجات الخردة من نهاية المستهلك، مثل مكونات السيارات، وعلب الألمنيوم، والكابلات، وأجزاء الألمنيوم للأجهزة المنزلية، والتي تحتاج إلى فرز وإزالة الطلاء قبل وضعها في الفرن. تشمل عملية التنقية بعد الصهر مكونات السبائك والخلط، وإزالة خبث التدفق، وإزالة الغازات بالدوار، والترشيح السيراميكي، وإزالة الهيدروجين المنصهر والشوائب غير المعدنية؛ بعد ذلك، يدخل المصهور إلى فرن العزل للتحكم في درجة الحرارة الثابتة، ويكمل الصب شبه المستمر للحصول على سبائك ألواح الألمنيوم. تحتاج بعض السبائك أيضًا إلى الخضوع لمعالجة حرارة متجانسة طويلة الأجل للقضاء على فصل الصب وتحسين أداء معالجة الدرفلة اللاحقة.
تظهر عملية إدخال وإخراج المواد والطاقة الكاملة لمصنع SAPA في الشكل التالي. يشمل حد النظام العملية الكاملة لفرن التسخين المسبق، وفرن الصهر، وفرن العزل، والصب، والنشر، ومعالجة الحرارة المتجانسة؛ يشمل الإدخال سبائك الألمنيوم الخام، والمواد الداخلية والخارجية المهملة، والتدفق، ووقود البروبان، والكهرباء، والأكسجين، وغاز الأرجون؛ يشمل الإخراج سبائك ألواح الألمنيوم، وخبث الألمنيوم، ونفايات العمليات المختلفة، وفقدان الطاقة الذي تحمله غازات المداخن والمياه المبردة.
2. الأنواع الرئيسية لأفران الصهر
يركز البحث على مقارنة الأفران الحثية المستخدمة على نطاق واسع في الصناعة مع أفران الوقود بالأكسجين. (1) الفرن الحثي: يعتمد على الحث الكهرومغناطيسي لتوليد حرارة جول مباشرة داخل المعدن لصهر مادة الألمنيوم، دون الحاجة إلى احتراق الوقود، مع الحد الأدنى من انبعاثات الدخان، ولا يتلوث المصهور بسهولة بمنتجات الاحتراق؛ يأتي فقدان الطاقة الرئيسي من تبديد الحرارة لجدار الفرن، والحرارة التي يحملها خبث الألمنيوم الذي يتم إزالته، والكمية الكبيرة من الحرارة التي تحملها المياه المبردة للملف الحثي.

2) فرن الوقود بالأكسجين: يستخدم البروبان كوقود، دون مساعدة الهواء للاحتراق، ويستخدم الأكسجين النقي للمساعدة في الاحتراق. سيؤدي احتراق وقود الهواء العادي إلى إدخال كمية كبيرة من النيتروجين، والتي يتم تسخينها وحملها مع كمية كبيرة من الحرارة بواسطة غاز العادم؛ لا يحتوي احتراق الوقود بالأكسجين على كمية كبيرة من النيتروجين في غاز المداخن، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من التدفق الإجمالي لغاز المداخن ويقلل من فقدان الحرارة؛ الجهاز مزود بتحريك كهرومغناطيسي EMS لتعزيز نقل الحرارة للمصهور وتحسين معدل الصهر. تأتي خسائر الحرارة الرئيسية لأفران الوقود بالأكسجين من غاز المداخن عالي الحرارة، وجدران الأفران، والمياه المبردة، وخبث الألمنيوم.

المصنع مجهز أيضًا بأفران التسخين المسبق، والتي تنقسم إلى أفران التسخين المسبق بالاحتراق المباشر للوقود وأفران التسخين المسبق بحرارة نفايات غاز المداخن؛ يستعيد فرن التسخين المسبق بحرارة نفايات غاز المداخن حرارة غاز المداخن عالي الحرارة لفرن الوقود ويجفف المواد المهملة ويسخنها مسبقًا قبل إدخالها إلى الفرن دون الحاجة إلى استهلاك وقود إضافي، وهو إجراء مهم لتوفير الطاقة. جميع أفران العزل تعمل بالغاز، وتحافظ على درجة حرارة المصهور وتكمل التنقية وإزالة الخبث؛ تتم جميع معالجات الحرارة المتجانسة باستخدام أفران التسخين الكهربائي.
3. طرق المحاسبة البحثية
باتباع القانون الأول للديناميكا الحرارية، فإن إجمالي كتلة المدخلات تساوي إجمالي كتلة المخرجات؛ إجمالي طاقة المدخلات = الحرارة المستخدمة بفعالية + أنواع مختلفة من خسائر الحرارة. [Q {in}=Q {out}=Q {useful}+Q {loss}] يتم تقسيم فقدان الحرارة إلى: فقدان إشعاع جدار الفرن + فقدان تبديد الحرارة بالحمل، وفقدان الحرارة المحسوسة لغاز المداخن، والحرارة التي تحملها المياه المبردة، وفقدان الحرارة الناتج عن انخفاض درجة الحرارة أثناء النقل، والحرارة المحسوسة التي يحملها خبث الألمنيوم ونفايات العمليات. حساب نقل الحرارة الإشعاعي ونقل الحرارة بالحمل لجدار الفرن في وقت واحد؛ يتم حساب فقدان الحرارة لغاز المداخن بناءً على فرق المحتوى الحراري لكل مكون في غاز المداخن؛ يتم حساب قيم المحتوى الحراري للمواد في درجات حرارة مختلفة باستخدام برنامج Thermo Calc الديناميكي الحراري لقاعدة بيانات TCAL1 للحصول على قيم المحتوى الحراري للألمنيوم والسبائك في درجات حرارة مختلفة، والتي تستخدم لحساب الحرارة أثناء عمليات النقل والتسخين والتبريد.
باتباع معايير ISO14040 و ISO14044، واعتماد حدود من المهد إلى البوابة، باستثناء مراحل الاستخدام اللاحقة وإعادة تدوير الخردة للمنتج.
تشمل انبعاثات الكربون الانبعاثات المباشرة وغير المباشرة:
الانبعاثات المباشرة: احتراق البروبان والديزل داخل المصنع ينتج غازات دفيئة؛
الانبعاثات غير المباشرة: الانبعاثات من إنتاج سبائك الألمنيوم الأولية في المراحل المبكرة، والمعالجة المسبقة للنفايات، وإنتاج الطاقة، وإعداد المواد المساعدة.
تأتي الكهرباء التي يستخدمها المصنع من الطاقة النووية لفاتنفال في السويد، مع عامل انبعاث كربون يبلغ 6.5 جرام فقط من ثاني أكسيد الكربون مكافئ/كيلوواط ساعة؛ يتم الحصول على سبائك الألمنيوم الأصلية من قاعدة بيانات EAA لرابطة الألمنيوم الأوروبية؛ يتم حساب عبء المعالجة المسبقة للمواد المهملة العائدة داخل المصنع الداخلي على أنه 0؛ يتم تضمين نفايات إعادة التدوير الخارجية في انبعاثات الكربون لمعالجة التكسير والفرز؛ مساهمة الأكسجين والمياه المبردة والأرجون منخفضة جدًا ويتم تجاهلها في الحساب. البصمة الكربونية تساوي استهلاك المواد المختلفة مضروبًا في عوامل انبعاث الكربون المقابلة، وتتراكم للحصول على مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل طن من المنتج.