再生铝板在汽车制造中的运用Recycled A lum inum Use in Automotive Industry

□编译/苏鸿英/

再生铝板在汽车制造中的运用Recycled A lum inum Use in Automotive Industry

□编译/苏鸿英/

应该说，现在是铝强化低碳汽车的时代，而可以成批量生产的、又买得起的铝强化低碳汽车，都是传统型汽车。它们的冲压板部件都是由特钢制成。由于各种优良的特性，铝合金板被理所当然地认为是替代优质钢板的材料，应用于汽车的制造。

为了保持与特钢在成本和能源方面的竞争优势，铝合金板必须通过闭环回收或者通过消费废料加工等方式。主要的问题在于：通过回收废料来加工铝板，由于其性能匹配原来的金属制品的性能，是否能达到汽车用铝合金板的性能要求是一个重要的挑战。可最大限度的采用回收加工废料也是很重要的，因为可以最大限度的节约成本，以及简化后续的能源、环保等方面的支出问题。

英国的汽车工业

英国汽车工业是英国国民经济中占有重要地位，产值为520亿英镑。汽车工业员工人数达82万人，出口终端商品价值为89亿英镑/年，为英国经济价值增长贡献达到100亿英镑/年。然而，英国汽车工业也面临着极大的挑战，因为2008年英国公路运输释放二氧化碳1.32亿吨，占英国二氧化碳年排放量的19%，环境问题不容忽视。另外，英国汽车制造业在参与国际竞争中，也面临来自新兴国家（如印度、俄罗斯、巴西）的重要威胁。

在过去10年中，英国汽车工业就业人数的下降与国内供应链短缺也非常明显。英国政府曾承诺：到2030年，从公路运输方面减少二氧化碳排放的60%，欧盟也要求：到2015年，使用寿命到期的汽车回收和在次利用数量达到95%。解决目前所面临的挑战，一个重要途径就是低碳汽车的开发和制造。这在新成立的汽车创新和开发小组（NAITG）所提交的“英国汽车前景和规划报告”中已经明确加以说明。在英国汽车动力工业是非常活跃的，对于提高就业，繁荣经济有着持续的影响力。开发和制造广受欢迎的低碳汽车的方案是符合全球趋势的，更重要的是这一方案制造的低碳汽车价格低廉，并且能大批量生产。

汽车轻量化

汽车轻量化是改善燃料经济性和减少二氧化碳排放的最有效途径。汽车每行驶1千米的二氧化碳排放量和汽车控制重量呈线性关系，研究表明，汽车重量每减轻10%，可以提高燃料利用率的6%~8%。

在温室效应方面，每减轻汽车重量的100KG，可以在整个汽车使用寿命里的行驶期间减少二氧化碳排放的12.5g/Km。除了原来的这些优势外，汽车轻量化降低了制动系统的动力需求，这为采用较小的发动机和较小的变速器和制动系统的二次重量的减轻提供了机会。进而言之，如果采用合适的技术，不受规格、功能和汽车级别的影响，可以实现汽车减重。相似的重量减轻优势还在动力复合型（HVS）汽车上展示出来。对于电动车重量减轻和原来比较优势是较低的，重量指标需符合汽车动力系统成本的综合要求。

汽车减重

汽车减重的途径包括采用先进的材料和重量最佳化的汽车设计，汽车的主要系统之一是车体（或白车体），其占到汽车总重量的约四分之一，是汽车的核心结构和框架。

车体对于汽车是如此重要，它是汽车重量可减轻的唯一部分。

许多年来，汽车车体用材已从木材，铸铁和钢向高强度钢（HSS）先进的高强度钢（AHSS），向铝、镁和聚合物基材的复合材料（PMNS）的方向转移。

在2000年至2005年之间，汽车用铝增长37%，聚合物基复合材料增长38%，汽车用镁增长150%，在汽车减重方面全球已经有接近30个主要研究开发计划。和钢结构相比，由汽车钢合作伙伴关系组织提供的高强度钢强化车体结构实现重量减轻20%~30%。在JAQUAR XJ车型，奥迪A8和A2车型上采用铝强化车体结构实现汽车重量减轻30%~40%，采用多种材料车体结构汽车减轻重量为42%，超过铝37%，镁30%和聚合物基材复合材料车体结构21%。

然而与钢铁相比，采用先进轻质结构材料使汽车制造成本不断增加，这就使汽车制造商对新材料望而却步。这类材料局限用于高性能和高价汽车使用，而投入较少，进入到大批量生产的汽车却很难普及。几乎全球所有低碳汽车（LCV）计划中都没有考虑到材料的回收，没有在从原材料制造的汽车使用阶段集中关注二氧化碳排放。

原始结构材料的生产所需能源总要比二次再加工（回收）材料生产所需的能源多得多。例如，采用原铝加工路线的每千克铝平均释放9.7Kg二氧化碳，而1Kg再生铝仅排放0.6Kg二氧化碳，详细的生命周期分析已表明：原铝强化汽车和钢结构汽车相比仅仅能超过2万千米之后才能节省能源，而再生铝强化汽车从汽车投入使用时就能节省能源。还有非常重要的是原铝的碳排放负担取决于冶炼所用的电力资源，可以通过水电或者核电作为电力资源。

海德鲁铝业集团最近声称：挪威原铝产量（74万吨/年）低于2Kg二氧化碳/Kg铝，碳的进一步下降需要采用或者非消耗阳极(不是碳制成）和或者在电解铝厂捕捉碳。

开环或闭环

废铝回收可以是开环（O p e n Loop）也可以是闭环（Closed Loop）。开环是指一个废料回收进入一个新产品或材料内在性能发生改变的系统，闭环回收适合于回收的产品用来生产一样的产品或者材料性能没有发生改变。

目前，报废车辆的回收是开环，因为报废车辆包括一些有限的拆卸，危险材料的去除，通过机械破碎来生产混合废料，然后采用空气分级来去除汽车破碎残渣，磁法分离钢，涡流分离去除有色金属，也可采用浮选法分离有色金属。

汽车的机械破除仅仅用时15秒，但是材料损耗高，通常降低了回收材料的质量。破碎从本质上限制了报废车辆材料的闭环回收，对于铝主要问题是最终回收废料是同时混杂有可锻铝合金和铸造铝合金的混合物，这只适合加工二次铸造铝合金，而不适合用来加工汽车结构件。

目前，汽车所用全部铸造结构件都采用原铝为材料，是汽车铝结构件中价格最贵的部件。

尽管对于材料回收的社会态度正在发生改变，从一个国家和全球来看，报废车辆的潜在积聚正在持续增大，已有预测，到2030年全球汽车数量将达到150亿辆，在2007年到2030年之间汽车报废产生的废料将达36.5亿吨。

重要的是采用了控制拆卸而不是破碎从报废车辆来回收材料。尽量要求为便于拆卸来设计汽车，要求按公共政策来做出重大改变，如何用符合法规的方法来处置报废汽车。简单的说，汽车制造商或者汽车破碎厂应当逐步进入拆解厂行列，以此来解决这一重要的低碳材料在将来汽车制造中的使用问题。

饮料罐

英国拥有由诺威利斯集团在莱次福德（Latchtord)运行的欧盟居领先地位的废铝饮料罐回收厂，英国每年消费约67亿个铝饮料罐，目前英国废铝罐回收率为52%，而欧盟废铝回收率平均为70%，这表明可供回收的废铝罐最多为4.5万吨/年，其中有3万吨进入诺威利斯集团的废铝罐回收厂，剩余的进入其它二次冶炼厂或最终出口到欧盟以外的地方来回收再生。

诺威利斯集团在莱次福德的工厂加工约14万吨/年废铝罐，剩余的废料从欧盟国家进口，废铝罐回收率通常由工厂可以去涂层能力和铸造能力所决定的，例如莱次福德的工厂和全球相类似的工厂，从全球讲，仍然有相当比例的废铝罐回填土地，有超过一万亿个铝罐在美国被回填土地，在英国估计每年有30亿个罐没有回收来制罐，这是可回收铝的一个重大损失。

Jaguar land Rover (JLR)车型是英国一家铝强化汽车制造商生产的车型，汽车结构件有60%采用AA5754铝合金板，这一合金可以采用回收废料生产。

Jaguar land Rover (JLR)车型是引领一个TSB支持项目， Realcar (再生铝汽车）目标是采用75%的再生铝来生产AA5754铝合金板（再生铝的构成是50%的工艺废料和25%后消费废料）。

Jaguar land Rover 车型正考虑用以合金制造商的铝废料用以制造汽车的可能性，采用连续铸造来提高杂质公差。目前损失在回填土地的废铝罐4.5万吨，用于二次铸造合金所用或成为混合废料1.5万吨。出口的废铝罐则是AA5754铝合金板材生产的高质量合金化废料的重要原料。从较长的时期来看，汽车制造的铝板采用拆卸的汽车或可能采用破碎分解汽车的铝废料，如果可提供低成本的分离技术的话，这对于买得起批量生产低碳汽车制造商来讲使铝板成本比钢板成本更具有竞争力。