NextBillet - Next generation billets for structural aluminium extrusions

I en verden som jobber for å bli karbonnøytral, blir resirkulering av aluminium stadig viktigere. Dette fordi det kreves 5 % så mye energi å resirkulere aluminium som å lage det fra bunnen av. Støping av feilfrie ekstruderingsbolt av resirkulert aluminium kan derimot by på utfordringer. NextBillet-prosjektet tar tak i dette ved å forbedre lav-trykks teknologien LPC med bruk av avanserte fysiske modeller, sanntidsdata og kunstig intelligens for å få bedre kontroll over prosessen. Resirkulert aluminium inneholder fremmedstoffer som jern, sink og zirkonium som påvirker kornstruktur og kan føre til sprekkdannelse og dårlig overflatekvalitet. I prosjektet skal det undersøkes hvordan ulike mengder av disse stoffene påvirker kvaliteten på det støpte metallet. Samtidig installeres avanserte sensorer i industriformene som måler temperatur, trykk og avkjølingsforhold. Dataene skal brukes av maskinlæringsalgoritmer som kan oppdage tidlige tegn på feil, noe som gir mulighet for å justere prosessen dynamisk. Dette gjør det mulig å bedre håndtere resirkulert aluminium med varierende sammensetning uten å gå på kompromiss med kvaliteten. Målet er å lage ekstruderingsbolter av resirkulert materiale med så høy kvalitet at de kan brukes til å ekstrudere store komponenter som brede bjelker, vindturbin-tårn og bro-komponenter ved bruk av med mindre bruk av primært metall og uten å måtte investere i større ekstruderingspresser. NextBillet viser hvordan vi kan kombinere materialvitenskap og smart teknologi for å gjøre aluminiumindustrien mer sirkulær – og bygge en mer bærekraftig fremtid.

Aluminium as a future material will play an important role in accelerating the green transition. Aluminium is highly recyclable, and recycling consumes only 5% of the energy required to produce the same amount of primary aluminium. This makes recycled aluminium attractive for various applications, and there are increasingly demands for including recycled aluminium in products especially large extrusions to be used in automotive, renewable energy and bridges. However, there is a strict requirement of billet quality in terms of homogeneous microstructure and surface quality to fabricate those large extruded profiles. This becomes more critical when increasing amount of recycled aluminium are used. NextBillet project aims to develop next generation LPC technology combined with physic-based models and data-driven methods to produce superior billets with recycled aluminium, enabling resource-efficient extrusions. The R&D challenges include: 1) understanding the effects of accumulating impurity elements from recycling on grain inoculation and solute poisoning 2) increased knowledge on the relation between composition, castability and process parameters and developing physics-based models and 3) developing data-driven casting process optimization for minimal cast defects. In reference to the current LPC system, the new system will have a considerably wider operational window that can handle the variations of chemical composition inherent with using recycled aluminium while maintaining higher billet quality. The current system will be improved by implementing physics-based data-driven control strategies to increase its adaptivity and flexibility. It will also be demonstrated the high quality billets enable the resource-efficient extrusions of large, wide extrusion profiles with the existing extrusion equipments available in Norway. NextBillet project will be a collaboration between Hydro Aluminium AS, Hycast AS, Sintef AS and Brunel University.