CN100457930C - 回收金属包覆废料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种回收金属包覆废料的方法，这些废料中，其包覆层的液相线温度低于其核心层的固相线温度，例如硬钎焊板材的废料或者那些其包覆层的熔融范围的上部与核心层熔融范围的下部重叠的金属包覆废料，该方法通过使用一种耐热的冶金容器至少可以将上述废料的包覆层从核心层上部分移除，这种容器具有一个开口以将废料放入容器中，以及将基本上熔融的金属放出的排出手段，该容器是绕着一个旋转轴旋转的，该方法包括如下依次步骤：-向容器装入废料加载料；-给容器供以一定量的能量，使基本上所有的废料都达到其包覆层固相线温度以上的温度；-在供以一定量的能量以形成基本上熔融的合金的过程中和/或者以后，将容器旋转；-通过容器的排出装置将具有废料包覆层并混有少量核心层的组份的基本上熔融的合金移除；-将加载料的剩余物从容器中移除。

Description

回收金属包覆废料的方法
本发明涉及一种通过将废料的包覆层从核心层上移除来回收金属包覆废料，比如硬钎焊板材废料的方法。本发明也涉及到用于本回收方法的一种冶金容器的使用。
下面，将用硬钎焊板材废料来对本发明进行说明，但该方法同样可以用于其它类型的在金属核心上的金属包覆层。
在制造硬钎焊板的过程中，将一个Si含量相对较低的铝合金板作为该硬钎焊板的核心，在该核心板的一面或者两面通过轧制接合的方法包覆一个高Si含量的铝合金板作为核心板上的包覆层。接下来将这种核心板与包覆板的夹层结构进行轧制以使包覆板接合到核心板上，从而制得应用到例如汽车热交换器的生产中的厚度一般在0.2-3mm之间的硬钎焊板材。
在硬钎焊板的制造过程中，例如在每次热轧或者冷轧操作之后在这种夹层板的始端和末端，会产生大量的废料。由于这些废料中同时含有高Si含量的铝合金和低Si含量的铝合金，简单的将废料熔融将导致所得铝合金与核心相比具有增大了的Si含量，这对于制造相同类型的核心板来讲是太高的，除非用大量的具有非常低的Si含量的合金来进行稀释。
将废料中的包覆合金与核心合金分开，可以利用的方法有很多。在国际申请No.WO 00/67942中描述了这些中的一种方法。依据该方法，将硬钎焊板加热，直到包覆层变成液态或者半液态，但核心仍然保持在固态，从而将包覆层从硬钎焊板的核心上分开，然后通过机械的方式比如手动或者自动控制的刮刀将包覆层移除。然而，这种方法仅仅适用于单件大约50-75mm厚并且单面的表面积要有例如1到5m2的废料，大约3mm厚的板材太薄了。
本发明的一个目的是通过将金属包覆层从废料的核心上移除来提供一种有效的回收金属包覆废料，比如硬钎焊板废料的方法。
本发明的另一个目的是提供一种回收金属包覆废料，比如硬钎焊板废料的方法，用该方法，可以回收大量的废料。
本发明还有另一个目的是提供一种回收这些废料的方法，用该方法，可以回收的板材厚度范围宽。
本发明更有另一个目的是提供一种回收这些废料的方法，该方法用在工业规模上是经济的。
本发明的一个进一步的目的是提供回收的核心和包覆合金，它们可以方便地用于制造新的板材。
依据本发明的第一个方面，通过下面回收金属包覆废料的方法可以实现这些目的中的一个或多个目的。所回收的废料的包覆层的液相线温度低于其核心层的固相线温度，比如硬钎焊板材废料或者那些包覆层的熔融范围的上部与核心层熔融范围的下部重叠的金属包覆废料。该方法使用一种耐热的冶金容器至少将上述废料的包覆层从核心层上部分移除，所述容器具有一个开口以导入废料，以及将基本上熔融的合金放出的排出手段，该容器是绕着一个旋转轴旋转的。该方法包括如下依次步骤：
-向容器装入废料加载料；
-给容器供以一定量的能量，基本上使所有的废料都达到其包覆层固相线温度以上的温度；
-在所述供以一定量的能量以形成基本上熔融的合金的过程中和/或者以后，将容器旋转；
-通过容器的排出装置将具有废料的包覆层并混有少量核心层的成份的基本上熔融的合金移除；
-将加载料的剩余物从容器中移除。
使用该方法，对于定量的废料引入定量的能量，这些能量刚好足够使包覆层完全或者至少部分熔融。这些能量要在特定的有限时间段内引入，以防止氧化并在回收硬钎焊板废料时使Si从包覆层向核心层的扩散最小化。当然，能量的数量必须依赖于废料中的包覆层相对于总装载量的百分比。设想的是由于容器的旋转，废料相互磨擦，这样就能以一种快速而且有效的方式将液态或者半液态的包覆层从核心层上移除。可以认为，包覆层从核心上的非常有效的移除是温度和旋转的综合作用的结果，不需要附加的磨擦方式。不可避免地，少量的核心层也将受到磨擦，所以熔融合金中会包含少部分的核心合金。
优选地，将能量供应到容器中，这样基本上所有的废料都可以达到包覆层的液相线温度以上的温度。通过引入这些能量，基本上整个的包覆层将熔融并从核心上移除。通过更高的温度，可以预期会使熔融合金中包含更高数量的核心合金。如果包覆层的液相线温度落在核心层的熔融范围内，也会得到更高量的核心合金。
依据本方法的一个优选的实施方案，通过向容器中提供第二种数量的能量使加载料的剩余物熔融形成第二种基本上熔融的合金，来将加载料的剩余物从容器中移除，优选地是当容器旋转时，将具有废料的核心层并混有包覆层剩余物的组合物的第二种基本上熔融的合金移除。当用于硬钎焊板废料时，在这种方法中，两种单独的基本上熔融的铝合金流从容器中倒出，第一种高Si含量的主要来源于硬钎焊板废料的包覆层，第二种Si含量相对较低的主要来源于硬钎焊板废料的核心层。将铝合金倒出是将其从容器中移除的一种简单方法，其可以直接铸成锭坯或者预制品。作为必要的修正，对于其它类型的金属包覆废料用法相同。
优选地，在将容器装入金属包覆废料之前，已对容器的内衬进行了预加热，对于回收硬钎焊板废料，优选加热的温度在550℃到650℃之间，更优选的在600℃到630℃之间。这样，容器本身已经有了使包覆层熔融的必要的温度，引入的能量可以用于将废料加热并使包覆层熔融。
依据一个优选的实施方案，该容器是可倾动的，通过将容器倾动，可将基本上熔融的合金从开口中倒出。这样，容器的这一开口也可用作排出手段，在该容器中不必需要另外的排出手段。
优选地，用优选为天然气的燃料与基本上纯的氧气燃烧，来在容器中产生能量。通过用燃料与基本上纯的氧气燃烧可以以一个非常快的方式来供应足够的能量，并且，使用天然气产生非常清洁的燃烧，这样，铝合金就不会被例如液态燃料中硫所污染。
依据本方法的一个优选的实施方案，在供应了一定量的能量之后并在将第一种熔融合金移除之前的这段时间里将容器旋转。通过在供应了定量的能量之后和将第一种熔融合金移除之前所用的这段时间的容器旋转，设想的是在硬钎焊板废料之间达到更好的能量分布，结果可将包覆层从核心层上更好地移除。
优选地，所用容器的可用容积在3-20m3，优选的大约5m3，并在0.2-10rpm的速度下旋转。对于具有这一容积的容器来讲，这种旋转速度可导致好的混合和硬钎焊板废料间的磨擦。
已经发现，依据本发明的方法尤其适用于回收如下的硬钎焊板废料，其具有的核心层为AA 6xxx或者AA 3xxx类型的铝合金，例如AA 6063，AA 6060，AA3003，AA3103或者AA3005，而且其具有的包覆层为AA 4xxx类型的铝合金，例如AA 4343，AA4047，AA4004或者AA 4104。对于这些类型来讲，核心中的Si含量最高达0.6％，包覆层中的Si含量在6.8-13％。
对于上述硬钎焊板类型，依据本发明的方法优选的用于厚度为0.2-100mm的废料，优选的大约为0.5-15mm和/或大约40-70mm。对于较厚的废料，可以得到的最好结果，较厚的废料指厚度大约为5-70mm的废料。
优选地，废料每面的平方表面积最高达0.5m2，优选的在0.01-0.25m2；这样，废料的尺寸大约在10-50cm。这种尺寸的废料在容器中可以很好混合，反之，太大的尺寸在旋转过程中会损坏容器的耐火衬里，太小的废料推测起来会整体熔融并粘在一起而没有磨擦效果。
依据本方法的一个优选的实施方案，将容器预加热到大约620℃的温度，然后装入2到5吨的硬钎焊板废料，在将铝合金从容器中移除之前，对于每吨硬钎焊板废料向容器中供应220-260千瓦时的能量，这取决于包覆层的类型以及相应的厚度。这些数据可以用于上述提及的硬钎焊板类型，结果，在第一种熔融铝合金中具有的Si含量几乎是原始包覆层中的一半；当然，废料的部分核心层，尤其是在废料的边缘，也会熔融。废料剩余物将具有比原始核心层高的Si含量，但远远低于包覆层和核心层的总混合物。这当然是因为通过熔融和旋转完全将包覆层从废料上移除是不可能的。
在上述方法中，优选地，废料加热20-50分钟的一段时间，优选的大约40分钟。已经发现依赖于废料的装载量，对于将废料的包覆层加热和移除来讲，大约40分钟的加热期是最佳的。每分钟引入等量的能量是不必要的。
依据本方法的一个优选的实施方案，将第二种数量的能量按每吨加载料剩余物200-300千瓦时的量供应到容器中，以使加载料的剩余物熔融；当然，该能量必须足够使废料的所有剩余物熔融；优选地，熔融核心可不在先固化，而是过热的以在浇注室中作进一步的处理。
优选地，将加载料剩余物加热20-40分钟的一段时间，优选的大约30分钟，依赖于原始装载量，这对于完全熔融废料的核心是足够的。
可选的，在填装容器时可以在硬钎焊板废料的加载料中加入助熔盐。这些助熔盐以及它们的使用在本技术领域内是熟知的。
依据本发明的第二个方面，为实现上述回收金属包覆层废料的方法，使用了一个耐热容器，这种容器具有一个开口以及将能量引入容器中的装置，并能够绕着一个旋转轴旋转，而且这种容器优选的是可以倾动的，这样就可以通过开口来清空容器。该容器已经用于在大约850℃的温度下处理含铝熔渣。已经发现这种容器用于实现依据本发明的方法是非常好的。在欧洲专利EP 0 627 014或者美国专利No.5527380中给出了一种尤其适用的冶金容器，这里将这些资料引入作为参考。
依据本发明的第三个方面，用上述方法从硬钎焊板废料中回收的核心合金和/或包覆合金提供了一种铝合金，其具有的组成使其特别是核心合金适合用来制造新的硬钎焊板。而且，这些核心合金和包覆合金是以一种廉价快速的方式制造的。
本发明也提供一种由用上述方法回收的核心合金和/或包覆合金制成的产品。
下面，将用非限定的例子对本发明进行说明。
实施例1
在一个工业规模的实验中，采用的是厚度为6.5mm和14.5mm的硬钎焊板废料的混合物，这些废料在两面都有包覆层。废料的长度大约为290mm，宽度在大约40到90mm的范围。厚度为6.5mm的废料的质量与厚度为14.5mm的废料的质量近似相等。核心板由Si含量在0.1-0.19％的铝合金组成，在核心的两面都是Si含量在9.54-9.94％的铝合金包覆层。包覆层的名义百分比大约为总重量的24％，这样在核心层的每面上为12％。
将3295kg的废料加载料装入在欧洲专利0 627 014中描述的工业规模的冶金容器中，该容器已经预加热到了大约620℃的温度。该容器的内部容积大约为5m3。在大约33分钟的时间段内，通过用天然气与基本上纯的氧气以大约50-50的比率燃烧，向容器内供应总量为790千瓦时的能量。在起初的10分钟里，容器转速为2rpm，供入2.2兆瓦；随后的23分钟里，容器转速为0.5rpm，供入1.1兆瓦。
在这一处理之后，倒出了总量为1110kg的Si含量为4％的铝合金。
接下来，将容器中的加载料剩余物在大约25分钟的时间里用总量670千瓦时的能量进行加热。起初的9分钟里，容器以0.5rpm的转速旋转，供入2.2兆瓦；然后的9分钟里，容器转速为5rpm，供入1.43兆瓦；最后的7分钟里，容器转速为0.5rpm，供入1.1兆瓦。
在这一处理之后，倒出了总量为1980kg的Si含量为0.67％的铝合金。
加入了熟知的助熔盐。
实施例2
在一个工业规模的实验中，采用的是厚度为6.5mm和14.5mm的硬钎焊板废料的混合物，这些废料在两面都有包覆层。废料的长度大约为290mm，宽度在大约40到90mm的范围。厚度为6.5mm的废料的质量与厚度为14.5mm的废料的质量近似相等。核心板由Si含量在0.1-0.19％的铝合金组成，在核心的两面都是Si含量在9.54-9.94％的铝合金包覆层。包覆层的名义百分比大约为总重量的24％，这样在核心层的每面上为12％。
将4140kg的废料加载料装入在欧洲专利0 627 014中描述的工业规模的冶金容器中，该容器已经预加热到了大约620℃的温度。该容器的内部容积大约为5m3。在大约43分钟的时间段内，通过用天然气与氧气以大约50-50的比率燃烧向容器内供应总量为970千瓦时的能量。在起初的10分钟里，容器转速为2rpm，供入2.2兆瓦；随后的33分钟里，容器转速为0.5rpm，供入1.1兆瓦。
在这一处理之后，倒出了总量为645kg的Si含量为5.3％的铝合金。
接下来，将容器中的加载料剩余物在大约30分钟的时间里用总量788千瓦时的能量进行加热。起初的10分钟里，容器以0.5rpm的转速旋转，供入2.2兆瓦；然后的10分钟里，容器转速为5rpm，供入1.43兆瓦；最后的10分钟里，容器转速0.5rpm，供入1.1兆瓦。
在这一处理之后，倒出了总量为3205kg的Si含量为1.1％的铝合金。
加入了熟知的助熔盐。
实施例3
在一个工业规模的实验中，将2580kg的尺寸大约为100×300×5mm的硬钎焊板废料加载料与熟知的助熔盐一起装入在欧洲专利0627 014中描述的容器中，该容器已经预加热到了大约620℃的温度。并供应总量为469千瓦时的能量。
在25分钟的时间里，按吨(pro ton)供应208千瓦时，其中容器以0.5rpm的转速旋转10分钟，然后以1.0rpm的转速旋转11分钟，再以3.0rpm的转速旋转4分钟。倒出了660kg的Si含量为4.92％的第一种铝合金。
在这之后，在32分钟的时间里按吨供应240千瓦时，其中容器以0.5rpm的转速旋转10分钟，然后以2.0rpm的转速旋转接下来的10分钟，再以5rpm的转速旋转最后的12分钟。倒出了1860kg的Si含量为0.41％的第二种铝合金。
实施例4
在一个工业规模的实验中，将4430kg的尺寸大约为300×300×50mm的硬钎焊板废料加载料与熟知的助熔盐一起装入在欧洲专利0627 014中描述的容器中，该容器已经预加热到了大约620℃的温度。供应总量为1034千瓦时的能量。
在41分钟的时间里按吨供应245千瓦时，其中容器始终以0.5rpm的转速旋转41分钟。倒出了1500kg的Si含量为4.29％的第一种铝合金。
在这之后，在34分钟的时间里按吨供应240千瓦时，其中容器以0.5rpm的转速旋转10分钟，然后以5rpm的转速旋转接下来的10分钟，再以0.5rpm的转速旋转最后的14分钟。倒出了2850kg的Si含量为0.52％的第二种铝合金。
实施例5
在一个工业规模的实验中，将1465kg的厚度为0.6mm且尺寸在100×300mm数量级变化的硬钎焊板废料的混合物加载料装入在欧洲专利0 627 014中描述的容器中，该容器已经预加热到了大约620℃的温度。所有的废料具有AA 3xxx(Si含量少于0.62％)的核心和AA 4xxx(Si含量在7.2-12.65％)的包覆层。当容器以2rpm的转速旋转时，在36分钟的时间里按吨供入总量273千瓦时的能量。倒出了285kg的Si含量为2.04％的第一种铝合金。在加热之后，倒出了1045kg的Si含量为1.00％的第二种铝合金。
到此，对本发明已进行了详细的描述，显然，对于本领域普通技术人员来讲，在不脱离这里所述的本发明的主旨和范围的情况下，可以进行许多的改变和完善。

Claims (22)

1.回收金属包覆废料的方法，这些废料的包覆层的液相线温度低于其核心层的固相线温度，或者其包覆层的熔融范围的上部与核心层熔融范围的下部重叠，该方法通过使用一种耐热的冶金容器将上述废料的包覆层从核心层上至少部分去除，这种容器具有一个将废料引入容器中的开口，以及将熔融的合金排出的排出装置，该容器可绕着一个旋转轴旋转的，该方法包括如下的依次步骤：
-向容器装入废料加载料；
-给容器供以一定量的能量使废料达到其包覆层液相线温度以上的温度；
-在所述供以一定量的能量以形成熔融的合金的过程中和/或者以后，将容器旋转；
-通过容器的排出装置，将具有废料的包覆层并混有少量核心层的成份的熔融的合金移除；
-将加载料剩余物从容器中移除。
2.权利要求1中的方法，其中所述金属包覆废料是硬钎焊板材的废料。
3.权利要求1中的方法，其中通过在容器旋转时向容器里供应第二种数量的能量，使加载料剩余物熔融以形成第二种熔融的合金，并且移除具有废料的核心层与包覆层的剩余物相混合的成份的第二种熔融的合金，从而将加载料的剩余物从容器中移除。
4.权利要求1中的方法，其中在向容器装入金属包覆废料之前，对容器的内衬进行预加热，对于回收硬钎焊板废料，加热的温度在550℃到650℃之间。
5.权利要求4中的方法，其中所述加热温度在600℃到630℃之间。
6.权利要求1中的方法，其中容器是可倾动的，并且将容器倾动，从而将熔融的合金从开口中倒出。
7.权利要求1中的方法，其中容器中的能量通过使天然气与氧气燃烧来产生。
8.权利要求1中的方法，其中在供应了一定量能量之后和将熔融的合金移除之前的这段时间里，容器是旋转的。
9.权利要求1中的方法，其中所用容器的可用容积在3-20m3，并在0.2-10rpm的速度下旋转。
10.权利要求2中的方法，其中要回收的硬钎焊板材的废料具有的核心层为AA 6xxx或者AA 3xxx类型的铝合金，其具有的包覆层为AA 4xxx类型的铝合金。
11.权利要求10中的方法，其中废料的厚度在0.2-100mm的范围。
12.权利要求11中的方法，其中废料的厚度在0.5-15mm的范围。
13.权利要求11中的方法，其中废料的厚度在40-70mm的范围。
14.权利要求10中的方法，其中废料每面的正方形表面积最高达0.5m2。
15.权利要求14中的方法，其中废料每面的正方形表面积为0.01-0.25m2。
16.权利要求10中的方法，其中将容器预加热到620℃的温度，然后装入2-5吨的硬钎焊板材的废料的加载料，在将铝合金从容器中移除之前，对于每吨硬钎焊板废料，将220-260千瓦时的能量供入容器中，这依赖于包覆层的类型以及相对厚度。
17.权利要求16中的方法，其中将废料加热20-50分钟的时间。
18.权利要求10中的方法，其中将第二种数量的能量按每吨加载料剩余物200-300千瓦时的量供应到容器中，以使加载料剩余物熔融。
19.权利要求18中的方法，其中将加载料剩余物加热20-40分钟的时间。
20.权利要求10中的方法，其中在装填容器时在硬钎焊板材的废料的加载料中加入助熔盐。
21.耐热冶金容器的用途，其用于执行依据前述任一权利要求中的回收金属包覆废料的方法，这种容器有一个开口和装置以将能量引入容器中，该容器可绕着一个旋转轴旋转，而且这种容器是可以倾动的，这样就可以通过开口来清空容器。
22.权利要求21中的耐热冶金容器的用途，其中该冶金容器是一种熔渣回收转换器。
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