CN101473053A - 来自航空工业的铝合金废料的回收方法 - Google Patents

来自航空工业的铝合金废料的回收方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101473053A
CN101473053A CNA2007800234356A CN200780023435A CN101473053A CN 101473053 A CN101473053 A CN 101473053A CN A2007800234356 A CNA2007800234356 A CN A2007800234356A CN 200780023435 A CN200780023435 A CN 200780023435A CN 101473053 A CN101473053 A CN 101473053A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
liquid metal
waste material
weight
frit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007800234356A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101473053B (zh
Inventor
J-F·维迪尔
J-R·巴特瑞利
M·莱里
D·瓦兰科斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Constellium Issoire SAS
Original Assignee
Pechiney Rhenalu SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pechiney Rhenalu SAS filed Critical Pechiney Rhenalu SAS
Publication of CN101473053A publication Critical patent/CN101473053A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101473053B publication Critical patent/CN101473053B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/02—Refining by liquating, filtering, centrifuging, distilling, or supersonic wave action including acoustic waves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/005—Preliminary treatment of scrap
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Abstract

用于制造航空工业用铝合金的含铝再熔块的生产方法，其中：(i)在供应步骤中供应主要含航空工业用铝合金的废料；(ii)在熔化步骤中将所述废料在熔炉中熔化从而得到一种初始液态金属液；(iii)在分离步骤中将所述初始液态金属液通过分步结晶进行纯化从而得到一种固化块和剩余液体；和(iv)在回收步骤中回收该固化块从而得到一种再熔块。本发明特别有利于回收航空工业中使用的铝合金，因为其特别是可以纯化2XXX系或7XXX系合金废料中的铁和硅，但是不会除去其他元素例如锌、铜和镁。

Description

来自航空工业的铝合金废料的回收方法
技术领域
本发明涉及由废料(回收用的原料，例如机械加工碎屑或切余)生产铝合金再熔块(lingots de refusion)的方法。本发明特别涉及航空工业和航天工业生产过程中所产生的废料的回收。
背景技术
在许多工业中，由例如对中间产品进行机械加工、转化和切割等方法制造金属产品的生产过程产生大量的机械加工碎屑和切余。在本文中，该碎料用术语“废料”表示，该术语在标准EN 12258-3中用来表示用于铝回收的产品。特别是航空和航天工业会产生大量废料，因为航空器的许多结构部件和组件是通过对大部件进行整体机械加工而获得的。但是，废料通常难于直接回收，因为它与航空中所用的其他铝合金或其他材料例如不锈钢和钛混合在一起(Wilson et al.Journal de Physique C-75 1987)。因此，例如，由机械加工航空用合金得到的废料，被回收为模制产品、特别是汽车工业用的铝-硅合金。该回收方法为废料回收的常用方法，但这种方法会导致金属价值的部分损失。
也可由航空工业的废料通过整合回收方法来生产航空和航天用途的铝合金产品。但是，在该整合回收方法中2XXX系或7XXX系合金的连续回收通常导致某些杂质例如铁和硅的含量的增加。实际上，在机械加工、搬运和贮存阶段，经常会发生的是，粉尘混入废料中，并且该粉尘通常富含铁和硅，铁和硅为任何工业环境中两种非常常见的元素。同样地，在废料熔化过程中，与工具和熔炉壁的接触经常会导致铁和硅含量的增加。
此外，证明对于铁和硅含量可保持在0.07重量％以下、甚至在某些情况下在0.05重量％以下的新的2XXX系或7XXX系合金牌号难于甚至不可能使用当前回收方法由废料来制备。
已考虑在由废料熔化得到的熔融金属池中实施纯化操作。
专利申请JP07166259、JP07207378、JP09178149和JP09263853(Furukawa Electric)旨在解决回收电镀板的问题，所述电镀板被设计为用于通过焊接生产热交换器。来自这些产品的废料含有按重量计的百分之几的硅，这使得回收困难。所述专利申请中对包括一个分步结晶步骤和一个最终步骤的过程进行了描述，该最终步骤包括将形成的晶体压缩从而排出残余液体。这些过程的目的是除去硅。在这些申请中没有解决由铁的纯化造成的具体问题。还考虑了其他分离方法，包括使用熔融盐的冷却步骤，特别是对于生产P0101型的纯金属来说，其中的唯一杂质为含量低于0.1重量％的铁和硅(参见EP 1 520052、EP 1 520 053和WO 2005/049875，Corus Technology)。使用熔融盐明显使该类型的回收操作复杂化。
PCT申请WO 2005/095658(Corus Technology)描述了将待纯化的液态金属冷却以便同时形成纯化的晶体和含有外来元素(例如形成金属间化合物的元素)的晶体并将所述两种类型的晶体通过固-固分离技术进行分离这样一种方法的原理。所述固-固分离技术在该专利申请中未进行描述。
还考虑了使用添加剂来促使沉淀物形成并由此促进它们的分离。在美国专利5,741,348(Hoogovens)和EP 1 288 319(CorusTechnology)以及专利申请JP0835021(Agency of Indscience&technol)鼓励添加Mn以形成含铁的金属间沉淀物从而除去铁。由于考虑到金属间化合物的数目，所述方法不能应用于复杂体系例如航空用合金中。
此外，对添加硼以除去特定元素例如包晶元素进行了考虑。专利EP 1 101 830(Pechiney Rhenalu)描述了由回收产品来生产具有给定的7XXX系合金组成的中间产品的方法。为了能够回收来自7XXX系的不同合金的切余而不必进行分类，该专利描述了一种方法，该方法包括至少一个所述回收产品的精制步骤，使得可以在例如一种含硼选择性沉淀剂的帮助下降低包晶元素例如Cr或Zr的含量。
来自航空工业的废料的回收带来一些现有技术尚未解决的具体问题，特别是：
-工业上降低相应牌号中那些不能回收的元素的含量，例如Fe和Si，特别是获得含量低于0.1重量％、优选低于0.05重量％的Fe和Si，
-不降低大多数这类合金共有的元素的含量(7XXX系中的Zn、Mg、Cu；2XXX系中的Cu和Mg)，
-在某些情况下，不降低可在某些合金中使用的某些昂贵元素(Li、Ag、Sc)的含量。
因此，发明一种包括对2XXX系或7XXX系铝合金废料中的铁和硅纯化的步骤而不除去所添加的元素例如锌、铜和镁的回收方法是有用的。
为此，本申请人已经发现一种使用来自航空工业的废料来生产中间产品的方法，该方法有利于回收7XXX系和2XXX系合金。
发明内容
本发明的第一个主题为一种生产用于制造航空工业用铝合金的含铝再熔块的方法，其中
(i)在供给步骤，供应主要含航空工业中使用的铝合金的废料；
(ii)在熔化步骤，将所述废料在熔炉中熔化从而得到一种初始液态金属液；
(iii)在分离步骤，将所述初始液态金属液通过分步结晶进行纯化从而得到一种固化块和剩余液体；
(iv)在回收步骤，回收所述固化块从而得到一种再熔块。
本发明的第二个主题为通过本发明方法获得的再熔块，所述再熔块的特征在于其平均铁含量比在熔化步骤完结时得到的初始液态金属液的平均铁含量低5倍。
本发明的另一个主题为一种生产半成品的方法，其中将至少一个通过本发明方法获得的再熔块进行熔化。
本发明的再一个主题为将通过本发明方法获得的半成品用于生产航空器结构元件的用途。
附图说明
图1示出一种可在本发明中使用的分离装置。
图2示出所进行的多个测试中液态金属的温度随结晶时间的变化。
图3示出纯化率随调控的结晶速率的变化。
具体实施方式
除非另有指明，所有指出的关于合金的化学组成均以质量百分比表示。合金的命名遵循铝业协会(The Aluminum Association)的规则，该规则是本领域技术人员公知的。标准铝合金的化学组成在例如标题为“Aluminium and aluminium alloys.Chemical compositionand form of wrought products.Part 3：Chemical composition”的标准EN 573-3中有限定。
除非另有指明，使用标题为“Aluminum and aluminum alloys-Terms and definitions-Part 1：General terms”的欧洲标准EN12258-1中的定义。关于废料及其回收的术语在标题为“Aluminum andAluminum alloys-Terms and definitions-Part 3：Scrap(rawmaterial for recycling)”的标准EN12258-3中有描述。
术语“机械加工”包括除去物质的任何方法，例如车削、铣削、钻孔、镗孔、攻丝、电腐蚀、磨削和抛光。
在本发明中，术语“半成品”用于指将要进行加工操作的中间产品，例如特别是轧制用板材、挤压用铸块、锻造用块体。在本发明中，术语“再熔块”指意欲进行再熔的含有铝并且其中Zn、Cu、Mg和Li含量的总和为至少3重量％的半成品。有利地在本发明的再熔块中Zn、Cu、Mg和Li含量的总和为至少4重量％，优选为至少5重量％。
术语“结构元件”指在机械工程中使用的元件，该元件的静态和/或动态力学特性对该结构的性能和整体性特别重要，并且通常要求结构计算或者进行结构计算。对于航空器，所述结构元件主要包括构成机身(例如机身外壳、机桁(stringer)、舱壁(bulkhead)、周缘机架(circumferential frame))、机翼(例如机翼外壳、机桁或加强件(stiffener)、机肋(rib)和翼梁(spar))和尾部单元(主要由水平和垂直稳定器构成)的元件，以及地板梁(floor beam)、座椅滑轨(seat track)和门。
本发明方法包括以下步骤：供应废料，熔化废料，通过分离进行纯化，回收固化块，任选纯化包晶元素和制备半成品。
本发明方法的各步骤可连续地、半连续地或不连续地(分批)实施。在某些实施方案中，可以连续实施某些步骤，例如熔化步骤，而不连续地实施其他步骤，例如分离步骤。有利地，在半连续或不连续的实施方案中，上段中所述的各个步骤相继进行。
1/供应废料
能够通过本发明方法回收的废料可为各种形式。
如果废料为大块的形式，其通常用于直接熔化。
通常，废料为分割的形式，例如碎屑、镟屑(turnings)、切余或裁料(clippings)，并覆以润滑剂，所述润滑剂可为全乳液或油，本文中用术语“油”概括地表示。存在于废料上的油的量依据产生油的生产步骤及用于移除金属的技术而变化。在轧制板材的去皮操作过程中获得的废料上存在的油的量通常较少。但是在机械加工操作得到的废料上存在的油的量则多得多。不论废料上的油为多少，均可使用本发明。可以证明初步的脱油步骤是必要的或至少是有益的。其可以使用任意常规的化学和/或热清洁方法进行。对于使用水性产品进行的化学脱脂，需要一个干燥步骤。一种有利的脱脂方法包括使用一个圆柱状、带有燃烧器的旋转熔炉(
Figure A200780023435D0009131711QIETU
型)；该类型熔炉的气氛中基本不含氧，通常少于5％甚至1％，以防止油起火。该类型熔炉中的氧含量使用测量探针和控制回路进行控制。
压实的废料可能需要一个粉碎步骤。
本发明中使用的废料主要含有航空工业中使用的铝合金，即其含有至少50％、优选至少70％、甚至更优选至少90％的航空工业中所用铝合金。在本发明中，“航空工业中所用铝合金”意指属于2XXX、6XXX和7XXX系的合金。优选对本发明中使用的废料进行分类，使其主要含有7XXX系合金或2XXX系合金，即，使该废料含有至少50％、优选至少70％、甚至更优选至少90％的所选系的合金。有利地将这些合金适宜地进行分类，即，优选将与待回收的废料系列不同的系列的废料限制至5％，甚至更有利地限制至1％。适宜的7XXX系合金特别是指合金7010、7040、7050、7150、7250、7055、7056、7068、7049、7140、7149、7249、7349、7449、7075、7175和7475。对于2XXX系合金，将含锂和/或银的合金同不含任何杂质水平(通常为0。05重量％)以上的量的合金分离开是有利的。不含锂和/或银的适宜的2XXX系合金特别是指合金2014、2022、2023、2024、2026、2027、2056、2224、2324和2524。含锂和/或银的适宜的2XXX系合金特别是指合金2050、2090、2091、2094、2095、2097、2098、2099、2039、2139、2195、2196、2197、2199、2297和2397，如铝业协会所限定的。使用经分类的废物的优点为有助于将通过本发明方法获得的再熔块用于相同系列的合金中。本发明方法也有利于回收含钪的废料。
优选在本发明中使用的废料不应被不为铝合金的废物而导致Fe和Si污染。本发明方法可包括一个减少含铁废物的量的步骤。可将铁金属通过磁性分类和/或涡流分类分离出；所述后种方法特别适于分离磁性废物(白合金、不锈钢等)和非磁性废物(红色黄铜、紫铜、黄铜等)。含铁合金部件的废料中的Fe含量可以该种方法进行限制。可通过使用基于不同粒子尺寸、密度和/或导电性的装置进一步改进废料分类，如US 5，060,871中所述。
简言之，根据开篇对废料的定义，供应步骤可包括以下操作：
-选择构成废料的合金系列(通常为2XXX或7XXX)和合适的分类技术，
-分离可能的金属杂质或非金属杂质，
-任选进行脱油。
必要时可通过供应具有明确定义的特征的废料替代这些操作。
2/熔化废料
将废料在熔炉中进行熔化从而得到一种初始液态金属液。由于所用废料主要含有航空工业中所用的铝合金，因此初始液态金属液中Zn、Cu、Mg和Li含量的总和总是大于4重量％。有利地在初始液态金属液中Zn、Cu、Mg和Li含量的总和大于6重量％，并且在一个优选方法中大于8重量％。
在本发明的一个优选实施方案中，所用熔炉为带有电磁搅拌的熔炉(一种感应熔炉)，因为该类型的熔炉可限制废料的燃烧。在熔化含有锂和/或银的2XXX系合金时，有利地在熔化步骤的全部或部分期间，在液态金属液上形成一个废料的漂浮层，以保护液态金属液不被氧化。
3 通过分离进行纯化
已知的主要的铝纯化方法为电解纯化方法(称为“三层方法”或“Gadeau方法”)和通过分步结晶的纯化方法(称为“分离”方法)。这些方法只在铝工业中用于从已经相对较纯的金属(通常为铝含量大于99.5重量％，甚至大于99重量％)获得极高纯度的金属(通常为铝含量大于99.9重量％乃至99.999％)。所以专利EP 0 091 386和US6,406，515(Aluminum Pechiney)或美国专利4,734,127(NipponLight Metal)描述了分离杂质总含量约500-1500ppm(或者铝含量高于99.85重量％)的液态铝的方法，而并未考虑将这些方法应用于铝含量小于99重量％的起始金属中。该分离方法使得可以纯化特别是具有低分配系数的元素。分配系数为元素在固相中浓度与其在液相中浓度平衡时的比例。
使用该类型方法回收含杂质的废料需要解决许多技术问题和经济问题，因为这些方法是被优化用来生产电子工业产品的，其要求与废料回收的要求毫不相关。因此生产高纯度金属的运作成本和产品价值之间的比例比废料回收低得多。
此外，纯的或相对较纯的液态铝之间存在一些物理化学上的不同，即1XXX系合金除铝之外的元素的总含量为最多1％，而装料的(charged)铝合金其元素Cu、Zn、Mg和Li的总含量大于4重量％；当使用分离方法时，这些不同具有重要影响。
首先，凝固范围，即装料的合金的液相线和固相线之间的温度变化比纯金属的温度变化大得多。其次，对于装料的合金，其液态金属的温度随纯化程度的变化比纯金属的大得多。此外，对于装料的合金，在纯化过程中承载杂质的剩余液体可能会达到使金属间粒子发生沉淀的共晶点。这些金属间粒子可能会与纯化的晶体混合，从而极大地降低了纯化程度。最后，在装料的合金中相互作用的元素数目使得难于甚至不可能对纯化结果进行理论预测。因此分配系数——已知其对于二元混合物来说相当精确——在装料的合金例如2XXX或7XXX合金的情况下是未知的。
因此，将针对纯金属所开发的方法转用到Cu、Zn、Mg和Li的总含量大于4重量％的合金废料的纯化结果很难预料，因为许多物理参数极其不同，并且例如对该方法的热量控制的影响极大，使得不可能进行理论预测。
在本发明中，在所述的分离步骤中通过分步结晶进行纯化，从而得到一种纯化的固化块和一种富含杂质的剩余液体。可以使用金属在冷却的旋转器上固化的分步结晶方法。专利申请例如JP 11-100620和美国专利6,398,845描述了该类型的方法。分步结晶方法也可以在使用带冷却底部的熔炉中进行，例如专利申请JP 58-104132中所描述的。有利地，优选使用其中形成的晶体部分地再熔的分步结晶法，这有利于改进纯化作用。例如在专利US 4,221,590和US 4,294,612中描述了这样一种方法，在该方法中，所形成晶体的部分再熔通过加热熔炉底部而实现。专利FR 2 788 283(Aluminium Pechiney)也描述了一种方法，包括在周期性地、并且以一种可控方式向下压实分步结晶所形成的晶体的同时，部分地再熔从而得到精制的和超精制的金属。该专利还描述了一种可以使用所述方法的装置。在本发明的一个优选的实施方案中，将固化块在分离过程中进行至少部分地再熔以增加纯化系数。
有利地，可使用可以预定速率进行结晶的装置进行分步结晶，结晶速率为每单位时间形成的晶体的数量。图1示例说明一种可在本发明中有利地用于分离步骤的装置。该装置包括一个耐热坩埚(4)、配有至少一个加热部件(5)的熔炉(6)、至少一个压实部件(1)，所述压实部件包括一个压实端件(12)、该端件的连柄(11)和一个用于使该柄-端件单元竖直移动的部件(13)。熔融的废料(2)包含在耐热坩埚(4)中并且结晶形成固化块(3)是通过降低液态金属的温度而获得的。该装置包括一个测量固体块的高度H的部件和诸如控制单元(21)和动力单元(22)的部件，从而根据测得的固体块的高度H和目标值H’来控制加热部件，以获得预定的结晶速率。有利地，压实部件(1)既可以压实所形成的晶体也可以测量固体块的高度H。有利地，使压实部件交替进行浸没和浮出，两次相继浮出之间的时间介于20秒和10分钟之间。
有利地，在不连续的实施方案中，首先将所有金属装料，然后进行分步结晶，结晶速率——以每小时结晶过程所形成的晶体的质量占初始装料量的百分比表示，介于约3.8％/h和约6.2％/h之间，并且优选在4％/h和6％/h范围内。在一个优选的实施方案中，初始装料的重量通常为约2300kg，结晶速率优选在约90kg/h(千克每小时)和约140kg/h之间，并且在一个优选的方法中在约100kg/h和约130kg/h之间。
如果结晶速率太高，则纯化较差，并且获得的固体块组成接近于熔融废料的组成。在此情况下，操作过程中所形成的晶体的部分再熔——这是一个对纯化非常有利的因素——非常有限。如果结晶速率太低，则金属间粒子可能会参入固化块而降低其纯度。此外，如果结晶速率太低，则该操作很可能失去其经济价值。
分离步骤的“产率”为所获得再熔块的质量和熔融废料的初始质量之间的比例。该产率可以百分比表示。如果产率太低，则分离步骤不具有经济价值。如果产率太高，则在该步骤最后的剩余液体含有大量的可导致有害于固化块纯度的金属间粒子形成的合金元素，并且还使得该不纯的剩余液体难于经济地利用。有利地，分离步骤的产率在约50％和约90％之间并且优选在约60％和约80％之间。
在本发明的另一个实施方案中，使用包括以下部件的装置进行分步结晶：一个耐热坩埚(4)、配有至少一个加热部件(5)的熔炉(6)、至少一个压实部件(1)，所述压实部件包括一个压实端件(12)、该端件的连柄(11)和一个用于使该柄/端件单元竖直移动的部件(13)，一个连续测量液态金属温度的测量部件，和一个根据液态金属的温度来控制加热部件的控制回路。在此实施方案中，液态金属的温度按预定的曲线下降。有利地，液态金属温度的降低在1和5℃/h之间并且优选在2和4℃/h之间。
在本发明的一个优选的实施方案中，依据液态金属的温度终止分离步骤。有利地，当液态金属的温度达到570℃并且优选在其达到580℃时终止分离步骤。
4 固化块的回收
分离步骤之后，将剩余液体与固化块分离。有利地，该分离通过使实施该分离步骤的耐热坩埚倾斜而沥干来进行。选择倾斜角度以便将液体快速沥干且不会使固化块掉落。在本发明的另一实施方案中，使用合适的装置吸出剩余液体。
使用合适的装置回收固化块。如果固化块在耐热坩埚中，可有利地破坏该固化块的表面从而引入一种提取(lifting)装置使得可以将该固化块从该耐热坩埚中取出。得到的固化块可照原样用作再熔块，或者对其表面进行机械加工和/或将其锯割后用作再熔块。本发明再熔块的特征在于其平均铁含量比熔化步骤完结时得到的初始液态金属液的平均铁含量低5倍并且优选低10倍。优选地，本发明再熔块的铁含量和硅含量低于0.1重量％并且优选低于0.05重量％。
有利地，本发明再熔块的重量为至少1000kg并且优选至少1300kg。
5 任选地包晶元素的纯化
进行一个包括纯化包晶元素——即分配系数大于1的元素且特别是铬和锆——的附加步骤可能较为有利。有利地，该步骤通过使用一种包含硼的选择沉淀剂使至少一种包晶元素沉淀，并将形成的沉淀产物分离而进行。
该步骤有利地位于熔化和分离步骤之间，其具有以下技术优点：
.分离过程不允许对包晶元素进行纯化；而这些元素恰恰存在于所形成的第一种晶体中。因此在分离步骤之前对它们进行纯化较为有利，反之，将会导致所述元素的一定程度的富集。
.本发明的分离过程使得可直接得到固化金属，如果包晶元素纯化步骤位于分离步骤之后，则将需要一个第二熔化步骤来实施包晶元素的纯化。
如果废物分类可以避免含多种包晶元素的合金的混合，则该步骤可以省却。
6 半成品的制备
通过本发明方法获得的再熔块可用于制备航空工业用半成品。本发明的再熔块是有利的，因为它们可以提供合金元素例如Zn、Cu、Mg和Li而不带入杂质例如Fe和Si，这是直接添加主要含在航空工业中使用的铝合金的废料所不可能实现的。
在本发明的一个实施方案中，熔化本发明的至少一种再熔块，也可与其他类型的铝锭一起，制成一种航空工业用合金，通常为7XXX系或2XXX系合金，并将该合金铸成半成品的形状。得到的该半成品可用于制造航空器的结构元件。
实施例
在所进行的多个试验中，包括以下步骤：
-收集废料合金7075
-熔化足够量的废料从而供料给分离装置
-以预定的形成晶体的速率进行分步结晶
-沥干剩余的不纯液体
在类似于专利FR2788283中所述的分步结晶用熔炉中进行试验，所述熔炉配有控制结晶速率的装置。图1示例说明试验所用的装置。压实部件可以测量所形成晶体的高度H。使用影响加热功率的控制回路来调控结晶速率至预定值。
所进行的试验描述于表1中。
表1：所进行的试验的参数
 
试验 坩埚直径(mm) 坩埚高度(mm) 目标坯重(kg) 结晶时间(h)    调控的结晶速率(kg/h) 调控的固化分率(％) 调控的结晶速率(％/h)
1 800 2050 1550 20 78 74％ 3.7
2 800 2050 1550 20 78 74％ 3.7
3 800 2050 1350 12 113 64％ 5.4
4 800 2050 1350 11 123 64％ 5.8
5 860 2050 1700 12 142 74％ 6.2
6 860 2050 1800 12 150 78％ 6.5
原料金属一经完全熔化即对其进行分析。对于试验n°3，未进行该分析，废料批次对于所有试验均相同，因此试验n°3的初始组成很可能同其他试验的组成为相同数量级。遇到的技术困难在于硅的分析。所给结果为指导性的，但所得精度较差。
液态金属的温度每两小时使用热电偶测量一次。图2示出温度如何随结晶时间而变化。在操作的最后对剩余液态金属进行分析。
剩余液态金属在试验的最后通过将坩埚倾斜而排出。试验4可不进行该最后操作。
最后将固化金属从坩埚中取出并称重。
由于重量和分析等的不准确性，确定物料平衡以给出每个操作所获得的纯化系数的准确读数是很困难的。每种元素i的纯化系数Xi如下计算：
X i = [ i ] 0 [ i ] f * 1 fs
其中
[i]0液态金属中元素i的初始浓度
[i1f液态金属中元素i的最终浓度
fs为调控的固化分率
表2给出得到的多个试验的结果。
表2.所得结果(nd：未测定的)
 
试验 所测重量 [Fe]O [Fe]f XFe [Si]O [Si]f Xsi [Cu]O [Cu]f XCu [Zn]O [Zn]f XZn [Mg]O [Mg]f XMg [Cr]O [Cu]f XCr
1 1550 0.14 0.46 4.4 0.10 0.37 5.0 1.6 4.5 3.8 5.9 11.5 2.6 2.6 4.8 2.5 nd nd nd
2 1500 0.16 0.55 4.6 0.12 0.37 4.1 1.4 4.3 4.0 5.7 11.5 2.7 2.5 4.9 2.6 nd nd nd
3 1400 nd 0.54 nd nd 0.41 nd nd 4.1 nd nd 10.8 nd nd 4.3 nd nd nd nd
4 nd 0.15 0.60 6.2 nd 0.44 nd 1.7 4.8 4.3 6.2 11.7 2.9 2.7 4.5 2.5 0.18 0.06 0.5
5 1700 0.09 0.26 3.9 0.06 0.37 8.3 2.0 4.56 3.1 6.0 10.5 2.4 1.8 4.9 3.7 0.10 0.02 0.3
6 1900 0.14 0.38 3.5 0.09 0.24 3.4 1.7 3.86 2.9 6.2 10.4 2.1 2.5 4.2 2.2 0.18 0.09 0.6
所得固化金属的重量与目标重量很一致。
图3说明所得结果。关于铁纯化的最好结果在试验3和4中获得。观察到这些试验的元素Cu、Mg和Zn的纯度没有显著增加，因此这些试验代表一种特别有利的折中。
试验1和2得到的较差性能可能与Al3Fe类型的金属间晶体沉淀有关。在这些试验的最后，液态金属达到的温度(见图2)接近于使用模型估计的开始沉淀的温度。
试验5和6得到的较差性能可能与在操作过程中缺少固化块部分熔化的情况有关。操作过程中固化块的部分熔化得到另外的纯度。在某些情况下，在1、2、5或6的试验条件下得到的性能可证明是足够的，特别是对于只轻微地富集铁和硅并且不需要彻底纯化的废料混合物来说。

Claims (25)

1.一种用于制造航空工业用铝合金的含铝再熔块的生产方法，其中
(i)在供给步骤，供应主要含航空工业中使用的铝合金的废料；
(ii)在熔化步骤，将所述废料在熔炉中熔化从而得到一种初始液态金属液；
(iii)在分离步骤，将该初始液态金属液通过分步结晶进行纯化从而得到一种固化块和剩余液体；
(iv)在回收步骤，回收该固化块从而得到一种再熔块。
2.权利要求1的方法，其中所述废料主要含7XXX系或2XXX系的合金。
3.权利要求2的方法，其中所述废料包括合金7XXX，所述7XXX包含在由下列合金构成的组中：7010、7040、7050、7150、7250、7055、7056、7068、7049、7140、7149、7249、7349、7449、7075、7175和7475。
4.权利要求1-3中任一项的方法，其中供应步骤包括磁性分类和/或涡流分类操作。
5.权利要求1-4中任一项的方法，其中供应步骤包括脱油操作。
6.权利要求1-5中任一项的方法，其中在熔化步骤的全部或部分过程中，在液态金属液上形成废料的漂浮层。
7.权利要求1-6中任一项的方法，其中进行一个附加的纯化包晶元素的步骤。
8.权利要求7的方法，其中纯化包晶元素的步骤在熔化步骤和分离步骤之间进行。
9.权利要求1-8中任一项的方法，其中所述固化块在分离步骤至少部分地再熔。
10.权利要求1-9中任一项的方法，其中所述分步结晶使用可以预定速率进行结晶的装置来完成。
11.权利要求1-10中任一项的方法，其中在初始时将所有金属装料，然后进行分步结晶；结晶速率——以每小时结晶过程所形成的晶体的质量占初始装料质量的百分比表示，介于约3.8％/h和约6.2％/h之间，并且优选在4％/h和6％/h之间。
12.权利要求1-11中任一项的方法，其中结晶速率介于约90kg/h和约140kg/h之间并且优选在约100kg/h和约130kg/h之间。
13.权利要求10-12中任一项的方法，其中分离步骤使用包括如下部件的装置进行：耐热坩埚(4)；配有至少一个加热部件(5)的熔炉(6)；至少一个压实部件(1)，所述压实部件包括一个压实端件(12)；该端件的连柄(11)和使该柄/端件单元竖直移动的部件(13)，所述装置还包括测量固化块高度H的部件和根据H和目标值H’来控制加热部件的操作的部件。
14.权利要求13的方法，其中将压实部件(1)交替地进行浸没和浮出。
15.权利要求1-14中任一项的方法，其中得到的再熔块的质量和初始熔融废料的质量之比介于约50％和约90％之间，优选在约60％和约80％之间。
16.权利要求1-9中任一项的方法，其中分离步骤使用包括以下部件的装置进行：耐热坩埚(4)；配有至少一个加热部件(5)的熔炉(6)；至少一个压实部件(1)，所述压实部件包括一个压实端件(12)；该端件的连柄(11)和使该柄/端件单元竖直移动的部件(13)；连续测量液态金属温度的测量部件和根据液态金属的温度来控制加热部件的控制回路，并且其中液态金属温度的降低按预定速率进行。
17.权利要求16的方法，其中所述液态金属温度降低的预定速率介于1和5℃/h之间并且优选介于2和4℃/h之间。
18.权利要求1-17中任一项的方法，其中当液态金属的温度达到570℃并且优选当其达到580℃时分离步骤终止。
19.权利要求1-18中任一项的方法，其中在回收步骤中进行沥干。
20.权利要求1-19中任一项的方法，其中所述再熔块中Zn、Cu、Mg和Li含量的总和为至少3重量％，优选至少4重量％，甚至更优选至少5重量％。
21.权利要求1-20中任一项的方法，其中所述再熔块具有至少1000kg并且优选至少1300kg的重量。
22.一种生产半成品的方法，其中将通过权利要求1-21中任一项的方法获得的至少一个再熔块熔化；制成一种航空工业用合金，通常为7XXX系或2XXX系合金；将该合金浇铸成半成品的形状。
23.通过权利要求1-21中任一项的方法获得的再熔块，其特征在于其平均铁含量比在熔化步骤完结时得到的初始液态金属液的平均铁含量低5倍。
24.权利要求23的再熔块，其铁含量和硅含量低于0.1重量％并且优选低于0.05重量％。
25.通过权利要求22的方法获得的半成品的用途，用于生产航空器的结构元件。
CN2007800234356A 2006-06-23 2007-06-18 来自航空工业的铝合金废料的回收方法 Active CN101473053B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0605642 2006-06-23
FR0605642A FR2902800B1 (fr) 2006-06-23 2006-06-23 Procede de recyclage de scrap en alliage d'aluminium provenant de l'industrie aeronautique
PCT/FR2007/001005 WO2007147962A2 (fr) 2006-06-23 2007-06-18 Procede de recyclage de scrap en alliage d'aluminium provenant de l'industrie aeronautique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101473053A true CN101473053A (zh) 2009-07-01
CN101473053B CN101473053B (zh) 2013-01-09

Family

ID=37671135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800234356A Active CN101473053B (zh) 2006-06-23 2007-06-18 来自航空工业的铝合金废料的回收方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8202347B2 (zh)
EP (1) EP2038440B1 (zh)
JP (2) JP5620099B2 (zh)
CN (1) CN101473053B (zh)
CA (1) CA2654159C (zh)
ES (1) ES2397477T3 (zh)
FR (1) FR2902800B1 (zh)
RU (1) RU2441926C2 (zh)
WO (1) WO2007147962A2 (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101979682A (zh) * 2010-11-15 2011-02-23 苏州卓识商务咨询有限公司 铝材废料的重新利用方法
CN102534246A (zh) * 2011-12-27 2012-07-04 昆明冶金研究院 一种高纯铝的制备方法
CN102791892A (zh) * 2010-03-10 2012-11-21 富士胶片株式会社 回收的印刷板的熔解方法和再循环方法
CN102925694A (zh) * 2012-10-19 2013-02-13 江苏大学 一种原位颗粒增强铝基复合材料的重熔方法
CN105202915A (zh) * 2014-05-28 2015-12-30 贵阳铝镁设计研究院有限公司 大型铝精炼偏析炉
CN106536768A (zh) * 2014-07-16 2017-03-22 伊苏瓦尔肯联铝业 回收2xxx或7xxx系列合金废料的方法
CN108787716A (zh) * 2018-07-16 2018-11-13 南通理工学院 一种应用于机械加工车间中的铁屑转移装置
CN109518045A (zh) * 2017-09-20 2019-03-26 北京科技大学 一种废旧飞机铝合金再利用生产2024或7075铝合金的方法
CN113278808A (zh) * 2021-04-23 2021-08-20 昆明理工大学 一种联动回收铝冶炼过程多种固废物料的方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8673048B2 (en) 2011-12-12 2014-03-18 GM Global Technology Operations LLC Magnetic separation of iron from aluminum or magnesium alloy melts
JP5907186B2 (ja) * 2014-01-27 2016-04-26 住友金属鉱山株式会社 スカンジウム濃縮物回収方法
KR101621517B1 (ko) 2016-02-23 2016-05-16 박관래 알루미늄 빌릿 제조공법
FI127281B (fi) * 2016-03-11 2018-02-28 Global Ecoprocess Services Oy Menetelmä metallien erottelemiseksi
US20180339466A1 (en) * 2017-05-26 2018-11-29 Divergent Technologies, Inc. Material handling in additive manufacturing
CA3080162A1 (en) * 2017-11-20 2019-05-23 Arconic Technologies Llc Methods for recovering machining scrap
CN110760706B (zh) 2018-07-26 2022-07-29 中国科学院过程工程研究所 一种由航空工业铝合金废料再生制备含铜铝合金的方法
CN109628859B (zh) * 2019-01-31 2020-12-04 北京科技大学 一种再生变形铝合金型材挤压方法
CN112410590A (zh) * 2019-08-23 2021-02-26 江苏双隆铝业有限公司 一种铝棒制作工艺
CN111074115A (zh) * 2020-01-08 2020-04-28 保定隆达铝业有限公司 一种预防铸造铝合金异常化合物生成的方法
JP2024504318A (ja) * 2021-01-19 2024-01-31 アーコニック テクノロジーズ エルエルシー アルミニウム－リチウム合金を含む加工屑の処理方法
EP4252937A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-04 Airbus S.A.S. Method of recycling a structure or at least a portion thereof, and component for an aircraft or spacecraft
FR3134528B1 (fr) * 2022-04-15 2024-03-15 Lethiguel Procédé de fusion de metal au moyen d’un thermoplongeur électrique
CN115141944B (zh) * 2022-06-07 2023-05-02 北京科技大学 一种废旧航空铝合金再生制备超净航空铝合金铸锭的方法

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4200262A (en) * 1978-07-10 1980-04-29 College Research Corporation Method and apparatus for removing combustible material from metal scrap
US4221590A (en) * 1978-12-26 1980-09-09 Aluminum Company Of America Fractional crystallization process
US4294612A (en) 1978-12-26 1981-10-13 Aluminum Company Of America Fractional crystallization process
JPS58104132A (ja) 1981-12-14 1983-06-21 Mitsubishi Keikinzoku Kogyo Kk アルミニウムの純化方法
FR2524489A1 (fr) * 1982-03-30 1983-10-07 Pechiney Aluminium Procede de purification de metaux par segregation
US4734127A (en) * 1984-10-02 1988-03-29 Nippon Light Metal Co., Ltd. Process and apparatus for refining aluminum
JPS6267128A (ja) * 1985-09-20 1987-03-26 Nippon Light Metal Co Ltd アルミニウムの精製法およびその装置
ZA886696B (en) 1987-09-11 1989-04-26 Alcan Int Ltd Method of separating metal alloy particles
JPH0827528A (ja) * 1991-04-30 1996-01-30 Kobe Steel Ltd Ａｌ複合材料およびＡｌ基合金複合材料の再生方法
FR2708000B1 (fr) * 1993-07-22 1995-08-25 Pechiney Aluminium Aluminium électroraffiné à basse teneur en uranium, thorium et terres rares.
JPH07166259A (ja) * 1993-12-10 1995-06-27 Furukawa Electric Co Ltd:The Ａｌスクラップの精製方法
JPH07207378A (ja) * 1994-01-17 1995-08-08 Furukawa Electric Co Ltd:The アルミスクラップの精製装置及び前記装置を用いたアルミスクラップの精製方法及び得られた精製アルミの利用方法
JP2636162B2 (ja) 1994-02-02 1997-07-30 工業技術院長 アルミニウム合金材の脱鉄法
NL1000456C2 (nl) 1995-05-31 1996-12-03 Hoogovens Aluminium Bv Werkwijze voor het raffineren van een aluminium schrootsmelt, en aluminium legering uit geraffineerd aluminium schroot.
JPH0978152A (ja) 1995-09-20 1997-03-25 Furukawa Electric Co Ltd:The アルミニウムスクラップの精製方法
JPH09178149A (ja) 1995-12-21 1997-07-11 Chugoku Electric Power Co Inc:The 石炭灰の含有未燃分低減装置系における石炭灰流動層燃焼装置及び粉体用混合物供給装置
CN2274191Y (zh) * 1996-02-21 1998-02-11 新疆众和股份有限公司 精铝生产定向结晶炉
JPH09263853A (ja) 1996-03-29 1997-10-07 Furukawa Electric Co Ltd:The Ａｌの精製方法
US6100487A (en) * 1997-02-24 2000-08-08 Aluminum Company Of America Chemical treatment of aluminum alloys to enable alloy separation
JPH11100620A (ja) 1997-09-25 1999-04-13 Showa Alum Corp 金属の精製装置
FR2788283B1 (fr) 1999-01-08 2001-02-16 Pechiney Aluminium Procede et dispositif de purification de l'aluminium par segregation
FR2801060B1 (fr) * 1999-11-15 2001-12-21 Pechiney Rhenalu Procede de fabrication de demi-produits en alliages d'aluminium utilisant des matieres recyclees
US6398845B1 (en) 2000-02-10 2002-06-04 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for purifying aluminum
JP3485086B2 (ja) * 2000-11-15 2004-01-13 日本軽金属株式会社 アルミニウムまたはアルミニウム合金の精製方法および装置
CN1132950C (zh) * 2001-01-04 2003-12-31 上海大学 铝合金复合精炼变质方法
DE60104114T2 (de) * 2001-09-03 2005-08-18 Corus Technology Bv Verfahren zum Reinigen einer Aluminium-Legierung
EP1380658A1 (en) 2002-07-05 2004-01-14 Corus Technology BV Method for fractional crystallisation of a molten metal
EP1380659A1 (en) 2002-07-05 2004-01-14 Corus Technology BV Method for fractional crystallisation of a metal
JP2007528443A (ja) 2003-11-19 2007-10-11 コラス、テクノロジー、ベスローテン、フェンノートシャップ 分別結晶の際に溶融金属を冷却する方法
US7531023B2 (en) 2004-03-19 2009-05-12 Aleris Switzerland Gmbh Method for the purification of a molten metal

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102791892A (zh) * 2010-03-10 2012-11-21 富士胶片株式会社 回收的印刷板的熔解方法和再循环方法
CN102791892B (zh) * 2010-03-10 2014-03-12 富士胶片株式会社 回收的印刷板的熔解方法和再循环方法
CN101979682A (zh) * 2010-11-15 2011-02-23 苏州卓识商务咨询有限公司 铝材废料的重新利用方法
CN101979682B (zh) * 2010-11-15 2012-09-05 苏州卡迪亚铝业有限公司 铝材废料的重新利用方法
CN102534246A (zh) * 2011-12-27 2012-07-04 昆明冶金研究院 一种高纯铝的制备方法
CN102534246B (zh) * 2011-12-27 2014-04-16 昆明冶金研究院 一种高纯铝的制备方法
CN102925694A (zh) * 2012-10-19 2013-02-13 江苏大学 一种原位颗粒增强铝基复合材料的重熔方法
CN102925694B (zh) * 2012-10-19 2015-02-04 江苏大学 一种原位颗粒增强铝基复合材料的重熔方法
CN105202915A (zh) * 2014-05-28 2015-12-30 贵阳铝镁设计研究院有限公司 大型铝精炼偏析炉
CN106536768A (zh) * 2014-07-16 2017-03-22 伊苏瓦尔肯联铝业 回收2xxx或7xxx系列合金废料的方法
CN106536768B (zh) * 2014-07-16 2019-10-15 伊苏瓦尔肯联铝业 回收2xxx或7xxx系列合金废料的方法
CN109518045A (zh) * 2017-09-20 2019-03-26 北京科技大学 一种废旧飞机铝合金再利用生产2024或7075铝合金的方法
US11685966B2 (en) 2017-09-20 2023-06-27 The Boeing Company Methods for producing 2024 and 7075 aluminum alloys by recycling waste aircraft aluminum alloys
CN108787716A (zh) * 2018-07-16 2018-11-13 南通理工学院 一种应用于机械加工车间中的铁屑转移装置
CN113278808A (zh) * 2021-04-23 2021-08-20 昆明理工大学 一种联动回收铝冶炼过程多种固废物料的方法
CN113278808B (zh) * 2021-04-23 2022-01-11 昆明理工大学 一种联动回收铝冶炼过程多种固废物料的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8202347B2 (en) 2012-06-19
FR2902800B1 (fr) 2008-08-22
WO2007147962A3 (fr) 2008-02-07
US20090285716A1 (en) 2009-11-19
CA2654159C (fr) 2014-05-13
CN101473053B (zh) 2013-01-09
JP2014062328A (ja) 2014-04-10
EP2038440B1 (fr) 2012-10-17
JP5620099B2 (ja) 2014-11-05
WO2007147962A2 (fr) 2007-12-27
CA2654159A1 (fr) 2007-12-27
RU2441926C2 (ru) 2012-02-10
FR2902800A1 (fr) 2007-12-28
JP2009541585A (ja) 2009-11-26
ES2397477T3 (es) 2013-03-07
EP2038440A2 (fr) 2009-03-25
RU2009102055A (ru) 2010-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101473053B (zh) 来自航空工业的铝合金废料的回收方法
Kaye et al. Die casting metallurgy: Butterworths monographs in materials
CN101238228B (zh) 回收铝-锂型合金废料的方法
Czerwinski Magnesium injection molding
Gaustad et al. Improving aluminum recycling: A survey of sorting and impurity removal technologies
CN101921934B (zh) 高性能均匀性铝合金锭的生产方法
CA2558104C (en) Method for the purification of a molten metal
Schuster et al. The recycling and reclamation of metal-matrix composites
Medovar et al. Electroslag technology
Herling et al. Low-cost aluminum metal matrix composites
Nikitin et al. Synthesis of aluminum alloys from dispersed waste based on aluminum
Gilstad et al. Life cycle assessment of secondary aluminium refining
Schlafka et al. The influence of the ionic reactions on the refining secondary raw materials
Kramer Magnesium recycling in the United States in 1998
Bell et al. Final report on refining technologies of magnesium
Woulds Recycling of engine serviced superalloys
Czerwinski et al. Magnesium and its alloys
Krishnan et al. Physical and mechanical properties of recycled metal matrix composites
Rose et al. Fabrication and characterization of Magnesium Metal Composite by Stir Casting
Zhu et al. Recycling of aluminum from fibre metal laminates
WO2023242861A1 (en) Method of manufacturing aluminium deox, aluminium powder, and zinc oxide in a single batch process
Kieft et al. Aluminium Purification
ANDERS Investigation on Resource-Efficient Aluminium Recycling–A State of the Art
Bittence Recycling
Smithells On the Manufacture, Properties and Applications of Aluminium and its Alloys

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent for invention or patent application
CB02 Change of applicant information

Address after: France

Applicant after: Constellium France

Address before: Courbet V of France

Applicant before: Constellium France

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee
CP03 Change of name, title or address

Address after: French Isou Val

Patentee after: CONSTELLIUM FRANCE

Address before: France

Patentee before: Constellium France