CN112626339A - 一种提高铝轮毂回收废屑的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，包括废铝屑前处理方法、熔炼和浇铸工艺；所述的废铝屑前处理方法包括如下步骤：S11、加废铝屑到料槽：将机加工后分类的一级废铝屑、二级废铝屑及三级废铝屑分别加入废铝屑回收炉子中；S12、分离、筛选铝屑与杂质；S13、清洗分离、筛选铝屑合格的废铝屑：通过漂洗和过滤的方法，清洗铝屑表面油污和泥沙；S14、烘干废铝屑：将步骤S13中的铝屑在200‑400℃下烘干；然后经过熔炼和浇铸工艺形成合格的铝水。同时，在加工中，不进行破碎处理，而采用分级的方式分别预处理和添加熔炼，这可以减小预处理中带来的污染，增加清洁度，节省熔炼时间和成本，提高工作效率。

Description

一种提高铝轮毂回收废屑的制备方法
技术领域
本发明涉及有色金属材料铸造合金废铝屑回收利用的技术领域，具体涉及一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法。
背景技术
A356铝合金是亚共晶AI-Si-Mg系合金中应用最广泛的合金，具有流动性好，无热裂倾向，线收缩小，较高的比强度和较好的铸造性能，广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等工业。铝代替钢制的轮毂已经在汽车上应用处于成熟地位，对于铝轮毂厂也开始面临新的挑战，要考虑产品性能上的提升，同时也要考虑从成本上节约。从原材料改性来提高产品作为直接方法，对于铸造铝合金的铝液原材料配比上包括新铝锭、回炉锭、回收铝屑，其中，回收的铝屑成为影响铝合金轮毂性能的关键因素。行业中有各种不同程度的设备、工艺、熔炼技术及改性方案对铝屑改进后应用，但其使用上仍然将渣孔、杂质、缺陷带入到铸造轮毂中，尤其是铸造铝合金的废屑已有的这些缺陷根本难以通过上述办法消除，因材料组织具有遗传性。这些因素实施上影响显微组织，进一步影响轮毂的外观、性能。
专利CN102653825A公开了一种铝合金轮毂切削屑回收熔炼工艺，在该熔炼工艺中，包括如下步骤：1)预处理：将铝合金轮毂加工过程中产生的切削屑，经过去杂、烘干、破碎、磁力分离后投入铝屑回收炉进行熔化；(2)精炼：在炉内温度达到720--750℃时，通过氮气将精炼剂吹入熔化室进行精炼，除去铝合金熔液中的气体与非金属杂质；(3)变质及细化：在调质室内加入铝锶棒及混合稀土，对进入调质室的铝合金熔液进行复合变质及细化处理。铝锶棒及混合稀土的加入量分别为铝合金熔液的0.015-0.02％、0.1-0.3％，复合变质及细化处理的时间控制在35-45min，温度为720-735℃；(4)除气：利用一种用铝钒土、碳化硅等材料制成的多孔塞吹氮除气，除气时，将其置入铝合金熔液底部代替常规的喷枪吹入惰性气体；(5)过滤除渣：在铝液中加入打渣剂进行打渣，在熔化室与使用室之间设有泡沫陶瓷过滤片装置，使流向使用室的铝合金熔液得到净化并保温待用。可以看到得到是，首先，该申请中回收熔炼工艺控制不够精细，同时对不同处理阶段的温度和提炼工艺也不够精细，必然导致提炼的回收的铝水质量不够高，不利于铝屑的回收。
其次，可以看到的是，其对回收的铝屑机芯了破碎，但是可以看到的是，这不可避免地带来新的污染，包括氧化物等，这也给回收带来更多的麻烦，但另外一方面，直接进行清洗后，由于铝碎屑是大型铝锭、铝板裁剪下来的，但是碎铝屑大小不一，直接回收提炼不利于熔炼炉的空间使用效率，因此多为破碎后熔炼。即，这存在不可调和的矛盾。
此外，在铝屑回收熔炼的过程中，不同的步骤，对温度的控制、处理时间也对回收后的铝水的质量有着至关重要的影响，这在材料处理领域后的质量也是基本常识，如日本等国家在材料加工工艺中，一直处于领先地位，即使分析出其材料的含量也无法提炼出同样质量的材料，为此，希望提供一种合适的温度和处理时间，提供材料的质量。
因此，开发出一种显著改善铝轮毂回收废铝屑的制备方法，进而获得较理想的组织及性能，既可小批量生产又可大规模生产，降低成本，具有重要的理论意义和重大的实际应用价值。开发出一种对铝轮毂的废铝屑前期处理、熔炼、变质、细化、精炼及铸造获得优良性能的铸造铝合金材料，对我国的汽车制造领域的材料回收方面和节约成本方面都具备十分积极的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，包括废铝屑前处理方法、熔炼和浇铸工艺。
所述的废铝屑前处理方法包括如下步骤：
S11、加废铝屑到料槽：将机加工后分类的一级废铝屑、二级废铝屑及三级废铝屑分别加入废铝屑回收炉子中；
S12、分离、筛选铝屑与杂质：将步骤S11中的铝屑经过分离、筛选，从而处理掉废铝中的杂质和夹渣物；
S13、清洗分离、筛选铝屑合格的废铝屑：通过漂洗和过滤的方法，清洗铝屑表面油污和泥沙；
S14、烘干废铝屑：将步骤S13中的铝屑在200-400℃下烘干；
所述的熔炼包括如下步骤：
S21、熔炼：先将上述前处理后合格的废铝屑在720-850度范围内加热熔化成铝水；
S22、第一次除气除渣：步骤S21中的铝水熔化后，通入氮气后，吹入清渣剂到铝水中，通气时间控制在10-25分钟；并打捞干净铝水表层的渣杂质；
S23、静置：将步骤S22中的铝水静置10-15分钟，温度控制在760-800度下；
对步骤S23静置的铝水取样测定化学成分和氢气量；其中，要求氢气含量大于或等于2.65g/cm3；测氢过程中必须抽真空处理，若氢含量小于2.65g/cm3，则氢含量不合格，并继续步骤S22；
若其中的化学成分不符合铝水制造目标的要求，按照制造目标调整化学成分含量；氢含量和化学成分都满足制造目标后，进行下一步骤；
S24、加稀土合金：对步骤S23中各项合格满足要求的铝水，将温度控制在780-820度时，将稀土合金材料及铝钛硼(铝钛碳)细化中间合金加入；
S25、搅拌：用搅拌器对步骤S24加入后熔化的稀土合金搅拌，搅拌过程中需要均匀搅拌，搅拌5-10分钟；
S26、保温：对步骤S25中搅拌的稀土铝水进行保温，温度控制在780-820度下，保温时间控制在10-20分钟；
S27、精炼：保温结束后，再次通入氮气后，吹入清渣剂到铝水中，通气时间控制在10-15分钟；并打捞干净铝水表层的渣杂质；
S28、保温静置：精炼结束后，铝水流入保温池中后，温度控制在680-710时，静置10-20分钟左右即可；
所述的浇铸包括如下步骤：
预热模具在250-400度时将上述温度控制在680-710时的回收铝水浇铸即可。
本发明还提供优化回收废铝屑铸造铝合金的固溶工艺和时效工艺包括如下步骤：
S31、固溶工艺：对上述样品进行在真空炉中保温，温度控制在 535-545度，保温时间控制在4-10小时。
S32、淬火工艺：将S1保温的样品淬水处理，水温控制在50-80 度，停留在水中的时间2-4分钟，试验转移时间小于30秒。
S33、时效工艺：将S1-S2过程的样品放入时效炉中人工时效处理，温度控制在140-160度，时效时间控制在2-8小时。
进一步地，其中夹渣物主要为铁屑、铝灰；所述的铁屑通过磁性铁屑筛选；所述的夹渣物在铝合金液中会生成汉字形状组织，严重影响轮毂的性能。
进一步地，稀土合金主要是铝钪中间合金，AI-2Sc，所述清渣剂为不含钠盐和钾盐的清渣剂。
进一步地，精炼过程中，氩气通过石墨除气棒时，通气量不能太大，必须适量，以保证铝水卷入少量的气体，防止氢气超标为准。
进一步地，对步骤S28中静置的铝水取样测定化学成分和氢气量；
其中，氢气含量要求为：大于等于2.65g/cm3；测氢过程中必须抽真空处理，若氢含量不合格，继续S22；若其中的化学成分不符合铝水制造目标的要求，按照制造目标调整化学成分含量；氢含量和化学成分都满足制造目标
进一步地，所述步骤S11中，所述的一级废铝屑为热处理的轮毂粗加工后材料；
所述的二级废铝屑为精加工后的轮毂废铝材料；
所述的三级废铝屑为经过涂装线后带油漆的轮毂的废铝材料。
进一步地，为了保证铝轮毂的铝水的质量，在步骤S28之后，采用回收废铝屑制成的铝水和新铝水混合配比得到，其中，所述回收废铝屑制成的铝水和新铝水混合配比为1.8-8.2到3.3-6.7。
此外，为了提升废铝屑的回收质量和效率，在步骤S11中，设置至少三个废铝屑回收炉，将分级后的所述一级废铝屑、二级废铝屑和三级废铝屑分别投入不同的废铝屑回收炉，根据废铝屑的不同等级对废铝屑中的杂质的不同选择不同的清洗方式进行清洗熔炼回收。
此外，在步骤S11中，对回收的铝屑进行过筛分选，根据废铝屑颗粒大小分成5个大小等级级别，并不对废铝屑颗粒进行破碎处理，而直接按照分类的颗粒等级，单独对每个颗粒等级进行所述的废铝屑前处理步骤；
在所述步骤S21中，先添加颗粒最小的一级等级的废铝屑颗粒，在融化程度达到80％之后再次添加废铝屑颗粒，该次添加的颗粒大小较前一步添加颗粒大小高一级的废铝屑颗粒，后续依此融化程度和添加方式添加，直到完成添加。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明是一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，通过前处理方法控制废铝屑中杂质、铁屑、油污，并添加稀土合金元素及铝钛硼细化剂能够变质、细化废铝合金中共晶硅，改善共晶硅形貌，使其球化效果，显著提高了材料的显微组织和性能。
2.通过本发明的制备方法及结合固溶时效工艺，能够净化铝水中的渣孔、夹渣物，提高铝水的质量，有效地改善铸造性，明显改善了合金力学性能。
3.本发明废铝屑回收的前处理方法、熔炼、固溶时效工艺简单可行性强，工业过程中各工艺过程简单可行。
4.本发明能明显地降低生产成本上，节约了材料，同时使铝合金材料循环利用。
附图说明
图1为本发明铝合金轮毂的废铝屑的制备工艺流程图；
图2为本发明铸造铝合金金固溶时效工艺；
图3为本发明改性前回收铝屑铸造铝合金金相组织(100x与500X 倍下)；
图4为本发明改性后回收铝屑铸造铝合金金相组织(100x与500X 倍下)；
图5为本发明改性前后回收铝屑铸造铝合金金的拉伸性能曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，包括废铝屑前处理方法、熔炼和浇铸工艺。
所述的废铝屑前处理方法包括如下步骤：
S11、加废铝屑到料槽：将机加工后分类的一级废铝屑、二级废铝屑及三级废铝屑分别加入废铝屑回收炉子中；
S12、分离、筛选铝屑与杂质：将步骤S11中的铝屑经过分离、筛选，从而处理掉废铝中的杂质和夹渣物；
S13、清洗分离、筛选铝屑合格的废铝屑：通过漂洗和过滤的方法，清洗铝屑表面油污和泥沙；
S14、烘干废铝屑：将步骤S13中的铝屑在200-400＝下烘干；
所述的熔炼包括如下步骤：
S21、熔炼：先将上述前处理后合格的废铝屑在720-850度范围内加热熔化成铝水；
S22、第一次除气除渣：步骤S21中的铝水熔化后，通入氮气后，吹入清渣剂到铝水中，通气时间控制在10-25分钟；并打捞干净铝水表层的渣杂质；
S23、静置：将步骤S22中的铝水静置10-15分钟，温度控制在760-800度下；
对步骤S23静置的铝水取样测定化学成分和氢气量；其中，要求氢气含量大于或等于2.65g/cm3；测氢过程中必须抽真空处理，若氢含量小于2.65g/cm3，则氢含量不合格，并继续步骤S22；
若其中的化学成分不符合铝水制造目标的要求，按照制造目标调整化学成分含量；氢含量和化学成分都满足制造目标后，进行下一步骤；
S24、加稀土合金：对步骤S23中各项合格满足要求的铝水，将温度控制在780-820度时，将稀土合金材料及铝钛硼(铝钛碳)细化中间合金加入；
S25、搅拌：用搅拌器对步骤S24加入后熔化的稀土合金搅拌，搅拌过程中需要均匀搅拌，搅拌5-10分钟；
S26、保温：对步骤S25中搅拌的稀土铝水进行保温，温度控制在780-820度下，保温时间控制在10-20分钟；
S27、精炼：保温结束后，再次通入氮气后，吹入清渣剂到铝水中，通气时间控制在10-15分钟；并打捞干净铝水表层的渣杂质；
S28、保温静置：精炼结束后，铝水流入保温池中后，温度控制在680-710时，静置10-20分钟左右即可；
所述的浇铸包括如下步骤：
预热模具在250-400度时将上述温度控制在680-710时的回收铝水浇铸即可。
本发明还提供优化回收废铝屑铸造铝合金的固溶工艺和时效工艺包括如下步骤：
S31、固溶工艺：对上述样品进行在真空炉中保温，温度控制在 535-545度，保温时间控制在4-10小时。
S32、淬火工艺：将S1保温的样品淬水处理，水温控制在50-80 度，停留在水中的时间2-4分钟，试验转移时间小于30秒。
S33、时效工艺：将S1-S2过程的样品放入时效炉中人工时效处理，温度控制在140-160度，时效时间控制在2-8小时。
进一步地，其中夹渣物主要为铁屑、铝灰；所述的铁屑通过磁性铁屑筛选；所述的夹渣物在铝合金液中会生成汉字形状组织，严重影响轮毂的性能。
进一步地，稀土合金主要是铝钪中间合金，AI-2Sc，所述清渣剂为不含钠盐和钾盐的清渣剂。
进一步地，精炼过程中，氩气通过石墨除气棒时，通气量不能太大，必须适量，以保证铝水卷入少量的气体，防止氢气超标为准。
进一步地，对步骤S28中静置的铝水取样测定化学成分和氢气量；
其中，氢气含量要求为：大于等于2.65g/cm3；测氢过程中必须抽真空处理，若氢含量不合格，继续S22；若其中的化学成分不符合铝水制造目标的要求，按照制造目标调整化学成分含量；氢含量和化学成分都满足制造目标。
进一步地，所述步骤S11中，所述的一级废铝屑为热处理的轮毂粗加工后材料；
所述的二级废铝屑为精加工后的轮毂废铝材料；
所述的三级废铝屑为经过涂装线后带油漆的轮毂的废铝材料。
进一步地，为了保证铝轮毂的铝水的质量，在步骤S28之后，采用回收废铝屑制成的铝水和新铝水混合配比得到，其中，所述回收废铝屑制成的铝水和新铝水混合配比为1.8-8.2到3.3-6.7。
此外，为了提升废铝屑的回收质量和效率，在步骤S11中，设置至少三个废铝屑回收炉，将分级后的所述一级废铝屑、二级废铝屑和三级废铝屑分别投入不同的废铝屑回收炉，根据废铝屑的不同等级对废铝屑中的杂质的不同选择不同的清洗方式进行清洗熔炼回收。
此外，在步骤S11中，对回收的铝屑进行过筛分选，根据废铝屑颗粒大小分成5个大小等级级别，并不对废铝屑颗粒进行破碎处理，而直接按照分类的颗粒等级，单独对每个颗粒等级进行所述的废铝屑前处理步骤；
在所述步骤S21中，先添加颗粒最小的一级等级的废铝屑颗粒，在融化程度达到80％之后再次添加废铝屑颗粒，该次添加的颗粒大小较前一步添加颗粒大小高一级的废铝屑颗粒，后续依此融化程度和添加方式添加，直到完成添加。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语″包括″、″包含″或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，包括废铝屑前处理方法、熔炼和浇铸工艺；
所述的废铝屑前处理方法包括如下步骤：
S11、加废铝屑到料槽：将机加工后分类的一级废铝屑、二级废铝屑及三级废铝屑分别加入废铝屑回收炉子中；
S12、分离、筛选铝屑与杂质：将步骤S11中的铝屑经过分离、筛选，从而处理掉废铝中的杂质和夹渣物；
S13、清洗分离、筛选铝屑合格的废铝屑：通过漂洗和过滤的方法，清洗铝屑表面油污和泥沙；
S14、烘干废铝屑：将步骤S13中的铝屑在200-400℃下烘干；
所述的熔炼包括如下步骤：
S21、熔炼：先将上述前处理后合格的废铝屑在720-850度范围内加热熔化成铝水；
S22、第一次除气除渣：步骤S21中的铝水熔化后，通入氮气后，吹入清渣剂到铝水中，通气时间控制在10-25分钟；并打捞干净铝水表层的渣杂质；
S23、静置：将步骤S22中的铝水静置10-15分钟，温度控制在760-800度下；
对步骤S23静置的铝水取样测定化学成分和氢气量；其中，要求氢气含量大于或等于2.65g/cm3；测氢过程中必须抽真空处理，若氢含量小于2.65g/cm3，则氢含量不合格，并继续步骤S22；
若其中的化学成分不符合铝水制造目标的要求，按照制造目标调整化学成分含量；氢含量和化学成分都满足制造目标后，进行下一步骤；
S24、加稀土合金：对步骤S23中各项合格满足要求的铝水，将温度控制在780-820度时，将稀土合金材料及铝钛硼(铝钛碳)细化中间合金加入；
S25、搅拌：用搅拌器对步骤S24加入后熔化的稀土合金搅拌，搅拌过程中需要均匀搅拌，搅拌5-10分钟；
S26、保温：对步骤S25中搅拌的稀土铝水进行保温，温度控制在780-820度下，保温时间控制在10-20分钟；
S27、精炼：保温结束后，再次通入氮气后，吹入清渣剂到铝水中，通气时间控制在10-15分钟；并打捞干净铝水表层的渣杂质；
S28、保温静置：精炼结束后，铝水流入保温池中后，温度控制在680-710时，静置10-20分钟左右即可；
所述的浇铸包括如下步骤：
预热模具在250-400度时将上述温度控制在680-710时的回收铝水浇铸即可。
2.根据权利要求1所述的一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，其特征在于：其中夹渣物主要为铁屑、铝灰；所述的铁屑通过磁性铁屑筛选；所述的夹渣物在铝合金液中会生成汉字形状组织，严重影响轮毂的性能。
3.根据权利要求1所述的一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，其特征在于：稀土合金主要是铝钪中间合金，Al-2Sc，所述清渣剂为不含钠盐和钾盐的清渣剂。
4.根据权利要求1所述的一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，其特征在于：精炼过程中，氩气通过石墨除气棒时，通气量不能太大，必须适量，以保证铝水卷入少量的气体，防止氢气超标为准。
5.根据权利要求1所述的一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，其特征在于：对步骤S28中静置的铝水取样测定化学成分和氢气量；
其中，氢气含量要求为：大于等于2.65g/cm3；测氢过程中必须抽真空处理，若氢含量不合格，继续S22；
若其中的化学成分不符合铝水制造目标的要求，按照制造目标调整化学成分含量；氢含量和化学成分都满足制造目标。
6.根据权利要求1所述的一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，其特征在于：所述步骤S11中，所述的一级废铝屑为热处理的轮毂粗加工后材料；
所述的二级废铝屑为精加工后的轮毂废铝材料；
所述的三级废铝屑为经过涂装线后带油漆的轮毂的废铝材料。
7.权利要求1所述的一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，其特征在于：为了优化回收废铝屑铸造铝合金的固溶工艺和时效工艺，采用如下步骤：
S31固溶工艺中，对上述样品进行在真空炉中保温，温度控制在535-545度，保温时间控制在4-10小时。
8.根据权利要求7所述的一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，其特征在于：为了优化回收废铝屑铸造铝合金的固溶工艺和时效工艺，采用如下步骤：
步骤S32，淬火工艺中，将步骤S31保温的样品淬水处理，水温控制在50-80度，停留在水中的时间2-4分钟，试验转移时间小于30秒。
9.根据权利要求8所述的一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，其特征在于：为了优化回收废铝屑铸造铝合金的固溶工艺和时效工艺，采用如下步骤：
S33、时效工艺：将S1-S2过程的样品放入时效炉中人工时效处理，温度控制在140-160度，时效时间控制在2-8小时。
10.根据权利要求1所述的一种提高铝轮毂回收废铝屑的制备方法，其特征在于：为了保证铝轮毂的铝水的质量，在步骤S28之后，采用回收废铝屑制成的铝水和新铝水混合配比得到，其中，所述回收废铝屑制成的铝水和新铝水混合配比为1.8-8.2到3.3-6.7。
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