CN115341110A - 航空铝合金加工铝屑回收的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航空铝合金加工铝屑回收的方法，包括以下步骤：对航空铝合金加工铝屑进行包括火法焙烧或湿法洗涤的预处理；对预处理后的航空铝合金加工铝屑进行压制成型以形成块状铝屑；在熔炼炉中对块状铝屑进行控氧熔炼以形成铝合金熔液；以及对铝合金熔液进行浇注以得到满足航空铝合金成分要求的铝合金产品。通过本发明的方法可以以较高的铝屑回收率制备满足航空铝合金成分要求的铝合金产品，避免在最终形成的铝合金产品中产生夹杂物，高效地回收航空铝合金加工铝屑，实现了航空铝合金加工铝屑的保值利用。

Description

航空铝合金加工铝屑回收的方法
技术领域
本发明涉及二次资源回收及高值化技术领域，特别是涉及一种航空铝合金加工铝屑回收的方法。
背景技术
航空铝合金是飞机制造行业的主体材料，约占机身重量的70％以上，其产量随着飞机产业规模的扩大呈现逐渐增长的态势，近年来在中国平均增长速度高达10％以上。在航空铝合金切削加工过程产生的切屑占合金质量的20％～30％。回收加工过程的铝屑，既可降低生产成本，提高经济效益，又可精简废料处理系统。因此，机械加工后的铝屑回收成为企业技术人员探索和研究的热点。然而，铝屑的比表面积大，表面氧化、锈蚀、切割液和油水污染严重，且常常多种牌号的铝合金相混杂等一系列问题导致铝屑回收效率低下。
发明内容
针对现有技术，发明人发现目前航空铝合金加工铝屑回收存在的主要问题是铝屑切割液和油水污染、易氧化、收率低，同时熔化过程中伴随着铝的大量烧损。经过发明人的反复仔细研究后发现，对航空铝合金加工铝屑进行火法焙烧或湿法洗涤以去除切割液和油水、随后对加工铝屑压制成型、以及采用控氧熔炼工艺等方法的集成优化可以解决上述问题，实现高效回收航空铝合金加工铝屑的目的。本发明中的高效是指两层意思，一是提高铝屑的熔化速率，二是提高铝屑的回收率。基于这些考虑以及发明人实践过程的验证提出了本发明。
因此，本发明的主要目的在于提供一种航空铝合金加工铝屑回收的方法，以解决现有技术中航空铝合金加工铝屑回收效率低下的问题。
为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种航空铝合金加工铝屑回收的方法，该方法包括以下步骤：对航空铝合金加工铝屑进行包括火法焙烧或湿法洗涤的预处理；对预处理后的航空铝合金加工铝屑进行压制成型以形成块状铝屑；在熔炼炉中对块状铝屑进行控氧熔炼以形成铝合金熔液；以及对铝合金熔液进行浇注以得到满足航空铝合金成分要求的铝合金产品。
进一步地，该方法还包括在控氧熔炼之后并且在浇注之前对铝合金熔液进行控氧精炼以实现铝合金熔液的成分优化。
进一步地，航空铝合金加工铝屑为2系铝合金加工铝屑和7系铝合金加工铝屑中的一种或多种。
进一步地，在空气气氛中进行火法焙烧，并且在火法焙烧中的焙烧温度为100～500℃。
进一步地，湿法洗涤包括洗涤和干燥，在洗涤过程中采用的洗涤液为工业水、高纯水或酒精中的一种或多种，优选地在洗涤过程中采用微波振动、超声振动或机械搅拌中的一种或多种强化洗涤过程，优选地在干燥过程中采用的干燥温度为60～150℃。
进一步地，在压制成型后形成的块状铝屑的密度为1.0～5.0t/m3。
进一步地，在控氧熔炼中采用真空或惰性气体保护进行氧势的控制，优选地将控氧熔炼中的氧分压控制在0.001Pa以下。
进一步地，控氧熔炼包括在控氧条件下实现块状铝屑的快速熔化，优选地在控氧熔炼中借助于电磁搅拌或吹气搅拌加快块状铝屑的熔化，优选地在控氧熔炼中熔炼时间为10～30min，并且熔炼温度为800～1100℃。
进一步地，在控氧精炼中采用真空或惰性气体保护进行氧势的控制，优选地将控氧精炼中的氧分压控制在0.001Pa以下，优选地在控氧精炼中借助于电磁搅拌或吹气搅拌加快元素反应和扩散过程，优选地在控氧精炼中精炼时间为10～30min，并且精炼温度为800～1100℃。
进一步地，控氧精炼包括以下步骤：将金属铜、铜合金、金属锌、锌合金或镁合金添加到铝合金熔液中以进行铝合金熔液中元素的去除和合金化处理，优选地将控氧精炼中的氧分压控制在0.001Pa以下。
应用本发明的技术方案，通过对航空铝合金加工铝屑进行包括火法焙烧或湿法洗涤的预处理可以容易地去除加工过程中使用的切割液和油水，尽可能减少加工铝屑的污染，避免在最终形成的铝合金产品中产生夹杂物；通过对预处理后的航空铝合金加工铝屑进行压制成型可以增加加工铝屑之间的传热效率，避免加工铝屑的氧化烧损，并且大幅提高加工铝屑的回收率；通过对块状铝屑进行控氧熔炼可以避免铝屑的氧化，大幅提高加工铝屑的回收率，同时避免了熔渣和熔盐等伴生固废的产生。因此，通过本发明的方法可以以较高的铝屑回收率制备满足航空铝合金成分要求的铝合金产品，避免在最终形成的铝合金产品中产生夹杂物，高效地回收航空铝合金加工铝屑，实现了航空铝合金加工铝屑的保值利用。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施方式的航空铝合金加工铝屑回收方法的整体工艺流程图。
图2示出了根据本发明实施例1的铝屑熔化过程的照片。
图3示出了根据本发明实施例1的浇铸的铝锭的照片。
图4示出了根据本发明实施例2的浇铸的铝锭的照片。
图5示出了根据本发明实施例3的浇铸的铝锭的照片。
图6示出了根据本发明实施例4的浇铸的铝锭的照片。
图7示出了根据本发明比较例1的浇铸的铝锭的照片。
图8示出了根据本发明比较例2的浇铸铝锭夹杂物的电镜照片。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将结合实施方式来详细说明本发明。
如背景技术所描述的，现有技术中航空铝合金加工铝屑回收效率低下，为了解决该问题，本申请提供了一种航空铝合金加工铝屑回收的方法，该方法包括以下步骤：对航空铝合金加工铝屑进行包括火法焙烧或湿法洗涤的预处理；对预处理后的航空铝合金加工铝屑进行压制成型以形成块状铝屑；在熔炼炉中对块状铝屑进行控氧熔炼以形成铝合金熔液；以及对铝合金熔液进行浇注以得到满足航空铝合金成分要求的铝合金产品。
在本申请中满足航空铝合金成分要求是指符合“GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分”中规定的具体航空铝合金诸如2系铝合金如2024-Al合金或7系铝合金如7075-Al合金等的成分要求。
本申请通过对航空铝合金加工铝屑进行包括火法焙烧或湿法洗涤的预处理可以容易地去除加工过程中使用的切割液和油水，尽可能减少加工铝屑的污染，避免在最终形成的铝合金产品中产生夹杂物；通过对预处理后的航空铝合金加工铝屑进行压制成型可以增加加工铝屑之间的传热效率，避免加工铝屑的氧化烧损，并且大幅提高加工铝屑的回收率；通过对块状铝屑进行控氧熔炼可以避免铝屑的氧化，大幅提高加工铝屑的回收率，同时避免了熔渣和熔盐等伴生固废的产生。因此，通过本发明的方法可以以较高的铝屑回收率制备满足航空铝合金成分要求的铝合金产品，避免在最终形成的铝合金产品中产生夹杂物，高效地回收航空铝合金加工铝屑，实现了航空铝合金加工铝屑的保值利用。
本申请的方法还包括在控氧熔炼之后并且在浇注之前对铝合金熔液进行控氧精炼以实现铝合金熔液的成分优化。通过这种方式可以避免铝合金的氧化、去除挥发性元素或气体并且更加精准地调控航空铝合金加工铝屑中锌、镁和铜等主要元素的含量。
在本申请一个优选的实施方式中，航空铝合金加工铝屑回收的方法包括以下步骤：对航空铝合金加工铝屑如切割铝屑进行包括火法焙烧或湿法洗涤等的预处理；对预处理后的铝屑以一定成型压力进行压制成型以形成块状铝屑；在熔炼炉中采用控氧熔炼精炼工艺将预处理后的块状铝屑快速熔化并实现成分优化，最终得到满足航空铝合金成分要求的铝合金产品。
在本申请中在熔炼炉中进行的控氧熔炼精炼工艺可以包括控氧熔炼和控氧精炼两个环节，在控氧熔炼精炼过程中可以采用真空或惰性气体保护进行氧势的控制，并且根据原料特征和产品要求采用控氧熔炼单独操作或者采用控氧熔炼和控氧精炼共同操作。
加工铝屑的控氧熔炼精炼过程可以配合搅拌方式。在根据本发明的航空铝合金加工铝屑回收的方法中在控氧熔炼精炼过程中可以采用吹气搅拌、电磁搅拌或机械搅拌诸如物理机械搅拌等搅拌方式，加快铝屑熔化速度以及元素反应和扩散过程。
本申请中所使用的航空铝合金加工铝屑可以为2系航空铝合金加工铝屑和7系航空铝合金加工铝屑中的一种或它们中多种的混合料。例如，加工铝屑的尺寸可以为：长×宽×厚＝(2～10mm)×(2～10mm)×(0.5～2mm)。
在火法焙烧中所使用的焙烧炉可以为马弗炉、电阻炉或中频炉等设备。优选地，在空气气氛中进行火法焙烧，从而确保存在氧气以将有机物氧化。空气气氛中的氧浓度通常为约21vol％。在火法焙烧中的焙烧温度为100～500℃，可以实现有机物去除并防止铝屑氧化。优选的焙烧时间可以为10～30min。
湿法洗涤可以包括洗涤和干燥。在洗涤过程中采用的洗涤液可以为工业水、高纯水或酒精中的一种或它们中多种的混合物。可以在洗涤过程中采用微波振动、超声振动或机械搅拌中的一种或多种强化洗涤过程，提高洗涤效率，缩短洗涤时间。
进一步地，对洗涤后的加工铝屑进行干燥处理。在干燥过程中所使用的干燥设备为隧道烘箱或鼓风干燥箱等常规干燥设备。在干燥过程中采用的干燥温度可以为60～150℃，确保水分快速去除，并且防止铝屑氧化。干燥时间可以为10～30min。
在对航空铝合金加工铝屑进行压制成型时所使用的压制机可以为单柱液压机、四柱液压机、六柱液压机、砂轮成型液压机、Y28型万能液压机、封头成型液压机或Y32-100T液压机等常规设备。在压制成型过程中使用的成型压力可以在20～700MPa的范围内，优选为在30～600MPa的范围内。在压制成型后形成的块状铝屑(即，铝块)的尺寸规格可以依据熔炼炉的规格而确定，优选地，在压制成型后形成的块状铝屑的直径为5～10cm，厚度为2～5cm。在压制成型后形成的块状铝屑的密度可以为1.0～5.0t/m3，优选为1.5～3.5t/m3，更优选为2.0t/m3～3.0t/m3。通过将压制成型后形成的块状铝屑的密度控制在上述范围内，可以增加铝屑之间的传热效率，避免铝屑的氧化烧损，并且大幅提高铝屑的回收率。
本发明的航空铝合金加工铝屑回收的方法中所使用的熔炼炉为真空电阻炉、真空感应炉或中频炉等熔炼铝设备。可以在控氧熔炼过程中采用真空或Ar等惰性气体保护进行氧势的控制。优选地，在控氧熔炼过程中选用惰性气体进行保护，防止铝液氧化。优选地，将控氧熔炼中的氧分压控制在0.001Pa以下。控氧熔炼可以包括在控氧条件下实现块状铝屑的快速熔化。可以在控氧熔炼中借助于电磁搅拌或吹气搅拌加快块状铝屑的熔化。在控氧熔炼中熔炼时间可以为10～30min，并且熔炼温度可以为800～1100℃。通过将控氧熔炼中的熔炼时间和熔炼温度控制在上述范围内，可以确保块状铝屑的快速熔化并且避免铝液长时间高温烧损。
可以在控氧精炼过程中采用真空或Ar等惰性气体保护进行氧势的控制。优选地，在控氧精炼过程中选用真空，可以去除挥发性杂质元素或气体。优选地，将控氧精炼中的氧分压控制在0.001Pa以下。在控氧精炼过程中可以借助于电磁搅拌或吹气搅拌加快元素反应和扩散过程。在控氧精炼中精炼时间可以为10～30min，并且精炼温度可以为800～1100℃。通过将控氧精炼中的精炼时间和精炼温度控制在上述范围内，可以避免铝合金的氧化烧损并且实现铝合金熔液的成分优化。
在加工铝屑熔化完全后对铝合金熔液进行取样分析，并根据检测结果对铝合金熔液进行控氧精炼以实现铝合金熔液的成分优化。优选地，控氧精炼可以包括以下步骤：将金属铜、铜合金、金属锌、锌合金或镁合金添加到铝合金熔液中以进行铝合金熔液中元素的去除和合金化处理。优选地，可以将控氧精炼中的氧分压控制在0.001Pa以下。还可以在控氧精炼中去除诸如铁、硅、气体和夹杂物等杂质。优选地，可以采用离心或过滤等除杂方式进行杂质的去除。
在控氧精炼过程中，诸如金属铜、铜合金、金属锌、锌合金或镁合金等金属或合金的添加量由实际检测的铝合金熔液的成分与目标铝合金成分之间的差异确定。假设检测出铝合金熔液中某种成分的含量为X wt％，而在目标铝合金中要求该成分的平均含量为Ywt％，如果X wt％小于Ywt％，则可以根据Y wt％与X wt％之间的差值计算需要加入的该成分的金属或合金的重量；如果X wt％大于Y wt％，则可以控制精炼条件实现该成分的适当脱除。
根据本发明的航空铝合金加工铝屑回收的方法，在对铝合金熔液进行成分优化后，将铝合金熔液倒入铝槽浇铸成铝锭。
本发明相对于现有技术的改进体现在以下几个方面：
通过对航空铝合金加工铝屑进行包括火法焙烧或湿法洗涤等的预处理可以容易地去除加工过程中使用的切割液和油水，尽可能减少加工铝屑的污染，避免在最终形成的铝合金产品中产生夹杂物。
铝屑比表面较大，在松散状态下铝屑之间的间隔相对较大，导致在加热过程中颗粒之间的传热效率低。此外，由于铝屑质量轻，会浮于熔池表面，导致其氧化烧损严重。发明人经过实验发现，在铝屑松散状态下和在空气中熔炼，铝屑的收得率几乎为零。本发明基于该种现象的考虑，提出了对航空铝合金加工铝屑进行压制成型处理，通过对航空铝合金加工铝屑进行压制成型处理可以增加加工铝屑之间的传热效率，避免加工铝屑的氧化烧损，并且大幅提高加工铝屑的回收率。
铝屑的质量与熔剂的质量相近，铝屑与熔剂容易混合而难以分开，对熔炼后的分离处理带来麻烦。发明人经过实验发现，KCl和NaCl等熔剂能够提高铝屑的回收率，但熔剂与铝锭混合程度较大，难以高效分离。此外，常规熔剂控氧方式多采用特殊搅拌方式对熔剂进行定向分离处理，这对设备提出了更高的要求。本发明提出了对块状铝屑进行控氧熔炼，尤其是在真空或惰性气氛保护条件下借助于电磁搅拌或吹气搅拌等方式进行熔炼，可以避免铝屑的氧化，大幅提高加工铝屑的回收率，同时避免了熔渣和熔盐等伴生固废的产生。
铝与氧结合能力较强，易发生氧化反应。发明人经过实验发现在铝屑熔化后，即使在气氛保护条件下，继续升温到一定温度时仍会出现大量烟尘，说明铝液发生了氧化，最终收得率较低。基于该实验现象，发明人严格控制熔炼过程中的加热温度和熔炼时间等参数，避免铝屑熔化过程中出现烟尘，从而大幅提供了铝屑收得率。
通过使用本发明的航空铝合金加工铝屑回收的方法，能够实现块状铝屑的快速熔化并且获得具有高收得率和合格成分的铝合金。通过本发明，可以很好地解决常规铝屑回收过程中切割液和油水污染、易氧化、收率低以及熔化过程中伴随着铝的大量烧损的问题。本发明对铝屑规格和成型条件要求低，且避免了熔渣和熔盐等伴生固废的产生，达到绿色生产要求。此外，对于切割液和油水污染源种类、铝屑尺寸以及含量的范围具有很大的容忍性。
下面结合具体实施例和对比例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。而且通过下面实施例，本领域技术人员能够完全实现本发明权利要求记载的所有内容。
实施例1
航空铝合金切割铝屑采用2024-Al铝锭切割后产生的铝屑(铝屑长度：>2mm，平均宽度：4mm，平均厚度：0.5-2mm，切割液为Hocut 795-B)，将铝屑放入马弗炉中，在空气气氛中在380℃焙烧30min，随后将铝屑使用30MPa的成型压力压制成直径为10cm、厚度为2cm、密度为1.5t/m3的块状铝屑。称量43.8g压制后的块状铝屑放入石墨坩埚中，随后将石墨坩埚放入真空感应炉中熔炼，熔炼的温度和时间分别为950℃和10min，真空度为50Pa，氧分压低于0.0005Pa。将熔炼后的铝液倒入铸铁槽中浇铸成铝锭，制备出2024-Al合金。图2示出了根据本发明实施例1的铝屑熔化过程的照片。图3示出了根据本发明实施例1的浇铸的铝锭的照片。表2中示出了“GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分”中2024-Al合金的成分要求。
实施例2
航空铝合金切割铝屑采用2024-Al铝锭切割后产生的铝屑(铝屑长度：>2mm，平均宽度：4mm，平均厚度：0.5-2mm，切割液为Hocut 795-B)，在装有工业水的超声清洗机中洗涤30min，将洗涤后的铝屑放入干燥箱中，在80℃下烘干60min。将干燥后的铝屑使用50MPa的成型压力压制成直径为10cm、厚度为2cm、密度为1.9t/m3的块状铝屑。称量48g烘干后的块状铝屑放入石墨坩埚中，随后将石墨坩埚放入真空感应炉中熔炼，熔炼的温度和时间分别为950℃和10min，真空度为50Pa，氧分压低于0.0005Pa。将熔炼后的铝液倒入铸铁槽中浇铸成铝锭，制备出2024-Al合金。图4示出了根据本发明实施例2的浇铸的铝锭的照片。
实施例3
航空铝合金切割铝屑采用2024-Al和7075-Al铝锭切割后产生的铝屑混合料(铝屑长度：5～10mm，平均宽度：5～10mm，平均厚度：0.5～1mm，切割液为Hocut 795-B)，两种铝屑的重量比为1:1。将铝屑混合料放入马弗炉中，在空气气氛中在380℃焙烧30min，随后将铝屑使用200MPa的成型压力压制成直径为10cm、厚度为5cm、密度为2.62t/m3的块状铝屑。称量300g压制后的块状铝屑放入石墨坩埚中，随后将石墨坩埚放入真空感应炉中熔炼，熔炼的温度和时间分别为950℃和10min，真空度为50Pa，氧分压低于0.0005Pa。随后对铝液进行取样分析，并根据检测结果在真空条件下向铝液中添加3.75g金属铜和7.5g镁铝合金进行铜和镁的合金化，在电磁搅拌条件下熔炼10min。将熔炼后的铝液倒入铸铁槽中浇铸成铝锭，制备出2024-Al合金。图5示出了根据本发明实施例3的浇铸的铝锭的照片。
实施例4
航空铝合金切割铝屑采用2024-Al和7075-Al铝锭切割后产生的铝屑混合料(铝屑长度：5～10mm，平均宽度：5～10mm，平均厚度：0.5～1mm，切割液为Hocut 795-B)，两种铝屑的重量比为1:1。将铝屑混合料放入马弗炉中，在空气气氛中在380℃焙烧30min，随后将铝屑使用400MPa的成型压力压制成直径为10cm、厚度为5cm、密度为3.15t/m3的块状铝屑。称量12kg压制后的块状铝屑放入石墨坩埚中，随后将石墨坩埚放入真空感应炉中熔炼，熔炼的温度和时间分别为950℃和10min，真空度为50Pa，氧分压低于0.0005Pa。随后对铝液进行取样分析，并根据检测结果在真空条件下向铝液中添加0.15kg金属铜和0.3kg镁铝合金进行铜和镁的合金化，在电磁搅拌条件下熔炼10min。将熔炼后的铝液倒入铸铁槽中浇铸成铝锭，制备出2024-Al合金。图6示出了根据本发明实施例4的浇铸的铝锭的照片。
实施例5
航空铝合金切割铝屑采用2024-Al和7075-Al铝锭切割后产生的铝屑混合料(铝屑长度：5～10mm，平均宽度：5～10mm，平均厚度：0.5～1mm，切割液为Hocut 795-B)，两种铝屑的重量比为1:1。将铝屑混合料放入马弗炉中，在空气气氛中在380℃焙烧30min，随后将铝屑使用600MPa的成型压力压制成直径为10cm、厚度为5cm、密度为4.0t/m3的块状铝屑。称量15kg压制后的块状铝屑放入石墨坩埚中，随后将石墨坩埚放入真空感应炉中熔炼，熔炼的温度和时间分别为950℃和10min，采用Ar气体保护，氧分压低于0.0005Pa。随后对铝液进行取样分析，并根据检测结果在Ar气体保护条件下向铝液中添加0.5kg金属锌和0.65kg镁铝合金进行锌和镁的合金化，在电磁搅拌条件下熔炼10min。将熔炼后的铝液倒入铸铁槽中浇铸成铝锭，制备出7075-Al合金。表2中示出了“GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分”中7075-Al合金的成分要求。
比较例1
航空铝合金切割铝屑采用2024-Al和7075-Al铝锭切割后产生的铝屑混合料(铝屑长度：5～10mm，平均宽度：5～10mm，平均厚度：0.5～1mm，切割液为Hocut 795-B)，两种铝屑的重量比为1:1。将铝屑混合料放入马弗炉中，在空气气氛中在380℃焙烧30min，随后将铝屑使用400MPa的成型压力压制成直径为10cm、厚度为5cm、密度为3.15t/m3的块状铝屑。称量12kg压制后的块状铝屑放入石墨坩埚中，随后将石墨坩埚放入感应炉中，并在空气气氛中熔炼，熔炼的温度和时间分别为950℃和10min。随后对铝液进行取样分析，并根据检测结果在空气气氛中向铝液中添加0.15kg金属铜和0.3kg镁铝合金进行铜和镁的合金化，在电磁搅拌条件下熔炼10min。将熔炼后的铝液倒入铸铁槽中浇铸成铝锭。图7示出了根据本发明比较例1的浇铸的铝锭的照片。
比较例2
航空铝合金切割铝屑采用2024-Al和7075-Al铝锭切割后产生的铝屑混合料(铝屑长度：5～10mm，平均宽度：5～10mm，平均厚度：0.5～1mm，切割液为Hocut 795-B)，两种铝屑的重量比为1:1。将铝屑使用400MPa的成型压力压制成直径为10cm、厚度为5cm、密度为3.15t/m3的块状铝屑。称量12kg压制后的块状铝屑放入石墨坩埚中，随后将石墨坩埚放入真空感应炉中熔炼，熔炼的温度和时间分别为950℃和10min，真空度为50Pa，氧分压低于0.0005Pa。随后对铝液进行取样分析，并根据检测结果在真空条件下向铝液中添加0.15kg金属铜和0.3kg镁铝合金进行铜和镁的合金化，在电磁搅拌条件下熔炼10min。将熔炼后的铝液倒入铸铁槽中浇铸成铝锭。
比较例3
航空铝合金切割铝屑采用2024-Al和7075-Al铝锭切割后产生的铝屑混合料(铝屑长度：5～10mm，平均宽度：5～10mm，平均厚度：0.5～1mm，切割液为Hocut 795-B)，两种铝屑的重量比为1:1。将铝屑混合料放入马弗炉中，在空气气氛中在380℃焙烧30min。称量3kg铝屑放入石墨坩埚中，随后将石墨坩埚放入真空感应炉中熔炼，熔炼的温度和时间分别为1100℃和20min，真空度为50Pa，氧分压低于0.0005Pa。随后对铝液进行取样分析，并根据检测结果在真空条件下向铝液中添加0.15kg金属铜和0.3kg镁铝合金进行铜和镁的合金化，在电磁搅拌条件下熔炼10min。将熔炼后的铝液倒入铸铁槽中浇铸成铝锭。
表1实施例和比较例的试验结果
Figure BDA0003066746560000141
表2“GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分”的要求(wt％)
Cu Mg Si Zn Mn Cr Fe
2024-Al 3.80-4.90 1.20-1.80 <0.50 <0.25 0.30-0.90 <0.10 <0.50
7075-Al 1.20-2.0 2.10-2.90 <0.60 5.1-6.1 <0.3 <0.10 <0.50
实施例2与实施例1相比改变了预处理方式，即实施例1和实施例2分别采用火法焙烧和湿法洗涤的方式去除切割液和油水。实施例3在2系铝屑基础上掺入50％的7系铝屑并制备2系铝合金，增加了除Zn以及Mg、Cu合金化过程。实施例4在实施例3的基础上进行了放大试验，由300g放大到12kg规模。实施例5在实施例4基础上，通过采用Ar气体保护，并进行Zn和Mg的合金化处理，制备出7075-Al合金，满足合金成分要求。比较例1针对实施例4取消了真空控氧环节，对比控氧熔炼精炼对铝屑熔化和成分优化的影响。在比较例2中没有进行包括火法焙烧或湿法洗涤的预处理，对比预处理对铝屑回收的影响。在比较例3中铝屑没有进行压块处理，对比压块处理对铝屑回收的影响。
从表1可知，在实施例1和实施例2中的两种方式下本发明可以实现块状铝屑的快速熔化，铝屑回收率高达99％以上，且熔炼后的铝锭成分符合2024-Al合金的要求，达到了铝屑保值利用的要求。实施例3和实施例4以2系和7系切割铝屑混合料为对象，从300g小实验到12kg放大试验，都实现了99％以上的铝屑回收率，且熔炼后的铝锭成分符合2024-Al合金的要求，满足了铝屑保值利用的要求。而比较例1在未采用控氧的条件进行了熔炼精炼，结果导致了铝屑的回收率低并且主要成分锌未能降低到2024-Al合金成分要求范围内，并且镁含量超出了2024-Al合金成分要求的范围，证实了控氧的必要性。在比较例2中在没有进行火法焙烧或湿法洗涤的条件下进行了熔炼精炼，结果导致了最终铝合金中碳含量2.02ppm明显高于其他实施例1ppm左右，且在电镜下明显发现碳化物类夹杂物(参见图8)。对于实施例1-5中获得的铝合金，在电镜下进行观察，均没有发现任何碳化物类夹杂物。这些碳化物会对合金性能产生明显影响，证实了对于铝屑进行焙烧预处理的重要性。在比较例3中以2系和7系切割铝屑混合料为对象，未采用压块处理，熔炼精炼过程中温度和时间明显增加，且回收率相对降低，部分元素成分未能满足合金要求。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例达到了如下技术效果：
火法焙烧或湿法洗涤的预处理都实现了铝屑表层切割液和油水的去除，对于最终的铝屑回收没有明显差异，证明两种预处理方式都可行。
压制成型后形成的块状铝屑的密度可以从1.0t/m3到5.0t/m3大跨度范围变化，控氧熔炼精炼过程可以实现很好的熔化和成分优化，由此可以证明本发明对入炉前铝屑规格要求低。
控氧熔炼精炼工艺大幅提高了加工铝屑的回收率，实现了铝屑的高值转化，同时避免了熔渣和熔盐等伴生固废的产生。因此，通过本发明的方法可以更高效地回收加工铝屑。
本申请通过对航空铝合金加工铝屑进行包括火法焙烧或湿法洗涤的预处理可以容易地去除加工过程中使用的切割液和油水，尽可能减少加工铝屑的污染，避免在最终形成的铝合金产品中产生夹杂物；通过对预处理后的航空铝合金加工铝屑进行压制成型可以增加加工铝屑之间的传热效率，避免加工铝屑的氧化烧损，并且大幅提高加工铝屑的回收率；通过对块状铝屑进行控氧熔炼可以避免铝屑的氧化，大幅提高加工铝屑的回收率，同时避免了熔渣和熔盐等伴生固废的产生。因此，通过本发明的方法可以以较高的铝屑回收率制备满足航空铝合金成分要求的铝合金产品，避免在最终形成的铝合金产品中产生夹杂物，高效地回收航空铝合金加工铝屑，实现了航空铝合金加工铝屑的保值利用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航空铝合金加工铝屑回收的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对所述航空铝合金加工铝屑进行包括火法焙烧或湿法洗涤的预处理；
对预处理后的所述航空铝合金加工铝屑进行压制成型以形成块状铝屑；
在熔炼炉中对所述块状铝屑进行控氧熔炼以形成铝合金熔液；以及
对所述铝合金熔液进行浇注以得到满足航空铝合金成分要求的铝合金产品。
2.根据权利要求1所述的航空铝合金加工铝屑回收的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述控氧熔炼之后并且在所述浇注之前对所述铝合金熔液进行控氧精炼以实现所述铝合金熔液的成分优化。
3.根据权利要求1或2所述的航空铝合金加工铝屑回收的方法，其特征在于，所述航空铝合金加工铝屑为2系铝合金加工铝屑和7系铝合金加工铝屑中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的航空铝合金加工铝屑回收的方法，其特征在于，在空气气氛中进行所述火法焙烧，并且在所述火法焙烧中的焙烧温度为100～500℃。
5.根据权利要求1或2所述的航空铝合金加工铝屑回收的方法，其特征在于，所述湿法洗涤包括洗涤和干燥，在洗涤过程中采用的洗涤液为工业水、高纯水或酒精中的一种或多种，优选地在洗涤过程中采用微波振动、超声振动或机械搅拌中的一种或多种强化洗涤过程，优选地在干燥过程中采用的干燥温度为60～150℃。
6.根据权利要求1或2所述的航空铝合金加工铝屑回收的方法，其特征在于，在所述压制成型后形成的所述块状铝屑的密度为1.0～5.0t/m3。
7.根据权利要求1或2所述的航空铝合金加工铝屑回收的方法，其特征在于，在所述控氧熔炼中采用真空或惰性气体保护进行氧势的控制，优选地将所述控氧熔炼中的氧分压控制在0.001Pa以下。
8.根据权利要求1或2所述的航空铝合金加工铝屑回收的方法，其特征在于，所述控氧熔炼包括在控氧条件下实现所述块状铝屑的快速熔化，优选地在所述控氧熔炼中借助于电磁搅拌或吹气搅拌加快所述块状铝屑的熔化，优选地在所述控氧熔炼中熔炼时间为10～30min，并且熔炼温度为800～1100℃。
9.根据权利要求2所述的航空铝合金加工铝屑回收的方法，其特征在于，在所述控氧精炼中采用真空或惰性气体保护进行氧势的控制，优选地将所述控氧精炼中的氧分压控制在0.001Pa以下，优选地在所述控氧精炼中借助于电磁搅拌或吹气搅拌加快元素反应和扩散过程，优选地在所述控氧精炼中精炼时间为10～30min，并且精炼温度为800～1100℃。
10.根据权利要求2所述的航空铝合金加工铝屑回收的方法，其特征在于，所述控氧精炼包括以下步骤：将金属铜、铜合金、金属锌、锌合金或镁合金添加到所述铝合金熔液中以进行所述铝合金熔液中元素的去除和合金化处理，优选地将所述控氧精炼中的氧分压控制在0.001Pa以下。
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