JP2009541585A - 航空機産業に由来するアルミニウム合金製のスクラップのリサイクル方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
−FeおよびSiのような、同等の等級でのリサイクルを可能にしない元素の含有量を産業的な方法で減少させることであり、特に、0.1重量%未満、好ましくは0.05重量%未満のFeおよびSiの含有量を得ることと、
−これらの合金の大半に共通する元素(7XXXシリーズではZn、Mg、Cu、2XXXシリーズではCuおよびMg)の含有量は減少させないこと、
−ある場合には、ある種の合金で利用することのできるいくつかの希少元素(Li、Ag、Sc)の含有量を減少させないことである。
(i)供給過程では、航空機産業で用いられるアルミニウム合金を多く含むスクラップを供給し、
(ii)溶融過程では、最初の溶融金属浴を得るために前記スクラップを溶融炉で溶かし、
(iii)偏析過程では、凝固塊と残留液体浴を得るために最初の溶融金属浴を分別結晶化による精製にかけ、
(iv)回収過程において、再溶融ブロックを得るために凝固塊を回収する。
本発明の方法によってリサイクル可能なスクラップはさまざまな形状をとることができる。
−スクラップを構成する合金のシリーズ(一般的には2XXXまたは7XXX)を選択し、適切な選別をする作業と、
−金属性不純物または非金属性不純物を場合によっては分離する作業と、
−任意にオイル除去する作業、
を含んでいる。
スクラップの溶融は溶融炉で行い、該溶融によって最初の溶融金属浴が得られる。用いるスクラップは、航空機産業で用いられるアルミニウム合金を多く含有しており、最初の溶融金属浴中のZn、Cu、MgおよびLiの含有量の総計は常に4重量%を超える。好適には、最初の溶融金属浴中のZn、Cu、MgおよびLiの含有量の総計は6重量%を超え、好ましくは8重量%を超える。
知られている主要なアルミニウムの精製方法は、電解による精製方法(「3層法」または「Gadeau方法」と呼ばれる)と、分別結晶化による精製方法(「偏析」方法と呼ばれる)である。これらの方法は、比較的純粋な金属(典型的にはアルミニウム含有量が99.5重量%を超え、さらには99重量%を超える)から非常に純度の高い金属(典型的にはアルミニウム含有量が99.9重量%を超え、99.999%に達することもある)を得るためにだけアルミニウム産業で用いられている。欧州特許第0091386号明細書および米国特許第6406515号明細書(Aluminium Pechiney)または米国特許第4734127号明細書(Nippon Light Metal)は、不純物の総含有量がおよそ500〜1500ppm(99.85重量%超のアルミニウム含有量に相当する)の液体アルミニウムの偏析方法を記載しており、これらの方法を、アルミニウム含有量が99重量%未満の出発金属に対して応用することは考えられていない。偏析方法によって、特に、分配係数の低い元素を精製することが可能となる。分配係数は、元素の固相における濃度と液相における濃度の間で平衡となる比率である。
偏析過程の後、残留液体を凝固塊から分離させる。好適には、この分離は、偏析過程を行った耐熱性のるつぼを傾けることで排出脱水によって行われる。傾斜角は、凝固塊が転落する危険を冒すことなく、液体を急速に排出するように選択される。本発明のもう一つの実施態様では、残留液体は適切な手段を用いて吸い出される。
包晶元素、すなわち、分配係数が1を超える元素であり、特にクロムとジルコニウムである包晶元素を精製することからなる補助過程を行うことが好適となることもある。好適には、この過程はホウ素を含む選択的な沈殿剤を用いて少なくとも一つの包晶元素を沈殿させることと、形成された沈殿産物を分離することで行われる。
本発明による方法によって得られた再溶融ブロックは、航空機産業を目的とした半完成製品の製造に利用することができる。本発明による再溶融ブロックは、FeおよびSiといった不純物をもたらさず、Zn、Cu、MgおよびLiのような合金元素をもたらすことができるので好ましいものであり、このことは、航空機産業で用いられるアルミニウム合金を多く含有するスクラップを直接加えることによっては不可能である。
−7075合金製のスクラップの入手、
−偏析装置に供給するのに十分な量のスクラップの溶融、
−所定の結晶形成速度による分別結晶化、
−残留する不純液の排出、である。
[i]0は溶融金属における元素iの初期濃度であり、
[i]fは溶融金属における元素iの最終濃度であり、
fsはプログラムされた凝固部分である。
4 耐熱性のるつぼ
5 加熱手段
6 炉
Claims (25)
- 航空機産業用のアルミニウム合金の精錬を目的とした、アルミニウムをベースとする再溶融ブロックの製造方法であり、
(i)供給過程では、航空機産業で用いられるアルミニウム合金を多く含有するスクラップを供給し、
(ii)溶融過程では、最初の溶融金属浴を得るために溶融炉で前記スクラップを溶かし、
(iii)偏析過程では、凝固塊と残留液体浴を得るために、最初の溶融金属浴を分別結晶化による精製にかけ、
(iv)回収過程では、再溶融ブロックを得るために凝固塊を回収する、
製造方法。 - 前記スクラップが7XXXシリーズまたは2XXXシリーズの合金を多く含有する、請求項1に記載の方法。
- 前記スクラップが、7010、7040、7050、7150、7250、7055、7056、7068、7049、7140、7149、7249、7349、7449、7075、7175および7475で構成されるグループに含まれる7XXX合金を含む、請求項2に記載の方法。
- 供給過程が磁気選別および/またはフーコー電流による選別作業を含む、請求項1〜請求項3のいずれか一つに記載の方法。
- 供給過程がオイル除去作業を含む、請求項1〜請求項4のいずれか一つに記載の方法。
- 溶融過程の全部または一部の間に、溶融金属浴の表面に浮かぶスクラップのベッドを作成する、請求項1〜請求項5のいずれか一つに記載の方法。
- 包晶元素を精製する補助過程を行う、請求項1〜請求項6のいずれか一つに記載の方法。
- 包晶元素の精製過程が溶融過程と偏析過程の間に行われる、請求項7に記載の方法。
- 前記凝固塊が偏析過程の間に少なくとも一回の部分的な再溶融を受ける、請求項1〜請求項8のいずれか一つに記載の方法。
- 前記分別結晶化が、所定の速度で結晶化を実行することを可能にする装置を用いて行われる、請求項1〜請求項9のいずれか一つに記載の方法。
- 金属全体が最初にチャージされ、そして分別結晶化にかけられ、結晶化速度が、結晶化時間当たりの、形成される結晶の総量として与えられ、最初にチャージされた重量のパーセンテージとして表され、およそ3.8%/hとおよそ6.2%/hの間、好ましくは4%/hと6%/hの間に含まれる、請求項1〜請求項10のいずれか一つに記載の方法。
- 結晶化速度がおよそ90kg/hとおよそ140kg/hの間、好ましくはおよそ100kg/hとおよそ130kg/hの間に含まれる、請求項1〜請求項11のいずれか一つに記載の方法。
- 偏析過程が、耐熱性のるつぼ(4)、少なくとも一つの加熱手段(5)を備えた炉(6)、加圧用の端部(12)およびこの端部と一体化したロッド(11)ならびにロッド−端部のユニットを垂直方向に動かすための手段(13)を含んだ少なくとも一つの加圧手段(1)を含んだ装置を用いて行われ、前記装置がまた、固体塊の高さHの測定を可能にする手段と、Hおよび標的の値H’に応じて一つまたは複数の加熱手段の作動を操作するための手段を含んでいる、請求項10〜請求項12のいずれか一つに記載の方法。
- 加圧手段(1)が交互に押し下げられ、引き上げられる、請求項13に記載の方法。
- 得られた再溶融ブロックの塊と、溶融スクラップの最初の塊の間の比率がおよそ50%とおよそ90%の間、好ましくはおよそ60%とおよそ80%の間に含まれる、請求項1〜請求項14のいずれか一つに記載の方法。
- 偏析過程が、耐熱性のるつぼ(4)、少なくとも一つの加熱手段(5)を備えた炉(6)、加圧用の端部(12)およびこの端部と一体化したロッド(11)ならびにロッド−端部のユニットを垂直方向に動かすための手段(13)を含んだ少なくとも一つの加圧手段(1)、溶融金属の温度を連続的に測定することを可能にする測定手段、および溶融金属の温度に応じた加熱手段の操作を可能にする調節回路を含んだ装置を用いて行われ、かつ、溶融金属の温度の所定の低下速度が設定されている、請求項1〜請求項9のいずれか一つに記載の方法。
- 溶融金属の温度の前記所定の低下速度が、1℃/hと5℃/hの間、好ましくは2℃/hと4℃/hの間に含まれる、請求項16に記載の方法。
- 溶融金属の温度が570℃に達したとき、好ましくは580℃に達したときに偏析過程が停止される、請求項1〜請求項17のいずれか一つに記載の方法。
- 回収過程の間に排出脱水が実行される、請求項1〜請求項18のいずれか一つに記載の方法。
- 前記再溶融ブロックのZn、Cu、MgおよびLiの含有量の総計が少なくとも3重量%、好ましくは少なくとも4重量%、より好ましくは少なくとも5重量%である、請求項1〜請求項19のいずれか一つに記載の方法。
- 前記再溶融ブロックが少なくとも1000kgの重量を有し、好ましくは少なくとも1300kgである、請求項1〜請求項20のいずれか一つに記載の方法。
- 半完成製品の製造方法であり、請求項1〜請求項21のいずれか一つに記載の方法によって得られた少なくとも一つの再溶融ブロックを溶かし、航空機産業を目的とした合金、典型的には7XXXシリーズまたは2XXXシリーズの合金を精錬し、この合金を半完成製品の形状に鋳造する製造方法。
- 鉄の平均含有量が、溶融過程の最後に得られた最初の溶融金属浴より5倍少ないことを特徴とする、請求項1〜請求項21のいずれか一つに記載の方法で得られた再溶融ブロック。
- 鉄の含有量とシリコンの含有量が0.1重量%未満であり、好ましくは0.05重量%未満である、請求項23に記載の再溶融ブロック。
- 請求項22に記載の方法によって得られた半完成製品の利用法であり、航空機の構造部品の製造を目的とした利用法。
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