JP2024520992A - アルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法 - Google Patents

アルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2024520992000001
アルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法は、未被覆アルミニウム合金スクラップを得るためにアルミニウム合金スクラップに対して選択的酸化焙焼および洗浄処理を実行するステップと;アルミニウム合金溶融液を得るために精製炉内で未被覆アルミニウム合金スクラップを溶融し、アルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、ターゲット合金成分の要件に従ってアルミニウム合金溶融液に金属銅、銅合金、マグネシウム合金または亜鉛合金を添加し、精製アルミニウム合金溶融液を得るために精製炉内の圧力強度および酸素分圧を調整し、外部場撹拌モードを連結することによって圧力制御および酸素制御式溶融を実行するステップと;ターゲット合金成分を有するアルミニウム合金溶融物を得るために精製アルミニウム合金溶融液を濾過するステップと;アルミニウム合金溶融物を鋳造するステップとを含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2021年5月14日出願の中国特許出願第202110529048.1号の優先権を主張する。
本開示は、一般に、「都市鉱山」資源の総合的な利用および環境保護の分野に関し、より詳細には、アルミニウム合金材料をリサイクルするための方法に関する。
アルミニウム合金は、高強度、低密度、耐食性などの一連の優れた特性により、世界で2番目に大きな金属材料となっている。世界経済の急速な発展に伴い、世界中で一次アルミニウムの生産が急速に増加している。データから、世界の一次アルミニウムの生産量は2017年に6340万トンであることが示されている。1920年代から21世紀の初めにかけて、航空機材料中のアルミニウム合金部品の質量比は、総質量の75%~80%に達する。
一次アルミニウムの製造と比較して、アルミニウムを製造および再生するための二次アルミニウム資源の使用は、ボーキサイト資源を節約するだけでなく、エネルギー消費を大幅に削減する。したがって、エネルギー危機を緩和し、環境負荷を低減するというプラスの効果を有する。しかしながら、アルミニウム合金を用いる場合には、合金成分の含有量が多く、組成が複雑である場合を含め、課題があり得る。現在、アルミニウム合金を再生して調製する際に解決すべき技術的な困難は、溶融プロセス中に亜鉛、銅およびマグネシウムなどの合金成分の正確かつ効率的な制御を達成することである。
したがって、当業者は、アルミニウム合金材料をリサイクルするためのリサイクルおよびそれ自体の方法の分野における研究開発努力を継続している。
下記は、本開示による主題の、特許請求されてもよいし、そうでなくてもよい例の非網羅的なリストである。
アルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法が開示される。
一例では、方法は、未被覆アルミニウム合金スクラップを得るために、アルミニウム合金スクラップに対して選択的酸化焙焼および洗浄処理を実行し、それによって塗料除去および油除去を行うステップを含む。方法は、アルミニウム合金溶融液を得るために未被覆アルミニウム合金スクラップを精製炉内で溶融し、アルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、ターゲット合金成分の要件に従ってアルミニウム合金溶融液に金属銅、銅合金、マグネシウム合金または亜鉛合金を添加し、精製アルミニウム合金溶融液を得るために精製炉内の圧力強度および酸素分圧を調整し、外部場撹拌モードを連結することによって圧力制御および酸素制御式溶融を実行するステップをさらに含む。方法は、精製アルミニウム合金溶融液から分離するために圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて揮発した揮発性元素を凝縮および液化するステップであって、揮発性元素が存在しない場合、凝縮および液化するステップを排除する、ステップをさらに含む。方法は、ターゲット合金成分を有するアルミニウム合金溶融物を得るために、精製アルミニウム合金溶融液を濾過するステップをさらに含む。方法は、アルミニウム合金溶融物を鋳造するステップをさらに含む。
別の例では、方法は、アルミニウム合金スクラップを選択的酸化焙焼するステップと、未被覆アルミニウム合金スクラップを生成するためにアルミニウム合金スクラップを洗浄するステップと、アルミニウム合金溶融液を生成するために精製炉内で未被覆アルミニウム合金スクラップを溶融するステップと、アルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出するステップと、アルミニウム合金溶融液に金属銅、銅合金、マグネシウム合金、および亜鉛合金の1つまたは複数を添加するステップと、精製アルミニウム合金溶融液を生成するためにアルミニウム合金溶融液を圧力制御および酸素制御式に溶融するステップと、アルミニウム合金溶融物を生成するために精製アルミニウム合金溶融液を濾過するステップと、アルミニウム合金溶融物を鋳造するステップとを含む。
開示されている装置、システム、および方法の他の例については、以下の詳細な説明、添付の図面、および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
本開示による1つの実施形態の全体的なプロセスフロー図である。
本開示の1つの目的は、アルミニウム合金スクラップ中の亜鉛、銅およびマグネシウムなどの合金成分の正確かつ効率的な制御を達成することが困難であるという従来技術における問題を解決するために、アルミニウム合金スクラップをリサイクルする方法を提供することである。
上記の目的を達成するために、本開示によれば、アルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法であって、以下のステップ、すなわち、未被覆アルミニウム合金スクラップを得るために、アルミニウム合金スクラップに対して選択的酸化焙焼および洗浄処理を実行し、それによって塗料除去および油除去を行うステップと;アルミニウム合金溶融液を得るために未被覆アルミニウム合金スクラップを精製炉内で溶融し、アルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、ターゲット合金成分の要件に従ってアルミニウム合金溶融液に金属銅、銅合金、マグネシウム合金または亜鉛合金を添加し、精製アルミニウム合金溶融液を得るために精製炉内の圧力強度および酸素分圧を調整し、外部場撹拌モードを連結することによって圧力制御および酸素制御式溶融を実行するステップと;精製アルミニウム合金溶融液から分離するために圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて揮発した揮発性元素を凝縮および液化するステップであって、揮発性元素が存在しない場合、凝縮および液化するステップを排除する、ステップと;ターゲット合金成分を有するアルミニウム合金溶融物を得るために、精製アルミニウム合金溶融液を濾過するステップと;アルミニウム合金溶融物を鋳造するステップとを含む、方法が提供される。
さらに、アルミニウム合金スクラップは、アルミニウム合金スイープ、アルミニウム合金切削残留物またはそれらの混合物を含み、方法は、未被覆アルミニウム合金スクラップを溶融する前に未被覆アルミニウム合金スクラップにブリケッティング処理を実行するステップを含む。
さらに、方法は、圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて、ターゲット合金成分の要件に従って溶融塩を添加するステップをさらに含む。
さらに、アルミニウム合金スクラップの供給源は、アルミニウム合金加工スクラップまたは廃棄物分解アルミニウム合金スクラップを含み、好ましくは、アルミニウム合金スクラップは、2系アルミニウム合金スクラップおよび7系アルミニウム合金スクラップの1つまたは複数であり、好ましくは、アルミニウム合金スクラップは、2系アルミニウム合金スクラップの1つまたは複数と7系アルミニウム合金スクラップの1つまたは複数とから形成された混合スクラップである。
さらに、10体積%以上の酸素濃度で選択酸化焙焼が実行される。
さらに、選択的酸化焙焼プロセスでは、焙焼温度は200℃~600℃の範囲内に制御され、焙焼時間は10~180分の範囲内に制御される。
さらに、未被覆アルミニウム合金スクラップのブリケッティング処理は、ブリケッティング機を使用し、プレス圧力強度およびプレス時間を選択することによって実行され、好ましくは、プレス圧力強度は10~100MPaの範囲内に制御され、プレス時間は1~100分の範囲内に制御される。
さらに、精製炉は、真空抵抗炉、真空誘導炉または常圧中周波炉であり、好ましくは、ターゲット合金が2系アルミニウム合金である場合には、精製炉は真空誘導炉であり、ターゲット合金が7系アルミニウム合金である場合には、精製炉は常圧中周波炉であり、より好ましくは、圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて、真空誘導炉内の圧力強度は、50Pa以下に制御され、真空誘導炉内の酸素分圧は、0.0001Pa以下に制御される。
さらに、圧力制御および酸素制御式溶融プロセスでは、溶融温度は700~1250℃の範囲内に制御され、溶融時間は10~640分の範囲内に制御される。
さらに、外部場撹拌モードは、電磁撹拌または送風撹拌である。
本開示の技術的スキームを適用することにより、アルミニウム合金スクラップに選択的酸化焙焼および洗浄処理を実行することで、温和な条件および簡単な操作で塗料および油を効率的に除去することができ、アルミニウム合金の燃焼損失が回避される。圧力制御および酸素制御式溶融によって、アルミニウム合金スクラップ中の合金成分を適切に利用することができ、アルミニウム合金スクラップ中の亜鉛、銅およびマグネシウムなどの成分の含有量を正確かつ効率的に制御することができ、工業用成分の要件を満たすアルミニウム合金が再生され、調製される。凝縮液化工程を経て、揮発した揮発性元素は合金形態でリサイクルされ、コストが節約されるだけでなく、潜在的な揮発性物質による環境の悪化も回避される。したがって、本開示のアルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法は、アルミニウム合金スクラップ中の亜鉛、銅およびマグネシウムなどの成分の正確かつ効率的な制御を短距離溶融プロセスによって達成し、アルミニウム合金スクラップ中の合金成分を高い金属収率で適切に利用することができ、それによって工業用成分の要件を満たすアルミニウム合金を再生および調製することができる。
本出願の実施形態および実施形態の特徴は、矛盾しない場合に互いに組み合わせることができることに留意されたい。以下、本開示を実施形態と組み合わせて詳細に説明する。
背景技術で説明したように、従来技術では、アルミニウム合金スクラップ中の亜鉛、銅およびマグネシウムなどの合金成分の正確かつ効率的な制御を達成することは困難である。問題を解決するために、本出願は、アルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法であって、以下のステップ、すなわち、未被覆アルミニウム合金スクラップを得るために、アルミニウム合金スクラップに対して選択的酸化焙焼および洗浄処理を実行し、それによって塗料除去および油除去を行うステップと;アルミニウム合金溶融液を得るために未被覆アルミニウム合金スクラップを精製炉内で溶融し、アルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、ターゲット合金成分の要件に従ってアルミニウム合金溶融液に金属銅、銅合金、マグネシウム合金または亜鉛合金を添加し、精製アルミニウム合金溶融液を得るために精製炉内の圧力強度および酸素分圧を調整し、外部場撹拌モードを連結することによって圧力制御および酸素制御式溶融を実行するステップと;精製アルミニウム合金溶融液から分離するために圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて揮発した揮発性元素を凝縮および液化するステップであって、揮発性元素が存在しない場合、凝縮および液化するステップを排除する、ステップと;ターゲット合金成分を有するアルミニウム合金溶融物を得るために、精製アルミニウム合金溶融液を濾過するステップと;アルミニウム合金溶融物を鋳造するステップとを含む、方法を提供する。
本出願におけるアルミニウム合金スクラップは、航空アルミニウム合金スクラップを含むことができる。好ましくは、アルミニウム合金スクラップは、航空アルミニウム合金スクラップであってもよい。本出願におけるアルミニウム合金スクラップは、2系アルミニウム合金スクラップおよび7系アルミニウム合金スクラップのうちの1つまたは複数を含むことができる。本開示のアルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法により、工業用成分の要件を満たすアルミニウム合金、特に航空産業部品の要件を満たす航空アルミニウム合金を再生し、高い金属収率で調製することができる。
本願では、アルミニウム合金の工業用成分の要求事項を満たすとは、「GB/T3190-2008展伸アルミニウムおよびアルミニウム合金化学成分」に規定された、2024-Al合金等の2系アルミニウム合金、7075-Al合金等の7系アルミニウム合金等の特定のアルミニウム合金の成分要求事項を満たすことをいう。2系アルミニウム合金の主な合金成分は、銅およびマグネシウムであり、7系アルミニウム合金の主な合金成分は、亜鉛、マグネシウムおよび銅である。
本願では、アルミニウム合金スクラップに対して選択酸化焙焼を実行する目的は、アルミニウム合金スクラップの表面の塗料層および油層のみを酸化させ、アルミニウム合金スクラップ本体の合金成分を酸化させないことである。
洗浄処理は、当技術分野における従来の洗浄方法を使用してアルミニウム合金スクラップに対して実行することができる。アルミニウム合金スクラップからの塗料および油の効率的な除去を確実にするために、洗浄処理は、以下のステップ、すなわち1~10%(w/w)の塩酸を使用して選択的酸化焙焼後に30~80℃で5~60分間超音波条件下でアルミニウム合金スクラップを1回洗浄し、次いで、得られたアルミニウム合金スクラップを室温で10~60分間高純度水によって洗浄することによって、アルミニウム合金スクラップに対して実行することができる。
ターゲット合金成分の要件に従って、アルミニウム合金溶融液に金属銅、銅合金、マグネシウム合金または亜鉛合金を添加するプロセスにおいて、これらの金属または合金の添加量は、実際に検出されたアルミニウム合金溶融液の成分とターゲット合金成分との間の差により決定される。アルミニウム合金溶融液中の特定の成分のオンライン検出含有量がX重量%であり、ターゲット合金中の成分の平均含有量がY重量%である必要があると仮定すると、X重量%がY重量%未満である場合、アルミニウム合金スクラップに対する添加されるべき成分の金属または合金の重量百分率は、Y重量%とX重量%との間の差分値に従って計算することができる。X重量%がY重量%より大きい場合、溶融条件を制御することによって成分の適切な除去を達成することができる。成分の動的調整により、溶融合金は、ターゲット合金の成分要件を満たすことが保証される。
アルミニウム合金の溶融過程で揮発する揮発性元素としては、主に亜鉛、マグネシウム等が挙げられる。揮発性元素の有無は、検出されたアルミニウム合金溶融液の組成に基づいて決定されてもよい。揮発性元素が存在しない場合、凝縮および液化するステップは、省略されてもよい。
本出願は、アルミニウム合金スクラップに対して選択的酸化焙焼および洗浄処理を実行することにより、穏やかな条件および簡単な操作で塗料および油を効率的に除去し、アルミニウム合金の燃焼損失を回避することができ;圧力制御および酸素制御式溶融によって、アルミニウム合金スクラップ中の合金成分を適切に利用し、アルミニウム合金スクラップ中の亜鉛、銅およびマグネシウムなどの成分の含有量を正確かつ効率的に制御し、工業用成分の要件を満たすアルミニウム合金を再生および調製することができ;凝縮液化ステップを経て、合金形態で揮発した揮発性元素をリサイクルし、コストを節約するだけでなく、潜在的に揮発性の物質によって環境が損なわれるのを回避することもできる。したがって、本開示のアルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法は、アルミニウム合金スクラップ中の亜鉛、銅およびマグネシウムなどの成分の正確かつ効率的な制御を短距離溶融プロセスによって達成し、アルミニウム合金スクラップ中の合金成分を高い金属収率で適切に利用することができ、それによって工業用成分の要件を満たすアルミニウム合金を再生および調製することができる。
本開示のアルミニウム合金スクラップの供給源は、アルミニウム合金加工スクラップまたは廃棄物分解アルミニウム合金スクラップを含み、廃棄物分解アルミニウム合金スクラップは、例えば廃飛行機分解アルミニウム合金スクラップである。本開示のアルミニウム合金スクラップは、2系アルミニウム合金スクラップおよび7系アルミニウム合金スクラップのうちの1つ、またはそれらのより多くの混合スクラップであってもよい。アルミニウム合金スクラップは、2系アルミニウム合金スクラップの1つまたは複数と7系アルミニウム合金スクラップの1つまたは複数とを任意の割合で混合することによって形成された混合スクラップであってもよい。
2系アルミニウム合金および7系アルミニウム合金の混合スクラップの成分の特徴を暗示して、本開示は、選択的酸化焙焼、圧力制御および酸素制御式溶融、合金化、凝縮、非金属介在物分離および鋳造のモードを通して、2系アルミニウム合金および7系アルミニウム合金の混合スクラップからの2系アルミニウム合金または7系アルミニウム合金の再生および調製を最終的に達成する。
本開示のアルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法は、圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて、ターゲット合金成分の要件に従って溶融塩を添加することをさらに含むことができる。例えば、35%NaCl-35%KCl-30%AlCl3(w/w)または45%NaCl-45%KCl-10%AlCl3(w/w)を溶融塩として使用することができる。溶融塩を添加することにより、溶融物の表面の酸化を低減してアルミニウム合金スクラップのリサイクル率を改善することができ、合金成分を微調整することができる。
選択的酸化焙焼は、10体積%以上の酸素濃度で実行されてもよい。上記の酸素濃度を採用することにより、塗料および油をアルミニウム合金スクラップから除去して未被覆アルミニウム合金スクラップを得ることを保証することができ、それによって被覆層中の不純物元素(例えば、クロム、バリウムおよびストロンチウムなど)が溶融プロセスに入ることで、再生および調製されたアルミニウム合金が成分の規格に達しないことを回避する。酸素濃度が10体積%未満であると、アルミニウム合金スクラップの表面の塗料層および油層が適切に酸化されない可能性があり、したがって、アルミニウム合金スクラップから塗料および油層が完全に除去されて未被覆アルミニウム合金スクラップを得ることが保証されない可能性があり、再生および調製されたアルミニウム合金の成分が規格外となる原因となる。好ましくは、選択的酸化焙焼プロセスにおける酸素濃度は、10体積%~25体積%の範囲内であってもよい。
選択的酸化焙焼は焙焼炉内で行われてもよく、使用される焙焼炉は抵抗炉または誘導炉であってもよく、好ましくは、酸化焙焼処理は抵抗炉を使用して実行されてもよい。
アルミニウム合金スクラップの基板から剥離されるアルミニウム合金スクラップの塗料層および油層をより良好に促進し、アルミニウム合金スクラップの過度の酸化損傷を回避するために、選択的酸化焙焼プロセスにおける焙焼温度は、200℃~600℃の範囲内に制御することができる。例えば、焙焼温度は、200℃、300℃、400℃、500℃または600℃などであってもよい。
選択的酸化焙焼プロセスにおける焙焼時間は、10~180分の範囲内で制御することができる。例えば、焙焼時間は、20分、50分、80分、120分、150分または180分などであってもよい。焙焼時間を上記範囲に制御することにより、未被覆アルミニウム合金スクラップを得るためにアルミニウム合金スクラップから塗料および油が適切に除去され、アルミニウム合金本体の損失が可能な限り回避されることが保証され得る。
選択的酸化焙焼プロセスにおける焙焼温度および焙焼時間を調整することにより、アルミニウム合金スクラップの塗料層および油層をアルミニウム合金スクラップの基板から剥離するのを促進することができ、アルミニウム合金スクラップの過酸化損傷を回避することができる。
アルミニウム合金スクラップがアルミニウム合金スイープ、アルミニウム合金切削残留物またはそれらの混合物などの形態の材料を含む場合、本開示の方法は、未被覆アルミニウム合金スクラップを溶融する前に未被覆アルミニウム合金スクラップにブリケッティング処理を実行するステップをさらに含む。未被覆アルミニウム合金スクラップにブリケッティング処理を実行することにより、圧縮されたアルミニウム合金ブロックを得ることができ、溶融炉の利用効率が改善され、アルミニウム合金スクラップのリサイクル率が大幅に改善される。
未被覆アルミニウム合金スクラップのブリケッティング処理は、ブリケッティング機、例えば通常のブリケッティング機を使用して、特定のプレス圧力強度および特定のプレス時間で実行することができる。プレス圧力強度は、10~100MPaの範囲内で制御することができる。例えば、プレス圧力強度は、10MPa、30MPa、50MPa、100MPaなどであってもよい。プレス時間は、1~100分の範囲内で制御することができる。例えば、プレス時間は、1分、5分、10分、50分または80分などであってもよい。以上により、アルミニウム合金スクラップの見かけ密度を改善することができ、精製炉の利用率を高めることができ、アルミニウム合金スクラップのリサイクル率を大幅に改善することができる。
本開示の1つの実施形態では、アルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法は、以下のステップを含む。
方法は、選択的酸化焙焼を含む。未被覆アルミニウム合金スクラップを得るために、選択的酸化焙焼および洗浄処理はアルミニウム合金スクラップに対して実行され、塗料および油は除去され、アルミニウム合金本体の酸化は最小限に抑えられる。
方法は、圧力制御および酸素制御式溶融をさらに含む。未被覆アルミニウム合金スクラップは、ブリケッティング処理後に(スイープおよび切削残留物が存在しない場合には、ブリケッティング処理を行わなくてもよい)精製炉内で溶融され、任意選択的に、ターゲット合金成分の要件に応じて異なる種類の溶融塩が添加され、アルミニウム合金溶融液の成分はオンライン検出され、ターゲット合金成分の要件に応じた特定の添加モードで金属銅または銅合金、マグネシウム合金または亜鉛合金などがアルミニウム合金溶融液に添加され、介在物除去および合金均質化が、精製アルミニウム合金溶融液を得るために、精製炉内の圧力強度および酸素分圧を調整し、外部場撹拌モードを連結することによって圧力制御および酸素制御式溶融を実行するために強化される。
方法は、凝縮をさらに含む。圧力制御および酸素制御式溶融プロセスで揮発した揮発性元素は、精製アルミニウム合金溶融液から分離されるために、精製アルミニウム合金溶融液の上方に設置された凝縮プレート上で凝縮および液化され、揮発性元素が存在しない場合、このステップは省略されてもよい。
方法は、介在物分離をさらに含む。精製アルミニウム合金溶融液は、介在物を除去するためにセラミックフィルタなどのフィルタを使用して濾過され、ターゲット合金成分を有するアルミニウム合金溶融物が得られる。
方法は、アルミニウム合金溶融物を鋳造するステップをさらに含む。
本開示のアルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法において、圧力制御および酸素制御式溶融に使用される精製炉は、真空抵抗炉、真空誘導炉または常圧中周波炉であってもよい。好ましくは、ターゲット合金が2系アルミニウム合金である場合、合金均質化を達成するために真空誘導炉を使用することができる。より好ましくは、圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて、真空誘導炉内の圧力強度を50Pa以下に制御し、真空誘導炉内の酸素分圧を0.0001Pa以下に制御することができる。対象合金が7系アルミニウム合金である場合、合金均質化を達成するために常圧中周波炉(常圧常酸素分圧)を使用することができる。
圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおける溶融温度は、アルミニウム合金を溶融するために、700から1250℃の範囲内に制御することができる。例えば、圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおける溶融温度は、750℃、850℃、1000℃または1200℃などであってもよい。
圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおける溶融時間は、10~640分の範囲内で制御することができる。例えば、圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおける溶融時間は、20分、50分、100分、300分または500分などであってもよい。アルミニウム合金の焼損を低減するために、アルミニウム合金スイープまたはアルミニウム合金切削残留物が原料として使用される場合、溶融時間を60分以内に制御することができる。
圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおける外部場撹拌モードは、電磁撹拌または送風撹拌であってもよい。好ましくは、圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおける外部場撹拌モードは、電磁撹拌を採用することができる。上記の形態により、溶融力学条件を改善することができ、介在物の上方への浮遊が促進され、介在物を除去するのに便利である。
本開示の好ましい実施形態では、2系アルミニウム合金または7系アルミニウム合金の混合スクラップから2系アルミニウム合金または7系アルミニウム合金を高価値調製するための方法は、以下のステップを含む。
(1)10体積%以上の酸素濃度で2系アルミニウム合金と7系アルミニウム合金の混合スクラップに対して選択的酸化焙焼を実行し、焙焼温度は350~550℃であり、焙焼時間は60~180分であり、次いで1~10%(w/w)の塩酸を使用して30~80℃で5~60分間超音波条件下で1回洗浄し、得られたスクラップを室温で10~60分間高純度水で洗浄して塗料および油のない未被覆アルミニウム合金スクラップを得る。
(2)アルミニウム合金スクラップがアルミニウム合金スイープ、アルミニウム合金切削残留物またはそれらの混合物を含む場合、10から60MPaの加圧強度下で1から20分間、アルミニウム合金スクラップに対してブリケッティング処理を実行する(アルミニウム合金スイープ、アルミニウム合金切削残留物またはそれらの混合物が存在しない場合には、ブリケッティング処理は実行されなくてもよい)。ブリケット化処理後のブロック状材料を真空誘導炉または常圧中周波炉内に溶融のために入れ、分光計を用いてアルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、ターゲット合金成分の要件に従って、金属銅、銅合金、マグネシウム合金または亜鉛合金などをアルミニウム合金溶融液に添加し、800~1000℃の温度で30~120分間溶融を実行し、反応時間は材料の添加量によって決定され、材料の添加量の増加に伴い、溶融時間はそれに応じて延長される。真空誘導炉を使用する場合、圧力制御および酸素制御式溶融プロセス中、真空誘導炉内の圧力強度は30Pa以下に制御することができ、真空誘導炉内の酸素分圧は0.0001Pa以下に制御することができ、常圧中周波炉を用いる場合、常圧通常酸素分圧を使用することができる。磁場撹拌モードを通じて、非金属介在物をアルミニウム合金溶融液の液体レベルまで富化して介在物の除去を促進する。
(3)合金溶融プロセスで揮発した亜鉛およびマグネシウム等の揮発性元素を、溶融液の上方でグラファイト凝縮板に遭遇した後に凝縮および液化し、精製アルミニウム合金溶融液から分離する(揮発性元素が存在しない場合、このステップは排除されてもよい)。
(4)精製アルミニウム合金溶融液をセラミックフォームフィルタ等のフィルタを用いて濾過して、動作プロセスにおける酸化により発生した酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等を除去する。
(5)半連続鋳造機を鋳造に使用して、微細な結晶粒を有する鋳造インゴットを得る。
従来技術と比較して、本開示のアルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法は、以下の有益な効果を有する。
使用される塗料除去および油除去プロセスは、操作が簡単で、条件がより穏やかで、処理効率が高く、アルミニウム合金の燃焼損失を回避し、工業化された用途を達成しやすく、高い使用価値を有する。
圧力制御および酸素制御式溶融プロセスでは、精製炉内の圧力強度および酸素分圧を調整し、外部場撹拌などを連結するモードによって、同期アルミニウム合金不純物除去および合金化が達成され、アルミニウム合金スクラップ中の高合金成分が適切に利用され、調製されたアルミニウム合金は、産業用のアルミニウム合金の主要な合金成分の要件を満たすことができる。
リサイクルプロセスで揮発した揮発性元素は、凝縮後に合金形態でリサイクルされ、リサイクルコストが節約されるだけでなく、周囲の環境が潜在的な揮発性物質によって損なわれることが回避される。
金属歩収率は高く、アルミニウム損失は回避され、アルミニウム合金スクラップ中の合金成分を適切に使用して、工業用成分の要件を満たすアルミニウム合金を再生および調製することができ、技術的経済価値が改善される。
アルミニウム合金スクラップがアルミニウム合金スイープ、アルミニウム合金切削残留物またはそれらの混合物を含む場合、未被覆アルミニウム合金スクラップを溶融する前に未被覆アルミニウム合金スクラップに対してブリケッティング処理を実行することにより、精製炉の利用効率を改善することができ、アルミニウム合金スクラップのリサイクル率が大幅に改善される。
別の例では、方法は、アルミニウム合金スクラップを選択的酸化焙焼するステップと、未被覆アルミニウム合金スクラップを生成するためにアルミニウム合金スクラップを洗浄するステップと、アルミニウム合金溶融液を生成するために精製炉内で未被覆アルミニウム合金スクラップを溶融するステップと、アルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出するステップと、アルミニウム合金溶融液に金属銅、銅合金、マグネシウム合金、および亜鉛合金の1つまたは複数を添加するステップと、精製アルミニウム合金溶融液を生成するためにアルミニウム合金溶融液を圧力制御および酸素制御式に溶融するステップと、アルミニウム合金溶融物を生成するために精製アルミニウム合金溶融液を濾過するステップと、アルミニウム合金溶融物を鋳造するステップとを含む。
本開示の方法をより良く説明し、本開示に含まれる技術的解決策を簡便に理解するために、本開示を実施例および比較例と組み合わせて以下にさらに説明するが、本開示は以下の実施例のみに限定されるものではない。
実施例1
空気中(酸素濃度は21体積%である)で焙焼するために適量の2系および7系アルミニウム合金加工スイープを採取し、焙焼温度は450℃であり、焙焼時間は80分であり、3%(w/w)の塩酸を使用して50℃で30分間超音波条件下で1回洗浄し、得られたスイープを室温で高純度水によって30分間洗浄して、塗料および油のないアルミニウム合金スクラップを得る。
スクラップに対して30MPaで5分間ブリケッティング処理を実行し、ブロック状材料を真空誘導炉に入れて急速溶融し、分光計を使用してアルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、具体的な検出結果は、表1に示す通りである。ターゲット2024のアルミニウム合金成分の要件に質量分率が(アルミニウム合金スクラップに対して)3.0%である純銅を秤量し、アルミニウム合金溶融液に添加し、950℃の条件で溶融し、真空誘導炉を内部圧力強度が25Pa未満かつ酸素分圧が0.00005Pa未満になるまで真空化し、電磁誘導を使用して溶融液に対して電磁撹拌を実行し、溶融力学条件を改善し、介在物の上向き浮上を加速する。溶融プロセスで揮発した亜鉛およびマグネシウムを、溶融液の上方でグラファイト凝縮板に遭遇した後に液化する。
60分後、セラミックフォームフィルタを使用してアルミニウム合金溶融液を濾過し、次いで半連続鋳造機を使用して鋳造して鋳造インゴットを得る。鋳造インゴットの化学成分はICP-OESにより検出され、検出結果は表1に示す通りであり、「GB/T3190-2008展伸アルミニウムおよびアルミニウム合金化学成分」の2024アルミニウム合金成分の要件を満たしている。溶融前後のアルミニウム合金重量を比較すると、金属収率は99%以上であることが判明している。
実施例2
適量の廃航空機のアルミニウム合金ブロック状材料を焙焼用に採取し、酸素濃度は15体積%であり、焙焼温度は500℃であり、焙焼時間は60分であり、5%(w/w)の塩酸を使用して40℃で30分間超音波条件下で1回洗浄し、得られたブロック状材料を室温で高純度水によって20分間洗浄して、塗料および油のないアルミニウム合金スクラップを得る。
ブロック状材料を真空誘導炉に入れて急速溶融し、分光計を使用してアルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、具体的な検出結果は、表2に示す通りである。ターゲット2024のアルミニウム合金成分の要件に従って、質量分率が(アルミニウム合金スクラップに対して)2.0%である純銅を秤量し、アルミニウム合金溶融液に添加し、900℃の条件で溶融し、真空誘導炉を内部圧力強度が15Pa未満かつ酸素分圧が0.00005Pa未満になるまで真空化し、電磁誘導を使用して溶融液に対して電磁撹拌を実行し、溶融力学条件を改善し、介在物の上向き浮上を加速する。溶融プロセスで揮発した亜鉛およびマグネシウムを、溶融液の上方でグラファイト凝縮板に遭遇した後に液化する。
100分後、セラミックフォームフィルタを使用してアルミニウム合金溶融液を濾過し、次いで半連続鋳造機を使用して鋳造して鋳造インゴットを得る。鋳造インゴットの化学成分はICP-OESにより検出され、検出結果は表2に示す通りであり、「GB/T3190-2008展伸アルミニウムおよびアルミニウム合金化学成分」の2024アルミニウム合金成分の要件を満たしている。溶融前後のアルミニウム合金重量を比較すると、金属収率は98.5%以上であることが判明している。
実施例3
適量の2系および7系アルミニウム合金切削残留物を大気中で焙焼するために採取し(酸素濃度は21体積%である)、焙焼温度は550℃であり、焙焼時間は40分であり、4%(w/w)の塩酸を使用して60℃で20分間超音波条件下で1回洗浄し、得られた切断残留物を室温で高純度水によって30分間洗浄して、塗料および油のないアルミニウム合金スクラップを得る。
スクラップに対して50MPaで3分間ブリケッティング処理を実行し、35%NaCl-35%KCl-30%AlCl3(w/w)の溶融塩とブロック状材料を常圧中周波炉に一緒に入れ、急速に溶融し、分光計を使用してアルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、具体的な検出結果は、表3に示す通りである。ターゲット7075のアルミニウム合金成分の要件に従って、質量分率が(アルミニウム合金スクラップに対して)5.0%である亜鉛-マグネシウム合金を秤量し、アルミニウム合金溶融液に添加し、800℃の条件で溶融し、圧力強度は常圧であり、酸素分圧は追加的に制御されず、電磁誘導を使用して溶融液に対して電磁撹拌を実行し、溶融力学条件を改善し、介在物の上向き浮上を加速する。
60分後、セラミックフォームフィルタを使用してアルミニウム合金溶融液を濾過し、次いで半連続鋳造機を使用して鋳造して鋳造インゴットを得る。鋳造インゴットの化学成分はICP-OESにより検出され、検出結果は表3に示す通りであり、「GB/T3190-2008展伸アルミニウムおよびアルミニウム合金化学成分」の7075アルミニウム合金成分の要件を満たしている。溶融前後のアルミニウム合金重量を比較すると、金属収率は99%以上であることが判明している。
実施例4
適量の廃航空機のアルミニウム合金ブロック状材料を焙焼用に採取し、酸素濃度は13体積%であり、焙焼温度は450℃であり、焙焼時間は120分であり、3%(w/w)の塩酸を使用して80℃で20分間超音波条件下で1回洗浄し、得られたブロック状材料を室温で高純度水によって20分間洗浄して、塗料および油のないアルミニウム合金スクラップを得る。
35%NaCl-35%KCl-30%AlCl3(w/w)溶融塩とブロック状材料を常圧中周波炉に一緒に入れて急速溶融し、分光計を使用してアルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、具体的な検出結果は、表4に示す通りである。ターゲット7075アルミニウム合金成分の要件に従って、質量分率が(アルミニウム合金スクラップに対して)5.5%である亜鉛-マグネシウム合金を秤量し、アルミニウム合金溶融液に添加し、850℃の条件で溶融し、圧力強度は常圧であり、酸素分圧は追加的に制御されず、電磁誘導を使用して溶融液に対して電磁撹拌を実行し、溶融力学条件を改善し、介在物の上向き浮上を加速する。
100分後、セラミックフォームフィルタを使用してアルミニウム合金溶融液を濾過し、次いで半連続鋳造機を使用して鋳造して鋳造インゴットを得る。鋳造インゴットの化学成分はICP-OESにより検出され、検出結果は表4に示す通りであり、「GB/T3190-2008展伸アルミニウムおよびアルミニウム合金化学成分」の7075アルミニウム合金成分の要件を満たしている。溶融前後のアルミニウム合金重量を比較すると、金属収率は99%以上であることが判明している。
実施例5
適量の2系および7系アルミニウム合金加工スイープと切削残留物の混合材料を採取して空気中で焙焼し(酸素濃度は21体積%である)、焙焼温度は400℃であり、焙焼時間は100分であり、5%(w/w)の塩酸を使用して50℃で30分間超音波条件下で1回洗浄し、得られた混合材料を室温で高純度水によって40分間洗浄して、塗料および油のないアルミニウム合金スクラップを得る。
スクラップに対して50MPaで2分間ブリケッティング処理を実行し、ブロック状材料を真空誘導炉に入れ、急速溶融し、分光計を使用してアルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、具体的な検出結果は、表5に示す通りである。ターゲット2219のアルミニウム合金成分の要件に従って、質量分率が(アルミニウム合金スクラップに対して)1.0%である銅-アルミニウム合金を秤量し、アルミニウム合金溶融液に添加し、850℃の条件で溶融し、真空誘導炉を内部圧力強度が20Pa未満かつ酸素分圧が0.00005Pa未満になるまで真空化し、電磁誘導を使用して溶融液に対して電磁撹拌を実行し、溶融力学条件を改善し、介在物の上向き浮上を加速する。溶融プロセスで揮発した亜鉛およびマグネシウムを、溶融液の上方でグラファイト凝縮板に遭遇した後に液化する。
100分後、セラミックフォームフィルタを使用してアルミニウム合金溶融液を濾過し、次いで半連続鋳造機を使用して鋳造して鋳造インゴットを得る。鋳造インゴットの化学成分はICP-OESにより検出され、検出結果は表5に示す通りであり、「GB/T3190-2008展伸アルミニウムおよびアルミニウム合金化学成分」の2219アルミニウム合金成分の要件を満たしている。溶融前後のアルミニウム合金重量を比較すると、金属収率は99%以上であることが判明している。
比較例1
本比較例の具体的な方法は、実施例1を参照するが、違いは、スイープを真空誘導炉に入れ、ブロックに押し込むことなく溶融することである。その他の動作は実施例1のものと同様である。
結果として、合金成分は2024アルミニウム合金要件を満たすことができるが、金属収率はわずか67%であり、ブリケッティング後の溶融と比較して32%以上低減する。
比較例2
本比較例の具体的な方法は実施例2を参照し、違いはスクラップを真空誘導炉に入れ、選択的酸化焙焼および洗浄処理なしで溶融することである。その他の動作は実施例2のものと同様である。
その結果、合金成分中のCr含有量は1.25%であり、2024アルミニウム合金の要件を満たさない。
比較例3
本比較例の具体的な方法は実施例3を参照し、違いは、スクラップに対して不活性ガス(酸素濃度は10体積%未満である)中で焙焼前処理を実行し、スクラップを常圧中周波炉に入れて洗浄処理後に溶融することである。その他の動作は実施例3のものと同様である。
その結果、合金成分において、Cr含有量が1.13%、Ba含有量が0.03%、Sr含有量が0.02%となり、7075アルミニウム合金の要件を満たさない。
比較例4
本比較例の具体的な方法は実施例3を参照するが、違いは、溶融時の被覆のために溶融塩を添加しないことであり、その他の操作は実施例3のものと同様である。
その結果、合金成分は7075アルミニウム合金要件を満たすが、金属収率はわずか91%であり、実施例3の金属収率(99%以上)よりも低い。
上記の実施例1~5および比較例1~4のデータによれば、本開示のアルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法によって、工業用成分の要件を満たすアルミニウム合金を高い金属収率で再生および調製することができることを観察することができる。工業用成分の要件を満たすアルミニウム合金は、選択的酸化焙焼および洗浄処理なしでは比較例2では調製されない場合がある。ブリケッティング処理なしの比較例1と比較して、ブリケッティング処理ありの実施例1では金属収率が大幅に改善されている。比較例3と比較して、実施例3では、アルミニウム合金スクラップから塗料および油が完全に除去されることを保証するように選択的酸化焙焼プロセスにおける酸素濃度を制御することによって、アルミニウム合金スクラップの表面上の塗料層および油層を適切に酸化させることができ、それによって工業用成分の要件を満たすアルミニウム合金が調製される。溶融塩を添加しない比較例4と比較して、溶融塩を添加した実施例3では、金属収率が改善される。
以上の説明から、本開示の上記実施例は、以下の技術的効果を達成することを観察することができる。
本出願は、アルミニウム合金スクラップに選択的酸化焙焼および洗浄処理を実行することにより、穏やかな条件および簡単な操作で塗料および油を効率的に除去し、アルミニウム合金の燃焼損失を回避することができ;圧力制御および酸素制御式溶融によって、アルミニウム合金スクラップ中の合金成分を適切に利用し、アルミニウム合金スクラップ中の亜鉛、銅およびマグネシウムなどの成分の含有量を正確かつ効率的に制御し、工業用成分の要件を満たすアルミニウム合金を再生および調製することができ;凝縮液化ステップを経て、合金形態で揮発した揮発性元素をリサイクルし、コストを節約するだけでなく、潜在的に揮発性の物質によって環境が損なわれるのを回避することもできる。したがって、本開示のアルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法は、アルミニウム合金スクラップ中の亜鉛、銅およびマグネシウムなどの成分の正確かつ効率的な制御を短距離溶融プロセスによって達成し、アルミニウム合金スクラップ中の合金成分を高い金属収率で適切に利用することができ、それによって工業用成分の要件を満たすアルミニウム合金を再生および調製することができる。
航空宇宙の例が示されているが、本明細書に開示される例および原理は、自動車産業、宇宙産業、建設産業、ならびに他の設計および製造産業などの他の産業に適用されてもよい。したがって、航空機に加えて、本明細書に開示する例および原理は、他の種類のビークル(例えば、陸上ビークル、海上ビークル、宇宙ビークルなど)に使用される積層複合材構造および独立型構造に適用されてもよい。
本明細書で使用される場合、指定された機能を実施する「ように構成されている」システム、装置、デバイス、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアは、更なる変更後に指定された機能を実施する可能性を単に有するのではなく、改変なしに指定された機能を実際に実施することが可能である。言い換えれば、指定された機能を実施する「ように構成されている」システム、装置、デバイス、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアは、指定された機能を実施する目的で具体的に選択され、作成され、実施され、利用され、プログラムされ、および/または設計される。本明細書で使用される場合、「ように構成されている」とは、システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアが更なる変更なしに指定された機能を実施することを可能にするシステム、装置、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアの既存の特性を表す。本開示の目的のために、特定の機能を実施する「ように構成されている」ものとして説明されたシステム、装置、デバイス、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアは、追加的または代替的に、その機能を実施する「ように適合された」および/または「ように動作する」ものとして説明されてもよい。
特に明記しない限り、「第1の」、「第2の」、「第3の」などの用語は、単にラベルとして使用され、これらの用語が参照する項目に順序、配置、または階層の要件を課すことを意図しない。さらに、例えば「第2の」項目への参照は、例えば「第1の」またはより小さい番号を付けられた項目、および/または、例えば「第3の」またはより大きい番号を付けられた項目の存在を必要としたり排除したりするものではない。
本開示の目的のために、「接続された」、「接続する」という用語、および同様の用語は、接合、リンク、固定、取り付け、接続、通信、または他の方法で(例えば、機械的に、電気的、流体的、光学的、電磁的に)互いに関連する2つ以上の要素を指す。様々な例において、要素は直接的または間接的に関連付けられ得る。一例として、要素Aは、要素Bと直接関連付けられ得る。別の例として、要素Aは、例えば、別の要素Cを介して、要素Bと間接的に関連付けられ得る。様々な開示された要素間のすべての関連が必ずしも表されているわけではないことが理解されよう。したがって、図に示されたもの以外の接続も存在し得る。
本明細書で使用される場合、「ほぼ」という用語は、依然として所望の機能を実施するか、または所望の結果を達成する、記載された条件に近いが正確ではない条件を指すかまたは表す。一例として、「ほぼ」という用語は、記載された条件の10%以内の条件など、許容可能な所定の許容範囲または精度内にある条件を指す。しかし、「ほぼ」という用語は、正確に記載された条件である条件を排除するものではない。本明細書で使用される場合、「実質的に」という用語は、所望の機能を実施するか、または所望の結果を達成する、本質的に記載された条件である条件を指す。
上記は、本開示の好ましい例に過ぎず、本開示を限定することを意図しない。当業者にとって、本開示は、様々な修正および変更を有することができる。本開示の趣旨および原理の範囲内で行われる改変、同等の置換、改良などは、本開示の保護の範囲内に含まれるものとする。
条項1.
アルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法であって、前記方法は、以下のステップ、すなわち、
未被覆アルミニウム合金スクラップを得るために、前記アルミニウム合金スクラップに対して選択的酸化焙焼および洗浄処理を実行し、それによって塗料除去および油除去を行うステップと、
アルミニウム合金溶融液を得るために前記未被覆アルミニウム合金スクラップを精製炉内で溶融し、前記アルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、ターゲット合金成分の要件に従って前記アルミニウム合金溶融液に金属銅、銅合金、マグネシウム合金または亜鉛合金を添加し、精製アルミニウム合金溶融液を得るために前記精製炉内の圧力強度および酸素分圧を調整し、外部場撹拌モードを連結することによって圧力制御および酸素制御式溶融を実行するステップと、
前記精製アルミニウム合金溶融液から分離するために圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて揮発した揮発性元素を凝縮および液化するステップであって、揮発性元素が存在しない場合、凝縮および液化する前記ステップを排除する、ステップと、
ターゲット合金成分を有するアルミニウム合金溶融物を得るために前記精製アルミニウム合金溶融液を濾過するステップと、
前記アルミニウム合金溶融物を鋳造するステップとを含む、方法。
条項2.
前記アルミニウム合金スクラップが、アルミニウム合金スイープ、アルミニウム合金切削残留物、またはそれらの混合物を含む、条項1に記載の方法。
条項3.
前記未被覆アルミニウム合金スクラップを溶融する前に、前記未被覆アルミニウム合金スクラップに対してブリケッティング処理を実行するステップをさらに含む、条項1に記載の方法。
条項4.
前記圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて、前記ターゲット合金成分の要件に従って溶融塩を添加するステップをさらに含む、条項1に記載の方法。
条項5.
前記アルミニウム合金スクラップの供給源が、アルミニウム合金加工スクラップまたは廃棄物分解アルミニウム合金スクラップを含む、条項1に記載の方法。
条項6.
前記アルミニウム合金スクラップが、2系アルミニウム合金スクラップおよび7系アルミニウム合金スクラップのうちの1つまたは複数である、条項1に記載の方法。
条項7.
前記アルミニウム合金スクラップが、2系アルミニウム合金スクラップの1つまたは複数および7系アルミニウム合金スクラップの1つまたは複数から形成された混合スクラップである、条項1に記載の方法。
条項8.
10体積%以上の酸素濃度で、前記選択的酸化焙焼が実行される、条項1に記載の方法。
条項9.
前記選択的酸化焙焼プロセスにおいて、焙焼温度が約200℃~約600℃の範囲内に制御される、条項1に記載の方法。
条項10.
焙焼時間が、10~180分の範囲内に制御される、条項1に記載の方法。
条項11.
前記未被覆アルミニウム合金スクラップのブリケッティング処理が、ブリケッティング機を使用し、プレス圧力強度およびプレス時間を選択することによって実行される、条項2に記載の方法。
条項12.
前記プレス圧力強度が、10~100MPaの範囲内に制御され、プレス時間が、1~100分の範囲内に制御される、条項2に記載の方法。
条項13.
前記精製炉が、真空抵抗炉、真空誘導炉または常圧中周波炉である、条項1に記載の方法。
条項14.
ターゲット合金が、2系アルミニウム合金である場合、前記精製炉が、真空誘導炉である、条項1に記載の方法。
条項15.
前記ターゲット合金が7系アルミニウム合金である場合、前記精製炉が、前記常圧中周波炉である、条項1に記載の方法。
条項16.
前記圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて、前記真空誘導炉内の前記圧力強度が50Pa以下に制御され、前記真空誘導炉内の前記酸素分圧が0.0001Pa以下に制御される、条項1に記載の方法。
条項17.
前記圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて、溶融温度が、700~1250℃の範囲内に制御される、条項1に記載の方法。
条項18.
溶融時間が、約10分~約640分の範囲内に制御される、条項1に記載の方法。
条項19.
前記外部場撹拌モードが、電磁撹拌または送風撹拌である、条項1に記載の方法。
条項20.
アルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法であって、前記方法は、
前記アルミニウム合金スクラップを選択的酸化焙焼するステップと、
未被覆アルミニウム合金スクラップを生成するために前記アルミニウム合金スクラップを洗浄するステップと、
アルミニウム合金溶融液を生成するために精製炉内で前記未被覆アルミニウム合金スクラップを溶融するステップと、
前記アルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出するステップと、
前記アルミニウム合金溶融液に金属銅、銅合金、マグネシウム合金、および亜鉛合金の1つまたは複数を添加するステップと、
精製アルミニウム合金溶融液を生成するために前記アルミニウム合金溶融液を圧力制御および酸素制御式に溶融するステップと、
アルミニウム合金溶融物を生成するために前記精製アルミニウム合金溶融液を濾過するステップと、
前記アルミニウム合金溶融物を鋳造するステップとを含む、方法。

Claims (19)

  1. アルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法であって、前記方法は、以下のステップ、すなわち、
    未被覆アルミニウム合金スクラップを得るために、前記アルミニウム合金スクラップに対して選択的酸化焙焼および洗浄処理を実行し、それによって塗料除去および油除去を行うステップと、
    アルミニウム合金溶融液を得るために前記未被覆アルミニウム合金スクラップを精製炉内で溶融し、前記アルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出し、ターゲット合金成分の要件に従って前記アルミニウム合金溶融液に金属銅、銅合金、マグネシウム合金または亜鉛合金を添加し、精製アルミニウム合金溶融液を得るために前記精製炉内の圧力強度および酸素分圧を調整し、外部場撹拌モードを連結することによって圧力制御および酸素制御式溶融を実行するステップと、
    前記精製アルミニウム合金溶融液から分離するために圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて揮発した揮発性元素を凝縮および液化するステップであって、揮発性元素が存在しない場合、凝縮および液化する前記ステップを排除する、ステップと、
    ターゲット合金成分を有するアルミニウム合金溶融物を得るために前記精製アルミニウム合金溶融液を濾過するステップと、
    前記アルミニウム合金溶融物を鋳造するステップとを含む、方法。
  2. 前記アルミニウム合金スクラップが、アルミニウム合金スイープ、アルミニウム合金切削残留物、またはそれらの混合物を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記未被覆アルミニウム合金スクラップを溶融する前に、前記未被覆アルミニウム合金スクラップに対してブリケッティング処理を実行するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて、前記ターゲット合金成分の要件に従って溶融塩を添加するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記アルミニウム合金スクラップの供給源が、アルミニウム合金加工スクラップまたは廃棄物分解アルミニウム合金スクラップを含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記アルミニウム合金スクラップが、2系アルミニウム合金スクラップ、7系アルミニウム合金スクラップ、および2系アルミニウム合金スクラップの1つまたは複数および7系アルミニウム合金スクラップの1つまたは複数から形成された混合スクラップのうちの1つまたは複数である、請求項1に記載の方法。
  7. 10体積%以上の酸素濃度で、前記選択的酸化焙焼が実行される、請求項1に記載の方法。
  8. 前記選択的酸化焙焼プロセスにおいて、焙焼温度が200℃~600℃の範囲内に制御される、請求項1に記載の方法。
  9. 焙焼時間が、10~180分の範囲内に制御される、請求項1に記載の方法。
  10. 前記未被覆アルミニウム合金スクラップのブリケッティング処理が、ブリケッティング機を使用し、プレス圧力強度およびプレス時間を選択することによって実行される、請求項3に記載の方法。
  11. 前記プレス圧力強度が、10~100MPaの範囲内に制御され、前記プレス時間が、1~100分の範囲内に制御される、請求項10に記載の方法。
  12. 前記精製炉が、真空抵抗炉、真空誘導炉または常圧中周波炉である、請求項1に記載の方法。
  13. ターゲット合金が、2系アルミニウム合金であり、前記精製炉が、真空誘導炉である、請求項1に記載の方法。
  14. ターゲット合金が7系アルミニウム合金であり、前記精製炉が、常圧中周波炉である、請求項1に記載の方法。
  15. 前記圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて、前記真空誘導炉内の前記圧力強度が50Pa以下に制御され、前記真空誘導炉内の前記酸素分圧が0.0001Pa以下に制御される、請求項1に記載の方法。
  16. 前記圧力制御および酸素制御式溶融プロセスにおいて、溶融温度が、700~1250℃の範囲内に制御される、請求項1に記載の方法。
  17. 溶融時間が、10分~640分の範囲内に制御される、請求項1に記載の方法。
  18. 前記外部場撹拌モードが、電磁撹拌または送風撹拌である、請求項1に記載の方法。
  19. アルミニウム合金スクラップをリサイクルするための方法であって、前記方法は、
    前記アルミニウム合金スクラップを選択的酸化焙焼するステップと、
    未被覆アルミニウム合金スクラップを生成するために前記アルミニウム合金スクラップを洗浄するステップと、
    アルミニウム合金溶融液を生成するために精製炉内で前記未被覆アルミニウム合金スクラップを溶融するステップと、
    前記アルミニウム合金溶融液の成分をオンライン検出するステップと、
    前記アルミニウム合金溶融液に金属銅、銅合金、マグネシウム合金、および亜鉛合金の1つまたは複数を添加するステップと、
    精製アルミニウム合金溶融液を生成するために前記アルミニウム合金溶融液を圧力制御および酸素制御式に溶融するステップと、
    アルミニウム合金溶融物を生成するために前記精製アルミニウム合金溶融液を濾過するステップと、
    前記アルミニウム合金溶融物を鋳造するステップとを含む、方法。
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CN115725846B (zh) * 2022-12-21 2024-05-07 佛山市辰辉金属科技有限公司 一种废旧建筑铝型材铝合金的回收再生方法
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