一种报废航空铝合金无需分选制备7XXX系铝合金铸锭的方法与流程

本发明属于报废航空铝合金保级循环再利用
技术领域：
，具体涉及一种报废航空铝合金无需分选制备7xxx系铝合金铸锭的方法。
背景技术：
：根据飞机回收再利用国际协会(afra)预测，未来10-20年全球将有约10000架飞机退役或报废，累计达到30000架飞机，其重量的70％以上为2xxx系、7xxx系等铝合金，极具回收价值。报废飞机长期堆放过程中，紫外线、降雨、氧化等会造成铝合金的退化，同时也会造成土壤和地下水污染、土地资源被大量占用等环境问题。因此，进行报废航空铝合金合金回收不仅可以节约资源和能源、保护环境，而且具有良好的经济效益。现有技术中，报废航空铝合金保级循环利用的主要问题是：(1)报废飞机上有大量难以拆除的非铝合金、钛合金铆钉和碳纤维等，若对这些材料进行精细化分选将消耗大量的人力物力，成本很高；(2)报废航空铝合金主要有2xxx系和7xxx系等铝合金；2xxx系属于al-cu-mg型合金，其zn含量一般低于0.25％；7xxx系属于al-cu-mg-zn型合金，其zn含量一般高于3.50％；铝合金熔体中zn没有经济可行的去除工艺；(3)航空铝合金对成分、组织和性能要求极高，造成报废航空铝合金降级利用，资源价值大大降低。因此，航空铝合金保级循环利用是再生铝合金技术要求最高的研发方向之一，是本领域技术制高点。为实现航空铝合金保级循环利用，再生铝行业工程技术人员开展了相关的研发工作。如，中国专利zl200780023435.6公开了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，该方法采用分步结晶的方式对废旧航空铝合金熔体进行净化，可部分去除铝熔体中的铁、硅杂质，后续需要大量纯铝稀释和中间合金添加确保成分要求，不仅原材料成本高、熔炼设备复杂，而且不具备工业化规模的技术经济价值。中国专利zl201310018088.5公开了一套以废杂铝为原料，经磁选除铁、预处理、熔炼、熔液成分检测、计算、配料、成分调整，最终得到目标铝合金的方法。该方法需要对废料进行磁选、预处理等，回收成本较高。中国发明专利(申请号：201710855471.4)公开了一种废旧飞机铝合金再利用生产2024或7075铝合金的方法，公开了一种以废旧飞机铝合金为原料，经预处理、熔炼、除杂、成分调整、过滤、精炼、净化、浇铸得到7075或2024铝合金，其中的预处理包括破碎、磁选除铁、浮选除去重金属、空气淘洗去除去除非铝聚合物及非铝复合材料、涡电流分选除去玻璃等；经过多种预处理技术得到较纯净的报废飞机铝合金，然后通过其他废铝合金和/或中间合金进行成分调整，实现了再生7075或2024铝合金。该发明再生7075铝合金是通过分选得到较纯净的原料，从而实现再生7075或2024铝合金，但是原材料和工艺成本较高。由此可见，目前再生航空铝合金都需要先进行分选，工序长、成本高。因此，亟需开发无需分选的报废航空铝合金制备7xxx铝合金，特别是7050、7150、7055、7075、7175、7085铝合金，满足航空业的大量需求。技术实现要素：针对上述技术问题，本发明提供一种报废航空铝合金无需分选制备7xxx系铝合金铸锭的方法。所述方法将拆解下的飞机废料破碎后直接进行熔炼、捞渣和扒渣、成分调整、精炼、除气和浇铸得到7xxx系铝合金铸锭。；所述报废航空铝合金无需分选方法通过控制熔炼温度和时间，利用铝合金与非铝杂质的熔点差异大的特点，采用捞渣和扒渣方式实现高熔点的非铝杂质固液分离，降低了工艺成本。本发明是通过以下技术方案实现的：一种报废航空铝合金无需分选制备7xxx系铝合金铸锭的方法，其特征在于，所述方法将拆解下的飞机废料破碎后直接进行熔炼、捞渣和扒渣、成分调整、精炼、除气和浇铸得到7xxx系铝合金铸锭，通过以下两步实现无需分选；(1)通过控制熔炼条件，将报废航空铝合金中的铝合金全部熔化，且高熔点的非铝杂质为固相；实现铝合金和高熔点的非铝杂质固液分离，进而去除熔点高于铝合金的非铝杂质；(2)去除非铝杂质后，以待制备的目标7xxx系铝合金的成分为标准，对低于所述标准的元素采用铝合金、中间合金、单质金属的一种或一种以上进行补充,然后精炼、浇铸获得7xxx系铝合金铸锭。进一步地，步骤(1)具体为：在650℃-800℃熔炼0.5h-5.0h，将报废航空铝合金中的铝合金全部熔化，且高熔点的非铝杂质为固相，然后采用孔径1.0mm-10.0mm的过滤勺去除熔点高于铝合金的非铝杂质。进一步地，所述熔点高于铝合金的非铝杂质包括铁合金杂质、钛合金铆钉、碳纤维。进一步地，步骤(2)中，低于所述标准的元素包括cr、zn、mg中的一种或一种以上；对低于所述标准的元素进行补充时，元素添加量为元素缺少量的0.95-1.05倍；其中，元素缺少量为捞渣和扒渣去除非铝杂质后，铝合金熔体中元素(cr、zn、mg中的一种或一种以上)的实际含量与待制备的目标7xxx系铝合金的中该元素的含量之差。进一步地，所述7xxx系铝合金为7050、7150、7055、7075、7175、7085铝合金中的任意一种。本发明的原理是：(1)本发明所述方法利用铝合金与非铝杂质(包括钛合金、铁合金、碳纤维等)的熔点差异大、固溶度低的特点，通过控制熔炼温度和时间，采用固液分离方法，如捞渣和扒渣，去除高熔点的非铝杂质。(2)2xxx系铝合金的zn含量低(一般低于0.25wt.％)、7xxx系铝合金的zn含量高(一般高于3.50wt.％)，二者zn含量差异大(见表1)；将zn作为7xxx系铝合金的主合金元素，将未分选的报废航空铝合金再生7xxx系铝合金，避免了除zn工艺。表12xxx系和7xxx系的铝合金成分(wt.％)注：数据来源gbt3190-2008本发明的有益技术效果：(1)本发明所述方法通过控制熔炼温度和时间，利用铝合金与非铝杂质的熔点差异大的特点，实现高熔点的非铝杂质固液分离，无需对报废航空铝合金分选，降低了工艺成本；(2)本发明所述方法充分利用2xxx系和7xxx系等铝合金的zn含量差异大的特点，将zn作为7xxx系铝合金的主合金元素，避免了除zn工艺，减少了合金成分冲淡量，降低了原材料成本；(3)本发明所述方法因无需分选工序，避免了其他杂质成分引入，确保了航空铝合金高纯净度；(4)本发明所述方法工艺简单，技术窗口宽，易于工业化，生产成本低。附图说明图1为本发明实施例中一种报废航空铝合金无需分选制备7xxx系铝合金铸锭的方法流程图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。实施例1一种报废航空铝合金无需分选制备7075铝合金铸锭的方法：将报废航空铝合金在650℃熔炼5.0h直至铝合金全部熔化。用孔径1.0mm的过滤勺将熔体中的铁合金杂质、钛合金铆钉、碳纤维去除。对铝合金熔体进行成分分析，熔体成分与7075铝合金标准对比如下表2所示。表2铝合金熔体成分与7075铝合金标准对比表(wt.％)根据表2，计算金属zn、铝镁中间合金、铝铬中间合金的添加量，遵循先添加不易挥发的元素、后添加易挥发的元素，依次添加铝铬中间合金、金属zn和铝镁中间合金，添加量为cr、mg和zn元素缺少量的0.95倍。待全部熔解后并充分搅拌铝合金熔体，并进行取样成分分析。上述成分调配过程可重复，直至铝合金熔体成分达到7075铝合金标准要求(如表3所示)。表3再生7075铝合金熔体成分与7075铝合金标准对比表(wt.％)接着对再生7075铝合金熔体进行精炼、除气，浇铸后得到满足标准的7075铝合金铸锭。实施例2一种报废航空铝合金无需分选制备7050铝合金铸锭的方法：将报废航空铝合金在680℃熔炼4.0h直至铝合金全部熔化。用孔径2.0mm的过滤勺将熔体中的铁合金杂质、钛合金铆钉、碳纤维去除。对铝合金熔体进行成分分析，熔体成分与7050铝合金标准对比如下表4所示。表4铝合金熔体成分与7050铝合金标准对比表(wt.％)根据表4，计算金属zn和铝镁中间合金的添加量，遵循先添加不易挥发的元素、后添加易挥发的元素，依次添加金属zn和铝镁中间合金，添加量为mg和zn元素缺少量的1.0倍。待全部熔解后并充分搅拌铝合金熔体，并进行取样成分分析。上述成分调配过程可重复，直至铝合金熔体成分达到7050铝合金标准要求(如表5所示)。表5再生7050铝合金熔体成分与7050铝合金标准对比表(wt.％)接着对再生7050铝合金熔体进行精炼、除气，浇铸后得到满足标准的7050铝合金铸锭。实施例3一种报废航空铝合金无需分选制备7150铝合金铸锭的方法：将报废航空铝合金在710℃熔炼3.0h直至铝合金全部熔化。用孔径4.0mm的过滤勺将熔体中的铁合金杂质、钛合金铆钉、碳纤维去除。对铝合金熔体进行成分分析，熔体成分与7150铝合金标准对比如下表6所示。表6铝合金熔体成分与7150铝合金标准对比表(wt.％)根据表6，计算金属zn和铝镁中间合金的添加量，遵循先添加不易挥发的元素、后添加易挥发的元素，依次添加金属zn和铝镁中间合金，添加量为mg和zn元素缺少量的1.03倍。待全部熔解后并充分搅拌铝合金熔体，并进行取样成分分析。上述成分调配过程可重复，直至铝合金熔体成分达到7150铝合金标准要求(如表7所示)。表7再生7150铝合金熔体成分与7150铝合金标准对比表(wt.％)接着对再生7150铝合金熔体进行精炼、除气，浇铸后得到满足标准的7150铝合金铸锭。实施例4一种报废航空铝合金无需分选制备7055铝合金铸锭的方法：将报废航空铝合金在740℃熔炼2.0h直至铝合金全部熔化。用孔径6.0mm的过滤勺将熔体中的铁合金杂质、钛合金铆钉、碳纤维去除。对铝合金熔体进行成分分析，熔体成分与7055铝合金标准对比如下表8所示。表8铝合金熔体成分与7055铝合金标准对比表(wt.％)根据表8，计算金属zn和铝镁中间合金的添加量，遵循先添加不易挥发的元素、后添加易挥发的元素，依次添加金属zn和铝镁中间合金，添加量为mg和zn元素缺少量的1.05倍。待全部熔解后并充分搅拌铝合金熔体，并进行取样成分分析。上述成分调配过程可重复，直至铝合金熔体成分达到7055铝合金标准要求(如表9所示)。表9再生7055铝合金熔体成分与7055铝合金标准对比表(wt.％)接着对再生7055铝合金熔体进行精炼、除气，浇铸后得到满足标准的7055铝合金铸锭。实施例5一种报废航空铝合金无需分选制备7175铝合金铸锭的方法：将报废航空铝合金在770℃熔炼1.0h直至铝合金全部熔化。用孔径8.0mm的过滤勺将熔体中的铁合金杂质、钛合金铆钉、碳纤维去除。对铝合金熔体进行成分分析，熔体成分与7175铝合金标准对比如下表10所示。表10铝合金熔体成分与7175铝合金标准对比表(wt.％)根据表10，计算金属zn、铝镁中间合金、铝铬中间合金的添加量，遵循先添加不易挥发的元素、后添加易挥发的元素，依次添加铝铬中间合金、金属zn和铝镁中间合金，添加量为cr、mg和zn元素缺少量的0.98倍。待全部熔解后并充分搅拌铝合金熔体，并进行取样成分分析。上述成分调配过程可重复，直至铝合金熔体成分达到7175铝合金标准要求(如表11所示)。表11再生7175铝合金熔体成分与7175铝合金标准对比表(wt.％)cuznmgmncrsifeti7175铝合金1.2-2.05.1-6.12.1-2.9<0.100.18-0.28<0.15<0.20<0.10熔体成分1.815.542.370.0640.2230.100.100.013接着对再生7175铝合金熔体进行精炼、除气，浇铸后得到满足标准的7175铝合金铸锭。实施例6一种报废航空铝合金无需分选制备7085铝合金铸锭的方法：将报废航空铝合金在800℃熔炼0.5h直至铝合金全部熔化。用孔径10.0mm的过滤勺将熔体中的铁合金杂质、钛合金铆钉、碳纤维去除。对铝合金熔体进行成分分析，熔体成分与7085铝合金标准对比如下表12所示。表12铝合金熔体成分与7085铝合金标准对比表(wt.％)根据表12，计算金属zn和铝镁中间合金的添加量，遵循先添加不易挥发的元素、后添加易挥发的元素，依次添加金属zn和铝镁中间合金，添加量为mg和zn元素缺少量的1.02倍。待全部熔解后并充分搅拌铝合金熔体，并进行取样成分分析。上述成分调配过程可重复，直至铝合金熔体成分达到7085铝合金标准要求(如表13所示)。表13再生7085铝合金熔体成分与7085铝合金标准对比表(wt.％)合金元素cuznmgmncrsifetizr7085铝合金1.3-2.07.0-8.01.2-1.8<0.04<0.04<0.06<0.08<0.060.08-0.15熔体成分1.877.461.470.0180.0210.020.020.0290.11接着对再生7085铝合金熔体进行精炼、除气，浇铸后得到满足标准的7085铝合金铸锭。当前第1页12