JP7274457B2 - アルミニウム合金のリサイクリング方法及びその精製 - Google Patents
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Description
MIC6のリサイクル可能なアルミニウム合金をインゴットとして鋳造した。表1aは、アルミニウム合金MIC6の典型的な組成を示す。
金属間化合物形成材を添加し、鉄含有金属間化合物粒子を除去することによるアルミニウム合金の精製は、様々なアルミニウム合金で実行することができる。これにより、他の一般的なアルミニウム合金組成物のリサイクルプロセスモデルが構築される。熱力学シミュレーションソフトウェアであるPandatとアルミニウム熱力学データベースであるPanAluminum(登録商標)とを使用して、プロセスモデルを構築した。なお、以下に詳細に説明するように、金属間化合物形成材は、アルミニウム合金組成物毎に選択した。金属間化合物形成材とアルミニウム合金との混合物は、プロセスシミュレーションに全組成を提供する。Pandatは全組成を利用して、混合物について、鉄の最少濃度と、それに対応する精製温度範囲(ΔT)が決定される。
表3bに示される組成を有する合金(「合金3」)について、実施例2のシミュレーション手順を使用してシミュレーションを行なった。金属間化合物形成材のマンガンとケイ素について、マンガンを(1)マンガン母合金(85重量%Al及び15重量%Mn)として添加し、ケイ素を(2)純ケイ素として添加した。シミュレーションでは、600.2℃の温度で、可能な限り少ない鉄含有量約0.10重量%となり、精製温度範囲は約77℃である。シミュレーション結果では、Fe含有量0.13~0.17重量%の最終合金組成物は、濾過をアルミニウムの凝固温度よりも約10~20℃高い温度で行ない、金属間化合物相を除去することにより実現される。合金3及び金属間化合物の質量を表3aに示す。合金3の組成、溶融物の組成(合金3及び金属間化合物形成材全体の組成)、及び精製後の最終溶融物の組成を表3bに示す。リサイクリングシミュレーションの完全なデータは図7に示されている。
表4bに示される組成を有する2つの合金(「合金4a」及び「合金4b」)の混合物について、実施例2のシミュレーション手順を使用してシミュレーションを行なった。合金4aは、代表的な6061アルミニウム合金である。金属間化合物形成材のマンガンとケイ素について、マンガンを(1)マンガン母合金(85重量%Al及び15重量%Mn)として添加し、ケイ素を(2)純ケイ素として添加した。純銅が添加され、合金中の銅含有量は約1.0重量%に上昇した。シミュレーションでは、594.9℃の温度で、可能な限り少ない鉄含有量約0.08重量%となり、精製温度範囲は約105℃である。シミュレーション結果では、Fe含有量0.11~0.14重量%の最終合金組成物は、濾過をアルミニウムの凝固温度よりも約10~20℃高い温度で行ない、金属間化合物相を除去することにより実現される。合金4a、合金4b、Mn母合金、純Si及び純Cuの質量を表4aに示す。合金4a、合金4bの組成、溶融物の組成(合金4a、合金4b、Mn母合金、純Si及び純Cu全体の組成)、及び精製後の最終溶融物の組成を表4bに示す。リサイクリングシミュレーションのより完全なデータは図8に示されている。
表5bに示される組成を有する2つの合金(「合金5a」及び「合金5b」)の混合物について、実施例2のシミュレーション手順を使用してシミュレーションを行なった。金属間化合物形成材のマンガンとケイ素について、マンガンを(1)マンガン母合金(85重量%Al及び15重量%Mn)として添加し、ケイ素を(2)純ケイ素として添加した。シミュレーションでは、592.7℃の温度で、可能な限り少ない鉄含有量約0.08重量%となり、精製温度範囲は約84℃である。シミュレーション結果では、Fe含有量0.10~0.13重量%の最終合金組成物は、濾過をアルミニウム凝固温度よりも約10~20℃高い温度で行ない、金属間化合物相を除去することにより実現される。合金5a、合金5b、Mn母合金及び純Siの質量を表5aに示す。合金5a、合金5bの組成、溶融物の組成(合金5a、合金5b、Mn母合金及び純Si全体の組成)、及び精製後の最終溶融物の組成を表5bに示す。リサイクリングシミュレーションのより完全なデータは図9に示されている。
表6bに示される組成を有する2つの合金(「合金6a」及び「合金6b」)の混合物について、実施例2のシミュレーション手順を使用してシミュレーションを行なった。金属間化合物形成材のケイ素を純ケイ素として添加した。シミュレーションでは、597.9℃の温度で、可能な限り少ない鉄含有量約0.10重量%となり、精製温度範囲は約67℃である。シミュレーション結果では、Fe含有量0.12~0.16重量%の最終合金組成物は、濾過をアルミニウム凝固温度よりも約10~20℃高い温度で行ない、金属間化合物相を除去することにより実現される。合金6a、合金6b及び純Siの質量を表6aに示す。合金6a、合金6bの組成、溶融物の組成(合金6a、合金6b及び純Si全体の組成)、及び精製後の最終溶融物の組成を表6bに示す。リサイクリングシミュレーションのより完全なデータは図10に示されている。
表7bに示される組成を有する合金(「合金7」)について、実施例2のシミュレーション手順を使用してシミュレーションを行なった。金属間化合物形成材のケイ素を純ケイ素として添加した。純銅が加えられ、合金中の銅含有量は約1.9重量%に上昇した。シミュレーションでは、約595.1℃の温度で、可能な限り少ない鉄含有量約0.09重量%となり、精製温度範囲は約100℃である。シミュレーション結果では、Fe含有量0.12~0.15重量%の最終合金組成物は、濾過をアルミニウム凝固温度よりも約10~20℃高い温度で行ない、金属間化合物相を除去することにより実現される。合金7、Mn母合金及び純Siの質量を表7aに示す。合金7の組成、溶融物の組成(合金7,純ケイ素及び純銅全体の組成)、及び精製後の最終溶融物の組成を表7bに示す。リサイクリングシミュレーションの完全なデータは図11に示されている。
Claims (21)
- (a)少なくとも0.20重量%の鉄(Fe)を鉄の初期含有量として含むアルミニウム合金スクラップを溶融するステップであって、このステップにより溶融物を生成する、溶融するステップと、
(b)前記溶融物に、ケイ素(Si)及びマンガン(Mn)を添加するステップと、
(c)添加するステップ(b)により、前記溶融物中に鉄含有金属間化合物粒子を生成するステップと、
(d)前記溶融物から鉄含有金属間化合物粒子の少なくとも一部を除去するステップであって、このステップにより鉄含有量の少ない溶融物を生成する、除去するステップと、
(e)前記鉄含有量の少ない溶融物を凝固させるステップであって、このステップにより、前記鉄含有量の少ない溶融物から精製されたアルミニウム合金を製造する、凝固させるステップと、を含み、
前記精製されたアルミニウム合金は精製された鉄を含み、前記精製された鉄の含有量は、鉄の初期含有量よりも少ない、方法であって、
前記方法は、前記溶融物に合金化添加物を添加するステップをさらに含む、方法。 - 添加するステップ(b)は、鉄含有量の少ない溶融物を生成するのに十分な量のケイ素を添加することを含み、前記鉄含有量の少ない溶融物は少なくとも3重量%のSiを含む、請求項1の方法。
- 精製されたアルミニウム合金は、3xxアルミニウム鋳造合金又は4xxx展伸アルミニウム合金のうちの1つである、請求項1の方法。
- 精製されたアルミニウム合金は、0.35重量%以下の鉄(Fe)を含む、請求項1の方法。
- 精製されたアルミニウム合金は、0.20重量%以下の鉄(Fe)を含む、請求項1の方法。
- 精製されたアルミニウム合金は、0.15重量%以下の鉄(Fe)を含む、請求項1の方法。
- 添加するステップ(b)は、鉄含有量の少ない溶融物を生成するのに十分な量のケイ素及びマンガンを添加することを含み、前記鉄含有量の少ない溶融物は、1.8重量%以下のマンガン(Mn)を含む、請求項1の方法。
- 精製されたアルミニウム合金は、3xxx展伸アルミニウム合金である、請求項1の方法。
- 生成するステップ(c)は、
(i)溶融物を第1の温度から第2の温度に冷却することを含み、これにより、鉄含有金属間化合物粒子を生成する、請求項1の方法。 - 第2の温度又は前記第2の温度より低い温度で、除去するステップ(d)を完了させることを含む、請求項9の方法。
- 除去するステップ(d)は、溶融物の濾過及び溶融物の沈殿のうちの少なくとも1つを含む、請求項10の方法。
- 除去は、耐熱性フィルター材料を用いて濾過することを含む、請求項11の方法。
- 第2の温度は、fccアルミニウムの凝固温度よりも少なくとも10℃高い、請求項10の方法。
- 凝固させるステップ(e)は、溶融物を、第2の温度から、鉄含有量の少ない溶融物の固相線温度より低い温度まで冷却することを含む、請求項13の方法。
- 第1の温度は液相線温度であり、前記液相線温度は、第2の温度よりも少なくとも10℃高い、請求項14の方法。
- 合金化添加物は、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、チタン(Ti)、スズ(Sn)、ストロンチウム(Sr)、銅(Cu)及びマグネシウム(Mg)のうちの1つ又は2つ以上を含む、請求項1の方法。
- 除去するステップ(d)の後、合金化添加物を添加するステップを完了させることを含む、請求項16の方法。
- 合金化添加物は、銅(Cu)及びマグネシウム(Mg)のうちの少なくとも1つを含む、請求項16又は17の方法。
- 精製された鉄の含有量は、鉄の初期含有量より少なくとも10%少ない、請求項1の方法。
- 精製された鉄の含有量は、鉄の初期含有量より少なくとも25%少ない、請求項1の方法。
- 精製された鉄の含有量は、鉄の初期含有量より少なくとも60%少ない、請求項1の方法。
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