一種稀釋熔融鋅液的合金及其熔煉方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀釋熔融鋅液的合金及其熔煉方法，涉及熱鍍鋅生產(chǎn)工藝領域，該合金按重量百分比計的原料組成為：鋁2-3.5%、錫5-7%、鉍1.5-2.0%、稀土合金0.4-0.6%，余量為鋅。本發(fā)明提供的稀釋熔融鋅液的合金及其熔煉方法，向熔融的金屬鋅液中添加重量比為1.0~1.2%本發(fā)明所述合金后，其效果表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）鋅液溫度可降到430~440℃范圍內(nèi)正常生產(chǎn)，節(jié)約了能源；（2）鋅液的流動性顯著提高，對于材質(zhì)為Q235D的鋼制件熱鍍鋅后的鍍層厚度降低18~23%；（3）鋼制件熱鍍鋅后的鍍層光亮、平滑、光澤一致、無色差；并且減少了鋼制件上的鋅瘤、掛鋅，減低單位鋅耗，節(jié)約熱鍍鋅的生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種稀釋溶融鋅液的合金及其溶煉方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及熱鍍鋅生產(chǎn)工藝領域，具體地說是一種稀釋熔融鋅液的合金及其熔煉方法。
[0002]【背景技術】
據(jù)有關資料統(tǒng)計，世界上每年因腐蝕而報廢的金屬材料和設備約相當于生產(chǎn)量的20%，由于金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟損失約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的疒4%，特別是鋼制結構件受腐蝕后的損壞更大，除直接損耗以外，還會造成結構件強度降低，產(chǎn)生安全隱患。鋼鐵制件熱鍍鋅是目前應用最廣泛和最有效的防銹蝕方法之一，應用比較廣泛，主要應用于塔桅類、鋼結構工程、鋼格板、交通設施等幾個方面。所謂熱鍍鋅就是將固體金屬鋅錠通過加熱的鋼鐵容器俗稱“鋅鍋”，把金屬鋅錠熔化為44(T445°C的鋅液，而后經(jīng)過預處理后的鋼鐵制件在干燥情況下浸入熔融鋅液中，鋼鐵制件在鋅液中通過化學、物理擴散等反應，在鋼鐵基體組織內(nèi)形成鐵鋅合金層；最后鋼鐵件離開鋅液面后，其表面涂覆(粘附)一層金屬鋅，完成整個熱浸鋅過程。鋼制件熱鍍鋅所用的鋅耗約占整個熱鍍鋅生產(chǎn)成本的75%左右，企業(yè)把降低鋅耗作為降低生產(chǎn)成本的重中之重，力爭把鋅耗降到最低程度，是企業(yè)共同追求的目標。
[0003]目前，在鋼制件熱鍍鋅生產(chǎn)中，為改善鋼制件批量熱鍍鋅時金屬鋅的流動性，減薄鍍鋅層的厚度，降低金屬鋅的消耗，常采用的方法有:(I)提高金屬鋅液的溫度，但溫度超過460°C以上時熱鍍鋅，往往適得其反，溫度越高反而鋅層越厚，研究證明，鋅液流動性和溫度關系不大，固體鋅錠熔化后就具備一定的流動性，進一步提高鋅液的溫度流動性幾乎保持不變。實際上鋅液的流動性主要取決于鋅液中的鐵含量，即鐵含量越高鋅液的流動性就越差，這樣就得不到較薄的鍍鋅層；同時鋼制件易出現(xiàn)變形和色差，表面色澤不一致，鍍鋅層失去金屬鋅的光澤；另外因鋅對鐵的浸蝕，將加速熔鋅容器的損壞，減少鋅鍋的使用壽命。但是鋅液溫度在435-4 45°C之間時，鋅液的流動性差，會增加鍍層厚度而增加金屬鋅的消耗。(2)向鋅液中添加金屬鋁。鋅液中含有一定的金屬鋁后，可以阻止鐵鋅反應的速度，降低鐵鋅合金層的厚度，對降低金屬鋅的消耗有一定作用。但是直接向金屬鋅液中添加金屬鋁時，因金屬鋁較金屬鋅輕得多，造成鋁分子在鋅液上懸浮，鋁不能很好地與鋅液均勻混合；且鋁的熔點(660.40C )較金屬鋅的熔點(419.50C )高得多，不易與熔化后的金屬鋅混合均勻，因此限制了單純使用金屬鋁作為降低金屬鋅消耗的措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述存在的技術問題，本發(fā)明提供了一種稀釋熔融鋅液的合金及其熔煉方法，提高金屬鋅的流動性，減少鍍鋅層的厚度，降低熱鍍鋅過程中金屬鋅的消耗，降低生產(chǎn)成本。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下:
一種稀釋熔融鋅液的合金，按重量百分比計的原料組成為:鋁2-3.5%、錫5-7%、鉍1.5-2.0%、稀土合金0.4 -0.6 %，余量為鋅。
[0006]所述合金中各成分的純度為:鋁≥99.995%，錫≥99.99%，鉍≥99.95%。[0007]所述稀土合金中包括質(zhì)量分數(shù)為30-32%的鑭和68-70%的鈰。
[0008]該稀釋熔融鋅液的合金的熔煉方法，包括以下步驟:
(O按重量配比稱取各合金成分；
(2)將石墨坩堝緩慢加熱，在350-400°C預熱2-2.5小時；
(3)把鋅錠分割成塊，緩慢放入石墨坩堝中；繼續(xù)加熱使鋅錠在460-50(TC下熔化成鋅
液；
(4)向鋅液中緩慢加入金屬鋁，加熱使之緩慢熔化完畢；然后加入金屬錫，直至金屬錫熔化完畢；
(5)將干燥的金屬鉍、稀土合金分別放入兩個不銹鋼絲網(wǎng)兜中，預熱到100-150°C，調(diào)整合金液的溫度至440-450°C，將金屬鉍、稀土合金網(wǎng)兜緩慢放入熔融的鋅液中；
(6 )待以上金屬全部熔化后，攪拌均勻，撈出浮渣，將合金液澆鑄成合金錠。
[0009]在鋼鐵制件熱鍍鋅生產(chǎn)中，采用上述合金屬元素增加金屬鋅液流動性的綜合因素為:
(I)鋁(Al):呈銀白色，屬面心立方結構，相對原子量為26.98，密度為2.7g/cm3，熔點660°C。使用 的商品鋅中不存在鋁元素，當鋅液中鋁含量為5%時鋅和鋁發(fā)生共晶反應，共晶溫度為382°C，這時鋅液熔點最低(熔點溫度=共晶溫度)，低于金屬鋅的熔點(419.5°C )。可以說在鍍鋅溫度不變時，鋅液的熔點從419.5°C下降到382°C，溫度差達38°C，即熔點越低，鋅液的流動性越好。在鋼制件熱鍍鋅生產(chǎn)中，金屬鋅液中當含有0.025、.05%的鋁時其積極效果有:
Ca)鋁可增進鋼件鍍鋅表面的光澤，提高繞性；(b)能改變鍍鋅層的組織結構，抵消鋅液中鐵元素的影響；因為招能夠與鋅液中的鐵作用而生成鐵招化合物，如FeAl、Fe3Al等，使鋅液中的鐵離子減少，鋅液的流動性增加，從而減少鍍鋅層的附著量；(c)減少鋅渣的產(chǎn)生。研究表明，當向鋅液中添加0.16~0.20%的鋁合金后，鋅液中的鐵離子將與鋁起反應，生成含鋁量為4~7%的浮渣，而懸浮在鋅液上面，此時鋁的消耗量為0.35%左右。此外，鋁還可以和鋅液內(nèi)的氧化鐵、氧化鋅等雜質(zhì)結合，形成不與鋼絲相粘合的物質(zhì)，并且能浮到鋅液表面，這樣能保證鍍鋅層的純度，其耐腐蝕性能是普通純鋅層的2~3倍。
[0010](2)錫(Sn):呈銀灰色，屬正方晶系，相對原子量為118.7，密度7.28g/cm3，熔點為231.84°C。錫是低熔點金屬，熱鍍鋅中加入錫對鍍層表面狀態(tài)改善明顯，鍍層表面更加平滑，特別是當有鉛同時存在時，鍍層表面亮度明顯提高，其流動性也有所提高，可降低工件表面掛鋅層厚度。根據(jù)研究，向鋅液中加入錫后，可以抑制高硅(質(zhì)量分數(shù)大于0.3%)活性鋼的鍍層超厚生長，高硅鋼鍍鋅層中的δ相層變厚而非常致密，ζ相層變薄，并由疏松的塊狀變?yōu)榕帕姓R的柱狀晶體，所得鍍層中的鐵鋅合金層厚度當浸鋅3~5min僅為60 μ m左右。與不添加錫相比較，可以降低鍍層厚度的20%左右。
[0011](3)鉍(Bi):原子量為208.98，密度9.8g/cm3，熔點為271.3，屬斜方晶系。在鋅液中添加適量的鉍，可獲得平滑均勻并有良好光澤的鍍鋅層，同時可減少鋅灰及鋅渣，降低鋅耗。
[0012](4)稀土元素(La + Ce):在鋅液中加入稀土合金元素，對Fe-Zn反應沒有明顯影響，但稀土元素的加入提高了鋅液的流動性，稀土元素對鋅液的潤濕角和表面張力影響較大。研究表明，稀土元素能降低鋅液的潤濕角，并且隨著鋅液溫度的升高，角度逐漸變小。表面張力隨著稀土元素加入量的增加而降低。但是當加入一定量之后，則無明顯變化。稀土元素的加入，對鍍層均勻性、厚度、表觀質(zhì)量等性能都有不同程度的提高。稀土元素的加入，鍍層的耐鹽霧腐蝕性能可成倍提高。
[0013]綜上所述，本發(fā)明提供的稀釋熔融鋅液的合金及其熔煉方法，向熔融的金屬鋅液中添加重量比為1.(Tl.2%本發(fā)明所述合金后，其效果表現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)鋅液溫度可降到43(T440°C范圍內(nèi)正常生產(chǎn)，節(jié)約了能源；
(2)鋅液的流動性顯著提高，對于材質(zhì)為Q235D的鋼制件熱鍍鋅后的鍍層厚度降低18~23% ；
(3)鋼制件熱鍍鋅后的鍍層光亮、平滑、光澤一致、無色差；并且減少了鋼制件上的鋅瘤、掛鋅，減低單位鋅耗，節(jié)約熱鍍鋅的生產(chǎn)成本。本發(fā)明的熱鍍鋅合金對于鋼制件熱鍍鋅行業(yè)降低金屬鋅的消耗是一種技術上的突破，推廣使用這種技術具有重要的現(xiàn)實意義。
[0014]應用試驗:當鋅液溫度在43(T440°C范圍內(nèi)時，同一材質(zhì)、同一規(guī)格的鋼制件熱鍍鋅，根據(jù)添加合金前后的鍍層厚度，按照技術標準進行測量，以50噸為一批量統(tǒng)計效果對比見下表1。
[0015]表1:鋼件熱鍍鋅添加合金前后鍍層的厚度對比分析
【權利要求】
1.一種稀釋熔融鋅液的合金，其特征在于:按重量百分比計的原料組成為:鋁2-3.5%、錫5-7%、鉍1.5-2.0%、稀土合金0.4 -0.6 %，余量為鋅。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種稀釋熔融鋅液的合金，其特征在于:所述合金中各成分的純度為:鋁≥99.995%，錫≥99.99%，鉍≥99.95%。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種稀釋熔融鋅液的合金，其特征在于:所述稀土合金中包括質(zhì)量分數(shù)為30-32%的鑭和68-70%的鈰。
4.一種如權利要求1所述的一種稀釋熔融鋅液的合金的熔煉方法，其特征在于:包括以下步驟: (O按重量配比稱取各合金成分； (2)將石墨坩堝緩慢加熱，在350-400°C預熱2-2.5小時； (3)把鋅錠分割成塊，緩慢放入石墨坩堝中；繼續(xù)加熱使鋅錠在460-50(TC下熔化成鋅液； (4)向鋅液中緩慢加入金屬鋁，加熱使之緩慢熔化完畢；然后加入金屬錫，直至金屬錫熔化完畢； (5)將干燥的金屬鉍、稀土合金分別放入兩個不銹鋼絲網(wǎng)兜中，預熱到100-150°C，調(diào)整合金液的溫度至440-450°C，將金屬鉍、稀土合金網(wǎng)兜緩慢放入熔融的鋅液中； (6 )待以上金屬全部熔化后，攪拌均勻，撈出浮渣，將合金液澆鑄成合金錠。
【文檔編號】C22C1/02GK103695712SQ201310592108
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權日:2013年11月22日
【發(fā)明者】苗立賢, 李斌, 陳立 申請人:山東華彩新材料有限公司