CN103695712A

CN103695712A - 一种稀释熔融锌液的合金及其熔炼方法

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Publication number: CN103695712A
Application number: CN201310592108.XA
Authority: CN
Inventors: 苗立贤; 李斌; 陈立
Original assignee: SHANDONG HUACAI NEW MATERIAL Co Ltd
Current assignee: SHANDONG HUACAI NEW MATERIAL CO., LTD.
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: CN103695712B

Abstract

本发明公开了一种稀释熔融锌液的合金及其熔炼方法，涉及热镀锌生产工艺领域，该合金按重量百分比计的原料组成为：铝2-3.5%、锡5-7%、铋1.5-2.0%、稀土合金0.4-0.6%，余量为锌。本发明提供的稀释熔融锌液的合金及其熔炼方法，向熔融的金属锌液中添加重量比为1.0~1.2%本发明所述合金后，其效果表现在以下几个方面：（1）锌液温度可降到430~440℃范围内正常生产，节约了能源；（2）锌液的流动性显著提高，对于材质为Q235D的钢制件热镀锌后的镀层厚度降低18~23%；（3）钢制件热镀锌后的镀层光亮、平滑、光泽一致、无色差；并且减少了钢制件上的锌瘤、挂锌，减低单位锌耗，节约热镀锌的生产成本。

Description

一种稀释熔融锌液的合金及其熔炼方法

技术领域

本发明涉及热镀锌生产工艺领域，具体地说是一种稀释熔融锌液的合金及其熔炼方法。

背景技术

据有关资料统计，世界上每年因腐蚀而报废的金属材料和设备约相当于生产量的20%，由于金属腐蚀而造成的经济损失约占国民经济总产值的2~4%，特别是钢制结构件受腐蚀后的损坏更大，除直接损耗以外，还会造成结构件强度降低，产生安全隐患。钢铁制件热镀锌是目前应用最广泛和最有效的防锈蚀方法之一，应用比较广泛，主要应用于塔桅类、钢结构工程、钢格板、交通设施等几个方面。所谓热镀锌就是将固体金属锌锭通过加热的钢铁容器俗称“锌锅”，把金属锌锭熔化为440~445℃的锌液，而后经过预处理后的钢铁制件在干燥情况下浸入熔融锌液中，钢铁制件在锌液中通过化学、物理扩散等反应，在钢铁基体组织内形成铁锌合金层；最后钢铁件离开锌液面后，其表面涂覆（粘附）一层金属锌，完成整个热浸锌过程。钢制件热镀锌所用的锌耗约占整个热镀锌生产成本的75%左右，企业把降低锌耗作为降低生产成本的重中之重，力争把锌耗降到最低程度，是企业共同追求的目标。

目前，在钢制件热镀锌生产中，为改善钢制件批量热镀锌时金属锌的流动性，减薄镀锌层的厚度，降低金属锌的消耗，常采用的方法有：（1）提高金属锌液的温度，但温度超过460℃以上时热镀锌，往往适得其反，温度越高反而锌层越厚，研究证明，锌液流动性和温度关系不大，固体锌锭熔化后就具备一定的流动性，进一步提高锌液的温度流动性几乎保持不变。实际上锌液的流动性主要取决于锌液中的铁含量，即铁含量越高锌液的流动性就越差，这样就得不到较薄的镀锌层；同时钢制件易出现变形和色差，表面色泽不一致，镀锌层失去金属锌的光泽；另外因锌对铁的浸蚀，将加速熔锌容器的损坏，减少锌锅的使用寿命。但是锌液温度在435-445℃之间时，锌液的流动性差，会增加镀层厚度而增加金属锌的消耗。（2）向锌液中添加金属铝。锌液中含有一定的金属铝后，可以阻止铁锌反应的速度，降低铁锌合金层的厚度，对降低金属锌的消耗有一定作用。但是直接向金属锌液中添加金属铝时，因金属铝较金属锌轻得多，造成铝分子在锌液上悬浮，铝不能很好地与锌液均匀混合；且铝的熔点（660.4℃）较金属锌的熔点（419.5℃）高得多，不易与熔化后的金属锌混合均匀，因此限制了单纯使用金属铝作为降低金属锌消耗的措施。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种稀释熔融锌液的合金及其熔炼方法，提高金属锌的流动性，减少镀锌层的厚度，降低热镀锌过程中金属锌的消耗，降低生产成本。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种稀释熔融锌液的合金，按重量百分比计的原料组成为：铝2-3.5%、锡5-7%、铋1.5-2.0%、稀土合金0.4 -0.6 %，余量为锌。

所述合金中各成分的纯度为：铝≥99.995%，锡≥99.99%，铋≥99.95%。

所述稀土合金中包括质量分数为30-32%的镧和68-70%的铈。

该稀释熔融锌液的合金的熔炼方法，包括以下步骤：

（1）按重量配比称取各合金成分；

（2）将石墨坩埚缓慢加热，在350-400℃预热2-2.5小时；

（3）把锌锭分割成块，缓慢放入石墨坩埚中；继续加热使锌锭在460-500℃下熔化成锌液；

（4）向锌液中缓慢加入金属铝，加热使之缓慢熔化完毕；然后加入金属锡，直至金属锡熔化完毕；

（5）将干燥的金属铋、稀土合金分别放入两个不锈钢丝网兜中，预热到100-150℃，调整合金液的温度至440-450℃，将金属铋、稀土合金网兜缓慢放入熔融的锌液中；

（6）待以上金属全部熔化后，搅拌均匀，捞出浮渣，将合金液浇铸成合金锭。

在钢铁制件热镀锌生产中，采用上述合金属元素增加金属锌液流动性的综合因素为：

（1）铝（Al）：呈银白色，属面心立方结构，相对原子量为26.98，密度为2.7g/cm³，熔点660℃。使用的商品锌中不存在铝元素，当锌液中铝含量为5%时锌和铝发生共晶反应，共晶温度为382℃，这时锌液熔点最低（熔点温度=共晶温度），低于金属锌的熔点（419.5℃）。可以说在镀锌温度不变时，锌液的熔点从419.5℃下降到382℃，温度差达38℃，即熔点越低，锌液的流动性越好。在钢制件热镀锌生产中，金属锌液中当含有0.025~0.05%的铝时其积极效果有：

（a）铝可增进钢件镀锌表面的光泽，提高绕性；（b）能改变镀锌层的组织结构，抵消锌液中铁元素的影响；因为铝能够与锌液中的铁作用而生成铁铝化合物，如FeAl、Fe₃Al等，使锌液中的铁离子减少，锌液的流动性增加，从而减少镀锌层的附着量；（c）减少锌渣的产生。研究表明，当向锌液中添加0.16～0.20%的铝合金后，锌液中的铁离子将与铝起反应，生成含铝量为4～7%的浮渣，而悬浮在锌液上面，此时铝的消耗量为0.35%左右。此外，铝还可以和锌液内的氧化铁、氧化锌等杂质结合，形成不与钢丝相粘合的物质，并且能浮到锌液表面，这样能保证镀锌层的纯度，其耐腐蚀性能是普通纯锌层的2~3倍。

（2）锡（Sn）：呈银灰色，属正方晶系，相对原子量为118.7，密度7.28g/cm³，熔点为231.84℃。锡是低熔点金属，热镀锌中加入锡对镀层表面状态改善明显，镀层表面更加平滑，特别是当有铅同时存在时，镀层表面亮度明显提高，其流动性也有所提高，可降低工件表面挂锌层厚度。根据研究，向锌液中加入锡后，可以抑制高硅（质量分数大于0.3%）活性钢的镀层超厚生长，高硅钢镀锌层中的δ相层变厚而非常致密，ζ相层变薄，并由疏松的块状变为排列整齐的柱状晶体，所得镀层中的铁锌合金层厚度当浸锌3～5min仅为60μm左右。与不添加锡相比较，可以降低镀层厚度的20%左右。

（3) 铋（Bi) ：原子量为208.98，密度9.8g/cm³，熔点为271.3，属斜方晶系。在锌液中添加适量的铋，可获得平滑均匀并有良好光泽的镀锌层，同时可减少锌灰及锌渣，降低锌耗。

（4）稀土元素（La＋Ce)：在锌液中加入稀土合金元素，对Fe-Zn反应没有明显影响，但稀土元素的加入提高了锌液的流动性，稀土元素对锌液的润湿角和表面张力影响较大。研究表明，稀土元素能降低锌液的润湿角，并且随着锌液温度的升高，角度逐渐变小。表面张力随着稀土元素加入量的增加而降低。但是当加入一定量之后，则无明显变化。稀土元素的加入，对镀层均匀性、厚度、表观质量等性能都有不同程度的提高。稀土元素的加入，镀层的耐盐雾腐蚀性能可成倍提高。

综上所述，本发明提供的稀释熔融锌液的合金及其熔炼方法，向熔融的金属锌液中添加重量比为1.0~1.2%本发明所述合金后，其效果表现在以下几个方面：

（1）锌液温度可降到430~440℃范围内正常生产，节约了能源；

（2）锌液的流动性显著提高，对于材质为Q235D的钢制件热镀锌后的镀层厚度降低18~23%；

（3）钢制件热镀锌后的镀层光亮、平滑、光泽一致、无色差；并且减少了钢制件上的锌瘤、挂锌，减低单位锌耗，节约热镀锌的生产成本。本发明的热镀锌合金对于钢制件热镀锌行业降低金属锌的消耗是一种技术上的突破，推广使用这种技术具有重要的现实意义。

应用试验：当锌液温度在430~440℃范围内时，同一材质、同一规格的钢制件热镀锌，根据添加合金前后的镀层厚度，按照技术标准进行测量，以50吨为一批量统计效果对比见下表1。

表1：钢件热镀锌添加合金前后镀层的厚度对比分析

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述：

该稀释熔融锌液的合金，按重量百分比计的原料组成为：铝2-3.5%、锡5-7%、铋1.5-2.0%、稀土合金0.4 -0.6 %，余量为锌。

所述稀土合金中包括质量分数为30-32%的镧和68-70%的铈。

该稀释熔融锌液的合金的熔炼方法，通过如下步骤实现：

按配比称取各合金成分后按以下步骤进行：

（1）按重量配比称取各合金成分；

（2）将石墨坩埚缓慢加热，在350-400℃预热2-2.5小时；

将石墨坩埚预热的原因是，由于坩埚在存放过程中容易吸潮，缓慢预热会把潮气逐步排出，预热过急、温度过高将会减少石墨坩埚的使用寿命。

金属铋和稀土合金上面不允许有水和潮湿，应提前进行干燥处理，防止溅锌。

实施例1：

（1）按重量配比称取各合金成分，其中铝2%、锡5%、铋1.5%、稀土合金0.4 %，余量为锌，稀土合金中包括30%的镧和70%的铈。

（2）将石墨坩埚缓慢加热，在400℃下预热2小时；

（3）把锌锭分割成块，缓慢放入石墨坩埚中；继续加热使锌锭在460℃下熔化成锌液；

（5）将干燥的金属铋、稀土合金分别放入两个不锈钢丝网兜中，预热到100℃，调整合金液的温度至440℃，将金属铋、稀土合金网兜缓慢放入熔融的锌液中；

实施例2：

（1）按重量配比称取各合金成分，其中铝3.5%、锡7%、铋2%、稀土合金0.6 %，余量为锌，稀土合金中包括32%的镧和68%的铈。

（2）将石墨坩埚缓慢加热，在390℃下预热2.5小时；

（3）把锌锭分割成块，缓慢放入石墨坩埚中；继续加热使锌锭在500℃下熔化成锌液；

（5）将干燥的金属铋、稀土合金分别放入两个不锈钢丝网兜中，预热到150℃，调整合金液的温度至450℃，将金属铋、稀土合金网兜缓慢放入熔融的锌液中；

实施例3：

（1）按重量配比称取各合金成分，其中铝3%、锡6%、铋1.8%、稀土合金0.5%，余量为锌，稀土合金中包括31%的镧和69%的铈。

（2）将石墨坩埚缓慢加热，在350℃下预热2.4小时；

（3）把锌锭分割成块，缓慢放入石墨坩埚中；继续加热使锌锭在480℃下熔化成锌液；

（5）将干燥的金属铋、稀土合金分别放入两个不锈钢丝网兜中，预热到130℃，调整合金液的温度至445℃，将金属铋、稀土合金网兜缓慢放入熔融的锌液中；

实施例4：

（1）按重量配比称取各合金成分，其中铝3%、锡6%、铋2.0%、稀土合金0.5 %，余量为锌，稀土合金中包括30.5%的镧和69.5%的铈。

（2）将石墨坩埚缓慢加热，在400℃下预热2.25小时；

（3）把锌锭分割成块，缓慢放入石墨坩埚中；继续加热使锌锭在490℃下熔化成锌液；

（5）将干燥的金属铋、稀土合金分别放入两个不锈钢丝网兜中，预热到120℃，调整合金液的温度至448℃，将金属铋、稀土合金网兜缓慢放入熔融的锌液中；

实施例5：

（1）按重量配比称取各合金成分，其中铝3.5%、锡7%、铋1.8%、稀土合金0.4 %，余量为锌，稀土合金中包括31%的镧和69%的铈。

（2）将石墨坩埚缓慢加热，在380℃下预热2.5小时；

（5）将干燥的金属铋、稀土合金分别放入两个不锈钢丝网兜中，预热到120℃，调整合金液的温度至440℃，将金属铋、稀土合金网兜缓慢放入熔融的锌液中；

实施例6：

（1）按重量配比称取各合金成分，其中铝2.5%、锡6.5%、铋1.8%、稀土合金0.45 %，余量为锌，稀土合金中包括30%的镧和70%的铈。

（2）将石墨坩埚缓慢加热，在360℃下预热2小时；

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种稀释熔融锌液的合金，其特征在于：按重量百分比计的原料组成为：铝2-3.5%、锡5-7%、铋1.5-2.0%、稀土合金0.4 -0.6 %，余量为锌。

2.根据权利要求1所述的一种稀释熔融锌液的合金，其特征在于：所述合金中各成分的纯度为：铝≥99.995%，锡≥99.99%，铋≥99.95%。

3.根据权利要求1所述的一种稀释熔融锌液的合金，其特征在于：所述稀土合金中包括质量分数为30-32%的镧和68-70%的铈。

4.一种如权利要求1所述的一种稀释熔融锌液的合金的熔炼方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）按重量配比称取各合金成分；

（2）将石墨坩埚缓慢加热，在350-400℃预热2-2.5小时；