CN1091474A - 热浸镀合金防腐层用锌镍中间合金及其熔炼 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钢铁制品热浸镀Zn+0.09％Ni
合金防腐层用Zn+2—4Ni中间合金和熔炼工艺方
法，该中间合金(Zn+2—4％Ni)含镍高，是配制热浸
镀Zn+0.09％Ni合金防腐的原材料和补加材料，减
少了中间合金用量，使温度波动小，钢铁制品采用
Zn+0.09％Ni合金防腐层，其耐腐蚀性能、机械性能、
镀层均匀性及表面质量，均优于纯锌镀层和Zn+Al
镀层，热浸镀工艺性好，成本低、效益高。为了熔炼
Zn+2—4％Ni中间合金，用复盐覆盖熔炼工艺方法
取得了成功，效果良好，防止了锌的氧化和挥发，减少
了锌的损耗。
Description
本发明涉及一种有色合金及其熔炼方法，特别是一种钢铁热浸镀合金防腐层用锌镍中间合金及其熔炼方法。
自从1741年钢铁制品热浸镀锌技术问世以来，防腐技术得到很大发展，新的防腐材料不断出现，工艺技术日趋完善，耐腐蚀性能，机械性能，镀层的均匀性，外观质量都达了比较理想的状态。80年代开发出Zn+Al合金防腐材料，85年加拿大率先研究出Zn+Ni（0.1%左右）防腐材料并投产，87年在美国首先得到推广，同年末欧洲有25条生产线使用该种防腐材料，目前使用的纯锌镀层耐腐蚀寿命不理想，镀层外表不美观，而Zn+Al防腐层，由于锌铝比重差较大，易产生重量偏析使镀层性能不稳定。Zn+Ni（0.1%左右）防腐材料的各项性能都比较理想，是一种好的防腐材料，但是镍不能直接熔入镀锌锅的锌液中，必须先制成Zn-Ni中间合金来加入，本发明就是要提供一种高含镍锌镍中间合金和熔炼方法。
锌是一种低沸点易氧化的金属，若与高熔点金属熔化成合金，会迂到如下两大难题：
1、在高温熔炼时，造成锌大量氧化挥发，损耗严重;
2、在适当低的温度使高熔点金属长时间合金化，使生产率低下，随着熔炼时间的延长锌的氧化也相当严重。为了解决上述问题，目前有的采用真空熔炼，有的采用保护性气氛（如还原性气氛）熔炼。
以上两种方法虽然解决了氧化耗损问题，但仍然解决不了锌的挥发问题，如真空熔炼甚至加剧锌的挥发，设备投资大，操作不便，污染环境，危害人的健康。
本发明的目的是提供一种热浸镀合金防腐层用Zn-Ni中间合金和熔炼方法，提高中间合金的含镍量，减少锌的耗损，使Zn-Ni（0.09%左右）防腐材料得到推广和应用。
本发明是这样实现的，为了在钢铁表面上进行热浸镀Zn+0.09%Ni合金防腐层，应先制取合金，由于镍不能直接熔入到锌液中，必须首先制取Zn+2-4%Ni中间合金方能实现，但是因锌的熔点为419℃，沸点为907℃，而镍的熔点为1455℃，一种低沸点易氧化金属锌与高熔点金属镍熔化成合金，会迂到如下技术难题。为了使高熔点镍能熔化在锌液中，当提高熔炼温度时，造成锌大量氧化和挥发，损失严重。为了减少锌的氧化挥发，应当降低熔炼温度，此时又延长了熔炼时间，使生产率下降，随着时间的加长，氧化也相当严重。为使镍能顺利的熔化在锌液里，而锌又不氧化挥发，可以采用熔剂法熔炼，即加大熔剂的剂量和覆盖厚度，造成适度的静压力，当提高熔炼温度时，能减少锌的氧化挥发，甚至达到使之不氧化不挥发。本发明采用YR法熔炼Zn-Ni中间合金，由图1、图2、Zn-Ni合金相图分析可知，Ni熔点1455℃，Zn熔点419.58℃，两者熔点相差很大。当含Ni0.25%时，锌镍在418.5℃时，发生共晶反应，可见Zn+0.09%Ni合金的熔点介于418.5℃和419.58℃之间，十分接近纯锌的熔点，所以Zn+0.09%Ni合金与纯锌熔点接近热镀操作工艺基本相同。用纯镍加入低温的锌液中熔化将是十分缓慢的，因此则应先制取Zn+2-4%Ni中间合金来加入。由图1、图2、Zn-Ni合金相图可知，含Ni2-4%时的中间合金，其熔点约在610-615℃，从表1，在1大气压下锌的蒸气压与温度之间的关系可见：锌的温度愈高，挥发愈严重。
1大气压下锌的蒸气压与温度之间的关系 表1
| t(℃) | 290 | 350 | 420 | 500 | 610 | 700 | 750 | 906.97(沸点） |
| P(mmHgh) | 10－3 | 10－2 | 10－1 | 1.0 | 10 | 50 | 100 | 760 |
温度到906.97℃时沸腾，为了熔炼Zn+2-4%Ni中间合金使镍顺利熔化在锌液中，必须在足够高的温度下进行。一种是在高压釜内进行熔炼，设备复杂，难以搅动，不便观察，危险。一般是在电阻炉、工频电炉、火焰坩埚炉中熔炼，在熔炉金属液表面上用复盐覆盖的方法制取Zn+2-4%Ni中间合金。
复盐的选取见表2。复盐应满足温度要求。
各类复盐的性质 表2
| 种类 | MnCl2 | CaCl2 | MgCl2 | ZnCl2 | NaCl | PbCl2 |
| 比重（g/cm3) | 2.977 | 2.52 | 2.91 | 2.16 | 5.85 | |
| 熔点（℃） | 652 | 783 | 714 | 290 | 808 | 500 |
| 沸点（℃） | 1225 | 1420 | 1400 | 732 | 1473 | 950 |
在700-800℃温度间，复盐熔液必须稳定并挥发小，还应具有经济，安全，无污染，能回收等优点，本发明选用的复盐是50-70%CaCl2+30-50%NaCl加入量保证使合金液表面覆盖厚度大于5毫米，混合均匀的复盐要在110-120℃温度下经烘烤后使用。Zn+2-4%Ni中间合金的熔炼工艺;熔炼可在碱性、酸性、中性坩埚里进行;坩埚预热后装入90%锌锭，烘干好的复盐，同时按配比装入镍，镍屑比镍板能缩短熔炼周期15%，升温至750-800℃使之熔化;用刷有涂料的钢棒加以搅动，探察镍的熔化情况;当镍全部熔化后立即断电，加入余下锌锭降温，为避免合金过热发生燃烧，在熔炼过程中用热电偶测温和控温;待镍全部熔化完毕温度适宜后，先扒出熔盐，将熔炼好的Zn-Ni中间合金倒入预热的锭模内。
本发明Zn+2-4%Ni中间合金的含镍量高，在配制Zn+0.09%Ni合金防腐材料镀液中和补加Zn+2-4%Ni中间合金时，加入量减少，使合金镀液温度波动小，提高生产效率和产品质量。本合金的熔炼方法是采用一种在700-800℃高温下比较稳定的复盐覆盖在Zn-Ni合金液面上，造成适度的静压力，使锌不氧化不挥发，无耗损，提高锌的利用率，缩短镍的熔化时间。
本发明的具体实施例及附图如下：
图1为本发明的锌镍合金相图;
图2为本发明的锌镍合金相图局部放大图。
实施例1：用电阻炉熔制Zn+2-4%Ni中间合金。
实验设备：井式炭硅棒电阻炉，功率11KW。在不锈钢坩埚内打结一层铝钒土，防止污染合金液。用NiCr-NiSi热电偶和SYZ-（三）数显表测温。
金属料：将1号锌锭破断成50mm左右长。电解镍板刨成1-2mm厚切屑。每次熔炼为1.5公斤。
复盐：称600克CaCl2破碎成10mm大小，400克NaCl（2mm）工业用盐，混合均匀并在110-120℃预热。
熔炼：送电将坩埚预热到200℃左右，放入90%的锌锭使之熔化，加入复盐覆盖在锌液上。复盐液化后加入镍屑，待温度升至700-800℃时，用刷有涂料的钢棒搅动合金熔液，探察镍的熔化情况，约50-60分钟镍熔化完毕，用留下的10%锌锭降温，温度合适后断电、扒渣、出炉、倒入锭模。
结果分析：上述熔炼工艺配制了Zn+2%Ni、Zn+3%Ni、Zi+3.3%Ni和Zn+4%Ni四种成分，每种配比熔制二炉，其中一组锭化验结果如表3。
Zn-Ni中间合金锭的化验成分与配料成分对比 表3
| 配料成分（Ni%) | 2.00 | 3.00 | 3.33 | 4.00 |
| 合金锭成分（Ni%) | 1.90 | 3.40 | 3.70 | 4.75 |
表3中配比为2%Ni的合金化验结果含Ni为1.9%，与配比接近，是因为合金在坩锅内经过钢棒搅动后倒入锭模使成分均匀。而配料比为含Ni3.0%、3.3%、4.0%的合金试样成分，为3.40%、3.70%、4.75%与配比相差较大，是因为合金液未经过搅动在坩锅内慢慢冷却成的锭，比重偏析较大。Zn+4%Ni中间合金熔炼时间较长。表4为熔炼Zn-Ni合金锌的损耗率。
实验室熔制Zn-Ni合金Zn的损耗率 表4
| 实验序 | Ni含量（％） | 熔前 | 熔后 | 损耗率％ | |||
| Zn重（g) | Ni重(g) | Zn+Ni总重（g) | Zn+Ni重总（g) | 损耗量（g) | |||
| 1 | 2 | 1538 | 31.4 | 1569.4 | 1547 | 22.4 | 1.43 |
| 2 | 3 | 1467 | 45.4 | 1512.4 | 1496 | 16.4 | 1.1 |
| 3 | 4 | 1633 | 68 | 1701 | 1685 | 16 | 0.91 |
Ni是稳定元素不损耗，Zn的损耗亦不大。
实施例2：
本实施是在工厂进行的，共熔炼三炉，每炉约110公斤，第一炉在铝钒土捣制炉衬内进行，第二、第三炉在人造石英砂炉衬中熔炼，熔炼后经检查均未发现炉衬有熔蚀现象。本次试验共用10公斤镍，大部分刨成切屑，计算配料为Zn+3%Ni、金属料、复盐、熔炼参数及化验结果见表5。
熔炼设备为功率100Kw、容量150公斤，可控硅中频感应电炉中性炉衬、酸性炉衬各一台。
熔炼工艺：
1、熔炉、金属材料、复盐、搅棒、浇包、锭模必须经过预热。
2、按表5做好熔炼前的配料准备工作。
3、送电装入配料量90%的锌锭于熔炉中，待熔化后加入混合均匀的复盐和金属镍，用钢棒进行搅动，控测镍的熔化情况。
4、用热电偶测温，控制熔炼温度不得超过800℃。
5、在镍全部熔化完毕，用留出的10%锌锭降温，平稳后扒出熔渣、出炉倒入锭模中。
中频感应电炉为内热式加热，炉内金属料温度高，炉壁、覆盖盐自身不发热，因而复盐在合金液面上经常结壳，应及时捣碎，防止爆炉。加热电流不宜过大，电流过大，强磁埸使合金液面中央呈凸面，凸面高处无复盐，使裸露合金液中的锌激烈氧化燃烧。
Claims (8)
1、一种由锌镍组成的钢铁制品热浸镀合金防腐层用Zn-Ni中间合金，其特征是合金成分为Zn+2-4Ni和熔炼工艺。
2、按权利要求1所述的Zn+2-4%Ni中间合金，其特征在于含镍为2.8-3.2%。
3、按权利要求1所述的Zn+2-4%Ni中间合金和熔炼工艺，其特征是一种在高温时沸点低、易氧化挥发的金属锌与高熔点金属镍的熔炼是在由MnCl2、CaCl2、MgCl2、ZnCl2、NaCl、PbCl2、KCl组成的比重小、不挥发、无毒、无污染的2元、3元、多元熔融复盐覆盖下进行的。
4、按权利要求3所述的复盐覆盖法，其特征是复盐CaCl与NaCl的配比为3∶2。
5、按权利要求1和3、4所述合金熔炼工艺和复盐覆盖法，其特征是在熔炼合金液面上复盐覆盖厚度大于3mm。
6、按权利要求1和4所述合金熔炼工艺和复盐覆盖法，其特征是熔炼温度不得高于800℃。
7、按权利要求1和4、6所述Zn+2-4%Ni中间合金熔炼工艺和复盐覆盖法，其特征在于熔炼时留出部分锌锭用于降温，防止燃烧挥发。
8、按权利要求1、4、6所述Zn+2-4%Ni中间合金熔炼工艺和复盐覆盖法，其特征是用感应电炉熔炼Zn-Ni合金，为减少合金液面中心凸起，电流不宜过大，熔盐表面温度低，防止结壳。
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| CN101924313B (zh) * | 2009-06-09 | 2012-12-19 | 重庆川仪自动化股份有限公司 | 银钯/锌白铜层状复合材料及制备方法 |
| CN103540775A (zh) * | 2013-10-10 | 2014-01-29 | 宝鸡市辰炎金属材料有限公司 | 用于熔炼ta10铸锭的镍钼中间合金制备方法 |
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| CN106929708A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-07-07 | 甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司 | 一种含Zn‑Al‑Mg‑Si‑Ni‑Ce的热浸镀用高耐蚀锌基铸造合金的制备方法 |
| CN109881045A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-14 | 云南驰宏资源综合利用有限公司 | 一种锌镍合金熔炼及浇铸的方法 |
-
1993
- 1993-02-16 CN CN 93110092 patent/CN1091474A/zh active Pending
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