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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1993
- 1993-02-16 CN CN 93110092 patent/CN1091474A/zh active Pending
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