一種鍍液中添加廢鋁原料進行熱浸鍍的方法
【專利摘要】一種鍍液中添加廢鋁原料進行熱浸鍍的方法，按以下步驟進行：（1）將含有3004鋁合金的廢鋁材料表面處理后壓制成廢鋁合金團塊；（2）在惰性氣體保護條件下，將廢鋁合金團塊熔煉澆鑄；（3）將廢鋁合金錠、鋅錠、鋁錠和Al-RE中間合金作為原料；（4）在惰性氣體保護條件下，將鋅錠放入電阻爐中熔化，升溫至700~750℃，將鋁錠和廢鋁合金錠壓入鋅熔體保溫，將有Al-RE中間合金壓入熔體保溫，攪拌、扒渣后澆鑄；（5）置于鋅鍋內加熱熔化并保溫；（6）將鍍液扒渣后進行熱浸鍍。本發明的合金熱浸鍍層原料的制備方法能夠有效利用廢鋁原料，不僅達到了保護了鋼鐵制品的目的，還能有效地減少對原鋁的消耗，減輕環境的壓力。
【專利說明】一種鍍液中添加廢鋁原料進行熱浸鍍的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于熱浸鍍【技術領域】，特別涉及一種鍍液中添加廢鋁原料進行熱浸鍍的方法。
【背景技術】
[0002]目前應用較為廣泛的鋼鐵防腐技術主要是對鋼板進行熱浸鍍處理，它不僅可以有效地減緩鋼鐵的腐蝕，延長其使用年限，并且具有生產成本低、工藝簡單、鍍層牢固、外觀優美等優點，因此被廣泛的應用于建筑、機械、家電等領域。近年來為了進一步提高鍍層的耐腐蝕性，鍍層材料逐漸由單一的純鋅向鋅合金方向發展。工業生產中應用最為廣泛的為鋅鋁合金鍍層，它能夠提高鍍液流動性，降低鍍層厚度，節約生產成本等；但與此同時，在生產的過程中，對原鋁的消耗量也在不斷的增加。
[0003]雖然我國是世界上最大的鋁生產和消耗國之一，但隨著消費量的迅猛增長，生產生活中產生了大量的廢鋁，再加上工業中對再生鋁資源需求量的日益增長，因此我國對廢鋁的回收利用有著巨大的發展潛力，例如生活中常用的消耗品易拉罐，它是一種檔次較高的鋁合金，其中包含了很多有價合金元素，回收價值高極高；可見，廢鋁如果能夠被集中的、有區別地回收利用，將會產生更可觀的經濟、社會效益，資源也將能夠得到更有效地配置。
[0004]多年來我國的廢鋁再生業只是處于我國鋁材加工業的邊緣地帶，與發達國家相比，我國的廢鋁再生業發展嚴重滯后，再生鋁產量占我國原鋁產量的比例還比較低，并且由于再生鋁的質量并不高，應用范圍還比較小。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種鍍液中添加廢鋁原料進行熱浸鍍的方法，通過廢鋁部分或完全替代原鋁結構工藝設計制備熱浸鍍原料，進行熱浸鍍生產，提高產品耐腐蝕能力，達到了保護了鋼鐵制品的目的，還能有效地減少對原鋁的消耗，減輕環境的壓力。
[0006]本發明的鍍液中添加廢鋁原料進行熱浸鍍的方法按以下步驟進行:
1、將含有3004鋁合金的廢鋁材料去除表面雜質，再烘干去除水分，然后加熱至100~200°C燒去表面非金屬雜質，冷卻后壓制成廢鋁合金團塊；
2、在惰性氣體保護條件下，將廢鋁合金團塊置于600~700°C的電阻爐中熔煉，當廢鋁合金團塊完全熔化后，攪拌并扒渣，然后澆鑄成廢鋁合金錠；
3、將廢鋁合金錠、鋅錠、鋁錠和Al-RE中間合金作為原料，全部原料按重量百分比含鋁錠2.00-6.00%，廢鋁合金錠2.50-6.50%，Al-RE中間合金0.05-0.15%，其余為鋅錠；其中RE為Ce和La ;選用的Al-RE中間合金中Ce的重量百分比為6.5%，La的重量百分比為3.5% ；
4、在惰性氣體保護條件下，將鋅錠放入600~650°C的電阻爐中；待鋅錠熔化成鋅熔體后，將鋅熔體在10~15min內升溫至700~750°C，用鐘罩將準備的鋁錠和廢鋁合金錠壓入鋅熔體中，保溫8~10min后取出鐘罩；待鋁錠和廢鋁合金錠完全熔化形成鋅鋁熔體后，用鐘罩將有鋁箔包裹的Al-RE中間合金壓入鋅鋁熔體中，保溫5~10min后取出鐘罩；待全部金屬熔化后，保溫5~10min，攪拌熔體2~5min，扒渣后澆鑄，獲得熱浸鍍層原料；
5、將熱浸鍍層原料置于鋅鍋內，加熱至完全熔化并在440~530°C保溫8~10min，使鍍液的成分均勾;
6、在惰性氣體保護條件下，將待熱浸鍍的鋼板安裝到熱浸鍍模擬機的夾持設備上；將鍍液扒渣，通過熱浸鍍模擬機將鋼板浸入到鍍液中進行熱浸鍍，保持3~20s，在鋼板表面獲得熱浸鍍層。
[0007]上述方法中，熱浸鍍完成后以0.5-2.0m/s的提拉速度將鋼板從鍍液中拉出，同時用噴吹壓強為0.01-0.1OMPa的氣刀抹拭鋼板的表面，使表面的鍍層均勻平整。
[0008]上述方法中采用的鋼板為普通低碳鋼板。
[0009]上述的含有3004銷合金的廢銷材料選用廢舊易拉鍾。
[0010]上述方法中，選用的惰性氣體為氬氣。
[0011]上述方法中，含有3004鋁合金的廢鋁材料中鋁的回收率多80%ο
[0012]本發明的方法利用含有3004鋁合金的廢鋁材料中的微量元素，將其引入到合金熱浸鍍層原料中，在進行熱浸鍍的過程中，能夠提高鍍層的耐腐蝕性能，改善鍍層的微觀組織。通過后期的腐蝕機理分析和相關文獻可知，加入廢鋁后的鍍層組織很大程度上得到了細化，有利于使其產生對鍍層有保護性、致密性和不易溶解的腐蝕產物，進而保護了鍍層。
[0013]本發明的合金熱浸鍍層原料的制備方法能夠有效利用廢鋁原料，不僅達到了保護了鋼鐵制品的目的，還能有效地減少對原鋁的消耗，減輕環境的壓力；采用該熱浸鍍原料進行鋼板的熱浸鍍，鍍層耐腐蝕性得到了極大的提高，鍍層微觀組織得到了很大的改善，晶粒得到了極大的細化，具有很好的市場應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為采用傳統熱浸鍍原料進行熱浸鍍后鋼板表面的Zn-Al-RE(Zn 94.90%，原鋁
5.00%，RE 0.10%)合金鍍層的SEM圖；
圖2為本發明實施例1中進行熱浸鍍后鋼板表面的合金鍍層的SEM圖；
圖3為本發明實施例2中進行熱浸鍍后鋼板表面的合金鍍層的SEM圖；
圖4為本發明實施例3中進行熱浸鍍后鋼板表面的合金鍍層的SEM圖；
圖中深色部分為純鋅相，淺色部分為鋅鋁共晶組織。
【具體實施方式】
[0015]本發明實施例中采用的鋅錠為市購產品，純度99.99%ο
[0016]本發明實施例中采用的鋁錠為市購產品，純度為99.7%。
[0017]本發明實施例中采用的Al-RE中間合金為市購Al-Ce-La合金。
[0018]本發明實施例中采用的鐘罩為石墨鐘罩。
[0019]本發明實施例中攪拌熔體采用石墨棒。
[0020]本發明實施例中鍍層基體采用的普通低碳鋼板為DC51鋼板。
[0021]本發明實施例中的鋼板在熱浸鍍前先進行表面預處理，包括堿洗除油、酸洗除銹和弱酸侵蝕等步驟，清潔鋼板表面。
[0022]本發明實施例中采用的熱浸鍍模擬機為申請號201010160353X公開的板帶熱鍍鋅模擬試驗機。
[0023]本發明實施例中熱浸鍍時的工藝參數為:氣刀縫隙2~4mm，氣刀與鋼板的距離10~50_，氣刀角度-40° ~0°，氣刀距離鍍液液面距離50~500_。
[0024]本發明實施例中米用的電子掃描設備為SSX-550型鶴燈絲分析掃描電鏡。
[0025]本發明實施例中采用中性鹽霧腐蝕試驗(NSS)來評價Zn-Al-RE三元合金鍍層的耐腐蝕性，為了測試的準確性，實驗參照GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》標準執行，利用失重速度來評價鍍層的耐蝕性；
依據GB/T 10125-2012的要求，試樣的被測試面在鹽霧箱中呈15° ~45 °擺放，具體的實驗參數為:溫度35±2°C，NaCl濃度50±5g/L，NaCl溶液pH6.5-7.2，鹽霧沉降量
1.5±0.5mL/h.80cm2，噴霧周期 72h (連續)，噴霧壓力 70~170KPa ；
樣品的處理過程:用混合比為1:1的松香和石蠟加熱后密封樣品的側面及背面，用無水乙醇清洗樣品的被測試面并用吹風機吹干，用分析天平稱量出樣品腐蝕前的質量；在鹽霧箱內進行72小時連續腐蝕后，用軟刷蘸取質量分數為15~25%檸檬酸二銨溶液清洗被測試面便于清除掉腐蝕產物，最后用蒸餾水清洗試樣并用吹風機吹干，稱量出鍍層腐蝕后的質量;
腐蝕速度按以下公式計算:
V= (W1 - W2).S-1.r1
式中，V是指鍍鋅板的腐蝕速度，單位為g.πΓ2 ^hlw1指腐蝕前試樣的重量，單位為g ;W2為腐蝕后試樣重量(已清除腐蝕產物)，單位為g ;S是指試樣暴露面積，單位為m2;T是指腐蝕時間，單位為h。
[0026]本發明實施例中將表面獲得熱浸鍍層的鋼板用剪板機將剪切為15mmX 15mm的小塊，置于裝有無水乙醇的燒杯內，并在超聲波洗滌器中清洗10~20min，取出后用吹風機吹干作為試樣用于檢測。
[0027]本發明實施例中采用的含有3004鋁合金的廢鋁材料為廢舊易拉罐。
[0028]實施例1
將含有3004鋁合金的廢鋁材料去除表面雜質，再烘干去除水分，然后加熱至100~200°C燒去表面非金屬雜質，冷卻后壓制成廢鋁合金團塊；
在惰性氣體保護條件下，將廢鋁合金團塊置于600~700°C的電阻爐中熔煉，當廢鋁合金團塊完全熔化后，攪拌并扒渣，然后澆鑄成廢鋁合金錠；
將廢鋁合金錠、鋅錠、鋁錠和Al-RE中間合金作為原料，全部原料按重量百分比含鋁錠
2.00%，廢鋁合金錠2.50%，Al-RE中間合金0.05%，其余為鋅錠；
在惰性氣體保護條件下，將鋅錠放入600°C的電阻爐中；待鋅錠熔化成鋅熔體后，將鋅熔體在1min內升溫至700°C，用鐘罩將準備的鋁錠和廢鋁合金錠壓入鋅熔體中，保溫1min后取出鐘罩；待銷徒和廢銷合金徒完全恪化形成梓銷恪體后，用鐘罩將有銷笛包裹的Al-RE中間合金壓入鋅鋁熔體中，保溫5min后取出鐘罩；待全部金屬熔化后，保溫5min，攪拌熔體2min，扒渣后澆鑄，獲得熱浸鍍層原料；
將熱浸鍍層原料置于鋅鍋內，加熱至完全熔化并在440°C保溫lOmin，使鍍液的成分均勻；
在惰性氣體保護條件下，將待熱浸鍍的鋼板安裝到熱浸鍍模擬機的夾持設備上；將鍍液扒渣，通過熱浸鍍模擬機將鋼板浸入到鍍液中進行熱浸鍍，保持20s，在鋼板表面獲得熱浸鍍層；進行熱浸鍍后鋼板表面的合金鍍層的SEM結果如圖2所示；
熱浸鍍完成后以0.5m/s的提拉速度將鋼板從鍍液中拉出，同時用噴吹壓強為0.0lMPa的氣刀抹拭鋼板的表面，使表面的鍍層均勻平整；
采用傳統的Zn-Al-RE (Zn 94.90%，原鋁5.00%，RE 0.10%)鍍液進行熱浸鍍，合金鍍層的SEM結果如圖1所示；
由圖可見，鍍層主要由純鋅相和鋅鋁共晶組織構成，圖2與圖1的鍍層形貌相比，組織由原來不均勻的機械混合狀變為成分比較均勻的細條狀組織，組織中出現了晶界，鍍層的晶界較為紊亂；
將鍍層鋼板處理后進行72h的中性鹽霧實驗后，檢驗本實施例的鍍層腐蝕速率為
0.0954g/m2.h，而傳統純鋅鍍層腐蝕速率為0.82015 g/m2.h，本實施例的鍍層大大提高了鋼板鍍層的耐腐蝕性。
[0029]實施例2
方法同實施例1，不同點在于:
將廢鋁合金錠、鋅錠、鋁錠和Al-RE中間合金作為原料，全部原料按重量百分比含鋁錠4.00%，廢鋁合金錠4.50%，Al-RE中間合金0.10%，其余為鋅錠；
在惰性氣體保護條件下，將鋅錠放入630°C的電阻爐中；待鋅錠熔化成鋅熔體后，將鋅熔體在12min內升溫至730°C，用鐘罩將準備的鋁錠和廢鋁合金錠壓入鋅熔體中，保溫9min后取出鐘罩；待銷徒和廢銷合金徒完全恪化形成梓銷恪體后，用鐘罩將有銷笛包裹的Al-RE中間合金壓入鋅鋁熔體中，保溫Smin后取出鐘罩；待全部金屬熔化后，保溫8min，攪拌熔體3min，扒渣后澆鑄，獲得熱浸鍍層原料；
將熱浸鍍層原料置于鋅鍋內，加熱至完全熔化并在500°C保溫9min，使鍍液的成分均勻；
將鍍液扒渣，通過熱浸鍍模擬機將鋼板浸入到鍍液中進行熱浸鍍，保持10s，在鋼板表面獲得熱浸鍍層；進行熱浸鍍后鋼板表面的合金鍍層的SEM結果如圖3所示；
熱浸鍍完成后以1.0m/s的提拉速度將鋼板從鍍液中拉出，同時用噴吹壓強為0.05MPa的氣刀抹拭鋼板的表面，使表面的鍍層均勻平整；
將鍍層鋼板處理后進行72h的中性鹽霧實驗后，檢驗其鍍層腐蝕速率為0.0827g/m2.h0
[0030]實施例3
方法同實施例1，不同點在于:
將廢鋁合金錠、鋅錠、鋁錠和Al-RE中間合金作為原料，全部原料按重量百分比含鋁錠
6.00%，廢鋁合金錠6.50%，Al-RE中間合金0.15%，其余為鋅錠；
在惰性氣體保護條件下，將鋅錠放入650°C的電阻爐中；待鋅錠熔化成鋅熔體后，將鋅熔體在15min內升溫至750°C，用鐘罩將準備的鋁錠和廢鋁合金錠壓入鋅熔體中，保溫8min后取出鐘罩；待銷徒和廢銷合金徒完全恪化形成梓銷恪體后，用鐘罩將有銷笛包裹的Al-RE中間合金壓入鋅鋁熔體中，保溫1min后取出鐘罩；待全部金屬熔化后，保溫lOmin，攪拌熔體5min，扒渣后澆鑄，獲得熱浸鍍層原料；
將熱浸鍍層原料置于鋅鍋內，加熱至完全熔化并在530°C保溫8min，使鍍液的成分均勻；
將鍍液扒渣，通過熱浸鍍模擬機將鋼板浸入到鍍液中進行熱浸鍍，保持3s，在鋼板表面獲得熱浸鍍層；進行熱浸鍍后鋼板表面的合金鍍層的SEM結果如圖4所示；
熱浸鍍完成后以2.0m/s的提拉速度將鋼板從鍍液中拉出，同時用噴吹壓強為0.1OMPa的氣刀抹拭鋼板的表面，使表面的鍍層均勻平整；
將鍍層鋼板處理后進行72h的中性鹽霧實驗后，檢驗其鍍層腐蝕速率為0.0738g/m2.h0
【權利要求】
1.一種鍍液中添加廢鋁原料進行熱浸鍍的方法，其特征在于按以下步驟進行: (O將含有3004鋁合金的廢鋁材料去除表面雜質，再烘干去除水分，然后加熱至100~200°C燒去表面非金屬雜質，冷卻后壓制成廢鋁合金團塊； (2)在惰性氣體保護條件下，將廢鋁合金團塊置于600~700°C的電阻爐中熔煉，當廢鋁合金團塊完全熔化后，攪拌并扒渣，然后澆鑄成廢鋁合金錠； (3)將廢鋁合金錠、鋅錠、鋁錠和Al-RE中間合金作為原料，全部原料按重量百分比含鋁錠2.00-6.00%，廢鋁合金錠2.50-6.50%，Al-RE中間合金0.05-0.15%，其余為鋅錠；其中RE為Ce和La ;選用的Al-RE中間合金中Ce的重量百分比為6.5%，La的重量百分比為3.5% ； (4)在惰性氣體保護條件下，將鋅錠放入600~650°C的電阻爐中；待鋅錠熔化成鋅熔體后，將鋅熔體在10~15min內升溫至700~750°C，用鐘罩將準備的鋁錠和廢鋁合金錠壓入鋅熔體中，保溫8~10min后取出鐘罩；待鋁錠和廢鋁合金錠完全熔化形成鋅鋁熔體后，用鐘罩將有鋁箔包裹的Al-RE中間合金壓入鋅鋁熔體中，保溫5~10min后取出鐘罩；待全部金屬熔化后，保溫5~10min，攪拌熔體2~5min，扒渣后澆鑄，獲得熱浸鍍層原料； (5)將熱浸鍍層原料置于鋅鍋內，加熱至完全熔化并在440~530°C保溫8~10min，使鍍液的成分均勻； (6)在惰性氣體保護條件下，將待熱浸鍍的鋼板安裝到熱浸鍍模擬機的夾持設備上；將鍍液扒渣，通過熱浸鍍模擬機將鋼板浸入到鍍液中進行熱浸鍍，保持3~20s，在鋼板表面獲得熱浸鍍層。
2.根據權利要求1所述的一種鍍液中添加廢鋁原料進行熱浸鍍的方法，其特征在于熱浸鍍完成后以0.5-2.0m/s的提拉速度將鋼板從鍍液中拉出，同時用噴吹壓強為0.01-0.1OMPa的氣刀抹拭鋼板的表面，使表面的鍍層均勻平整。
3.根據權利要求1所述的一種鍍液中添加廢鋁原料進行熱浸鍍的方法，其特征在于所述的含有3004銷合金的廢銷材料選用廢舊易拉鍾。
4.根據權利要求1所述的一種鍍液中添加廢鋁原料進行熱浸鍍的方法，其特征在于所述的鋼板為普通低碳鋼板。
【文檔編號】C23C2/06GK104451500SQ201410784990
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月18日 優先權日:2014年12月18日
【發明者】高波, 朱廣林, 何吉東, 呂繼可, 百玉婷, 胡亮, 涂贛峰 申請人:東北大學