一种钢铁热镀锌用合金元素添加方法
阅读说明：本技术 一种钢铁热镀锌用合金元素添加方法 (Method for adding alloy elements for hot galvanizing of steel ) 是由 李世伟 李晋健 龙海林 尹少华 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钢铁热镀锌用合金元素添加方法,涉及冶金工程技术领域。本发明包括以下步骤：S1：将Al材、Ni材、Bi材、La材、Ce材和Zn材进行批量粉碎,粉碎后按重量配比进行称重；S2：熔炼Zn-Ni中间合金；S3：熔炼Al-Ni中间合金；S4：熔炼Zn-Al-稀土中间合金；S5：制备多元合金锭,将剩余的Zn材粉加入中频炉内,升温至500～550℃,熔化成锌液,将Zn-Ni中间合金和Al-Ni中间合金同时加入中频炉内,升温至650～750℃,保温20～30min,之后充分搅拌。本发明采用金属锭与中间合金的方式熔炼多元合金,该方法充分利用中间合金熔点低的特点,大幅缩短中间合金的熔炼时间,减少易氧化元素的氧化烧损,提高金属收得率,提高生产效率。(The invention discloses an alloy element adding method for steel hot galvanizing, and relates to the technical field of metallurgical engineering. The invention comprises the following steps: s1: crushing an Al material, a Ni material, a Bi material, a La material, a Ce material and a Zn material in batches, and weighing according to the weight ratio after crushing; s2: smelting a Zn-Ni intermediate alloy; s3: smelting an Al-Ni intermediate alloy; s4: smelting a Zn-Al-rare earth intermediate alloy; s5: preparing a multi-element alloy ingot, adding the rest Zn material powder into an intermediate frequency furnace, heating to 500-550 ℃, melting into a zinc liquid, adding a Zn-Ni intermediate alloy and an Al-Ni intermediate alloy into the intermediate frequency furnace simultaneously, heating to 650-750 ℃, preserving heat for 20-30 min, and then fully stirring. The method adopts a mode of metal ingots and intermediate alloys to smelt the multi-element alloys, and fully utilizes the characteristic of low melting point of the intermediate alloys, thereby greatly shortening the smelting time of the intermediate alloys, reducing the oxidation burning loss of easily-oxidizable elements, improving the metal yield and improving the production efficiency.)
技术领域
本发明属于冶金工程技术领域，特别是涉及一种钢铁热镀锌用合金元素添加方法。
背景技术
热浸镀锌是延缓钢铁材料环境腐蚀的最有效手段之一，它是将表面经清洗、活化后的钢铁制品浸于熔融的锌液中，通过铁锌之间的反应和扩散，在钢铁制品表面镀覆附着性良好的锌合金镀层。
在热镀锌过程中为提高镀锌的耐腐蚀、厚度均匀性和亮度，常在锌液中添加多种合金元素，如铝、铋、镍和镧等，市场上销售的合金多为二元合金，如Zn-Al、Zn-Ni、Zn-Bi和Zn-La合金。热镀锌企业要采购多种合金，流动资金占用量大，企业运行成本高。此外，在热镀锌过程中，需要添加四种合金，造成生产控制困难，而且添加合金时需要停止生产，造成热镀锌产能下降。生产五元合金Zn-Al-Ni-Bi-RE是解决上述问题的主要途径。在熔炼多元合金的过程中，如采用一次熔炼(即全部元素使用单质金属在熔炼炉中进行熔化)的方法会受到很多限制，首先各种金属的熔点差异较大：Zn的熔点为419℃、Al的熔点为660.3℃、Bi的熔点为271.3℃、La的熔点为919℃、Ni的熔点为1455℃。如果熔炼温度低，在熔炼过程中依次加入各合金元素的金属，高熔点的金属如镍和镧的熔化速度慢，造成合金的熔炼周期长，生产效率低且合金液氧化严重，如果在熔炼过程中采用高温熔炼，锌易挥发和氧化，稀土元素易氧化，造成各组元的烧损大、金属收得率低，且化学成分稳定性差，造成合金生产过程难度大。
基于上述问题，因此，现有的热镀锌合金元素添加方法，无法满足实际使用中的需求，所以市面上迫切需要能改进的技术，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢铁热镀锌用合金元素添加方法，采用金属锭与中间合金的方式熔炼多元合金，多元合金锭熔点低、溶解快、收率稳定，该方法充分利用中间合金熔点低的特点，大幅缩短中间合金的熔炼时间，减少易氧化元素的氧化烧损，提高金属收得率，提高生产效率，解决了金属单质易烧损、高熔点不易熔入、密度大易偏析等问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种钢铁热镀锌用合金元素添加方法，包括以下步骤：
S1：将Al材、Ni材、Bi材、La材、Ce材和Zn材进行批量粉碎，粉碎后分别称取100kg的Al材粉、10kg的Ni材粉、15kg的Bi材粉、5kg的La材粉、5kg的Ce材粉和865kg的Zn材粉；
S2：熔炼Zn-Ni中间合金；
S3：熔炼Al-Ni中间合金；
S4：熔炼Zn-Al-稀土中间合金；
S5：制备多元合金锭，将剩余的Zn材粉加入中频炉内，升温至500～550℃，熔化成锌液，将Zn-Ni中间合金和Al-Ni中间合金同时加入中频炉内，升温至650～750℃，保温20～30min，之后充分搅拌，再将15kg的Bi材粉和Zn-Al-稀土中间合金同时加入中频炉内，升温至700～750℃，保温20～30min，扒渣后，在铸铁模具内浇铸成多元合金锭；
S6：将多元合金锭投入热浸镀槽中；
S7：将待镀锌的钢铁制件进行酸洗，去除钢铁制件表面的氧化铁，酸洗后，通过氯化铵水溶液槽中进行清洗，然后送入热浸镀槽中，进行钢铁热镀锌。
进一步地，所述Bi材、Zn材的粉碎规格均为80～100目，所述Al材、Ni材、Mg材、La材、Ce材的粉碎规格均为200～400目。
进一步地，该多元合金锭的组分质量百分比为Al10±2％、Ni1±0.1％、Bi1.5±0.15％、La0.5％、Ce0.5％，其余均为Zn。
进一步地，所述S2中熔炼Zn-Ni中间合金的具体步骤为：
S21：向中频炉炉内加入100kgZn材粉，升温至450～500℃；
S22：待Zn材粉全部熔化之后，将2kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入锌液中，保温20～30min；
S23：然后再将2kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入锌液中，升温至600～650℃，待镍全部熔化后，再进行充分的搅拌，保温20～30min；
S24：扒渣，随后在金属模具内铸锭。
进一步地，所述S3中熔炼Al-Ni中间合金的具体步骤为：
S31：向中频炉炉内加入50kgAl材粉，升温至800～820℃；
S32：待Al材粉全部熔化之后，将3kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入铝液中，保温20～30min；
S33：然后再将3kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入铝液中，升温至850～900℃，待镍全部熔化后，再进行充分的搅拌，保温40～50min；
S34：扒渣，随后在金属模具内铸锭。
进一步地，所述S4中熔炼Zn-Al-稀土中间合金的具体步骤为：
S41：向中频炉炉内加入50kgZn材粉，升温至450～500℃；
S42：待Zn材粉全部熔化之后，将50kgAl材粉加入中频炉内，升温至650～700℃；
S43：待Al材粉全部熔化之后，将5kgLa材粉和5kgCe材粉分别加入至中频炉内，在电磁力搅拌下使得La材粉和Ce材粉快速溶入锌铝液中，升温至750～800℃，保温50～60min；
S44：扒渣，随后在金属模具内铸锭。
进一步地，所述S5中浇铸的单个多元合金锭的重量为10±0.5kg。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的合金元素添加工艺，采用金属锭与中间合金的方式熔炼多元合金，多元合金锭熔点低、溶解快、收率稳定，该方法充分利用中间合金熔点低的特点，大幅缩短中间合金的熔炼时间，减少易氧化元素的氧化烧损，提高金属收得率，提高生产效率，解决了金属单质易烧损、高熔点不易熔入、密度大易偏析等问题。
2、本发明通过添加铝，可以减少锌液氧化并增加镀层光亮度，通过添加镍，可改善锌液的流动性，减少镀件的流挂，提高镀层的均匀度，且可以提高镀件表面光泽，通过添加稀土合金元素镧和铈，能降低锌液的表面张力，提高对钢表面的浸润性，减少漏镀，对防止镀锌层产生锌瘤有利，且可以提高镀层耐蚀性，通过添加铋，可明显降低锌液的表面张力，提高对钢铁表面的浸润性，有利于得到平整光滑的镀层，增加镀件离开锌锅时锌液的回流量，故可减薄纯锌层厚度，降低锌耗，多种合金元素相互配合，大大改善钢铁热镀锌层的性能。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
请参阅图1所示，本发明为一种钢铁热镀锌用合金元素添加方法，包括以下步骤(以炉量1000kg计)：
S1：将Al材、Ni材、Bi材、La材、Ce材和Zn材进行批量粉碎，其中，Bi材、Zn材的粉碎规格均为80～100目，Al材、Ni材、Mg材、La材、Ce材的粉碎规格均为200～400目，粉碎后分别称取100kg的Al材粉、10kg的Ni材粉、15kg的Bi材粉、5kg的La材粉、5kg的Ce材粉和865kg的Zn材粉，该多元合金锭的组分质量百分比为Al10±2％、Ni1±0.1％、Bi1.5±0.15％、La0.5％、Ce0.5％，其余均为Zn；
S2：熔炼Zn-Ni中间合金；
熔炼Zn-Ni中间合金的具体步骤为：
S21：向中频炉炉内加入100kgZn材粉，升温至450℃；
S22：待Zn材粉全部熔化之后，将2kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入锌液中，保温20min；
S23：然后再将2kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入锌液中，升温至600℃，待镍全部熔化后，再进行充分的搅拌，保温20min；
S24：扒渣，随后在金属模具内铸锭；
S3：熔炼Al-Ni中间合金；
熔炼Al-Ni中间合金的具体步骤为：
S31：向中频炉炉内加入50kgAl材粉，升温至800℃；
S32：待Al材粉全部熔化之后，将3kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入铝液中，保温20min；
S33：然后再将3kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入铝液中，升温至850℃，待镍全部熔化后，再进行充分的搅拌，保温40min；
S34：扒渣，随后在金属模具内铸锭；
S4：熔炼Zn-Al-稀土中间合金；
熔炼Zn-Al-稀土中间合金的具体步骤为：
S41：向中频炉炉内加入50kgZn材粉，升温至450℃；
S42：待Zn材粉全部熔化之后，将50kgAl材粉加入中频炉内，升温至650℃；
S43：待Al材粉全部熔化之后，将5kgLa材粉和5kgCe材粉分别加入至中频炉内，在电磁力搅拌下使得La材粉和Ce材粉快速溶入锌铝液中，升温至750℃，保温50min；
S44：扒渣，随后在金属模具内铸锭；
S5：制备多元合金锭，将剩余的Zn材粉加入中频炉内，升温至500℃，熔化成锌液，将Zn-Ni中间合金和Al-Ni中间合金同时加入中频炉内，升温至650℃，保温20min，之后充分搅拌，再将15kg的Bi材粉和Zn-Al-稀土中间合金同时加入中频炉内，升温至700℃，保温20min，扒渣后，在铸铁模具内浇铸成多元合金锭，单个多元合金锭的重量为10±0.5kg；
S6：将多元合金锭投入热浸镀槽中；
S7：将待镀锌的钢铁制件进行酸洗，去除钢铁制件表面的氧化铁，酸洗后，通过氯化铵水溶液槽中进行清洗，然后送入热浸镀槽中，进行钢铁热镀锌。
实施例2
请参阅图1所示，本发明为一种钢铁热镀锌用合金元素添加方法，包括以下步骤(以炉量1000kg计)：
S1：将Al材、Ni材、Bi材、La材、Ce材和Zn材进行批量粉碎，其中，Bi材、Zn材的粉碎规格均为80～100目，Al材、Ni材、Mg材、La材、Ce材的粉碎规格均为200～400目，粉碎后分别称取100kg的Al材粉、10kg的Ni材粉、15kg的Bi材粉、5kg的La材粉、5kg的Ce材粉和865kg的Zn材粉，该多元合金锭的组分质量百分比为Al10±2％、Ni1±0.1％、Bi1.5±0.15％、La0.5％、Ce0.5％，其余均为Zn；
S2：熔炼Zn-Ni中间合金；
熔炼Zn-Ni中间合金的具体步骤为：
S21：向中频炉炉内加入100kgZn材粉，升温至475℃；
S22：待Zn材粉全部熔化之后，将2kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入锌液中，保温25min；
S23：然后再将2kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入锌液中，升温至625℃，待镍全部熔化后，再进行充分的搅拌，保温25min；
S24：扒渣，随后在金属模具内铸锭；
S3：熔炼Al-Ni中间合金；
熔炼Al-Ni中间合金的具体步骤为：
S31：向中频炉炉内加入50kgAl材粉，升温至810℃；
S32：待Al材粉全部熔化之后，将3kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入铝液中，保温25min；
S33：然后再将3kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入铝液中，升温至875℃，待镍全部熔化后，再进行充分的搅拌，保温45min；
S34：扒渣，随后在金属模具内铸锭；
S4：熔炼Zn-Al-稀土中间合金；
熔炼Zn-Al-稀土中间合金的具体步骤为：
S41：向中频炉炉内加入50kgZn材粉，升温至475℃；
S42：待Zn材粉全部熔化之后，将50kgAl材粉加入中频炉内，升温至675℃；
S43：待Al材粉全部熔化之后，将5kgLa材粉和5kgCe材粉分别加入至中频炉内，在电磁力搅拌下使得La材粉和Ce材粉快速溶入锌铝液中，升温至775℃，保温55min；
S44：扒渣，随后在金属模具内铸锭；
S5：制备多元合金锭，将剩余的Zn材粉加入中频炉内，升温至525℃，熔化成锌液，将Zn-Ni中间合金和Al-Ni中间合金同时加入中频炉内，升温至700℃，保温25min，之后充分搅拌，再将15kg的Bi材粉和Zn-Al-稀土中间合金同时加入中频炉内，升温至725℃，保温25min，扒渣后，在铸铁模具内浇铸成多元合金锭，单个多元合金锭的重量为10±0.5kg；
S6：将多元合金锭投入热浸镀槽中；
S7：将待镀锌的钢铁制件进行酸洗，去除钢铁制件表面的氧化铁，酸洗后，通过氯化铵水溶液槽中进行清洗，然后送入热浸镀槽中，进行钢铁热镀锌。
实施例3
请参阅图1所示，本发明为一种钢铁热镀锌用合金元素添加方法，包括以下步骤(以炉量1000kg计)：
S1：将Al材、Ni材、Bi材、La材、Ce材和Zn材进行批量粉碎，其中，Bi材、Zn材的粉碎规格均为80～100目，Al材、Ni材、Mg材、La材、Ce材的粉碎规格均为200～400目，粉碎后分别称取100kg的Al材粉、10kg的Ni材粉、15kg的Bi材粉、5kg的La材粉、5kg的Ce材粉和865kg的Zn材粉，该多元合金锭的组分质量百分比为Al10±2％、Ni1±0.1％、Bi1.5±0.15％、La0.5％、Ce0.5％，其余均为Zn；
S2：熔炼Zn-Ni中间合金；
熔炼Zn-Ni中间合金的具体步骤为：
S21：向中频炉炉内加入100kgZn材粉，升温至500℃；
S22：待Zn材粉全部熔化之后，将2kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入锌液中，保温30min；
S23：然后再将2kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入锌液中，升温至650℃，待镍全部熔化后，再进行充分的搅拌，保温30min；
S24：扒渣，随后在金属模具内铸锭；
S3：熔炼Al-Ni中间合金；
熔炼Al-Ni中间合金的具体步骤为：
S31：向中频炉炉内加入50kgAl材粉，升温至820℃；
S32：待Al材粉全部熔化之后，将3kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入铝液中，保温30min；
S33：然后再将3kgNi材粉加入中频炉内，在电磁力搅拌下使得Ni材粉快速溶入铝液中，升温至900℃，待镍全部熔化后，再进行充分的搅拌，保温50min；
S34：扒渣，随后在金属模具内铸锭；
S4：熔炼Zn-Al-稀土中间合金；
熔炼Zn-Al-稀土中间合金的具体步骤为：
S41：向中频炉炉内加入50kgZn材粉，升温至500℃；
S42：待Zn材粉全部熔化之后，将50kgAl材粉加入中频炉内，升温至700℃；
S43：待Al材粉全部熔化之后，将5kgLa材粉和5kgCe材粉分别加入至中频炉内，在电磁力搅拌下使得La材粉和Ce材粉快速溶入锌铝液中，升温至800℃，保温60min；
S44：扒渣，随后在金属模具内铸锭；
S5：制备多元合金锭，将剩余的Zn材粉加入中频炉内，升温至550℃，熔化成锌液，将Zn-Ni中间合金和Al-Ni中间合金同时加入中频炉内，升温至750℃，保温30min，之后充分搅拌，再将15kg的Bi材粉和Zn-Al-稀土中间合金同时加入中频炉内，升温至750℃，保温30min，扒渣后，在铸铁模具内浇铸成多元合金锭，单个多元合金锭的重量为10±0.5kg；
S6：将多元合金锭投入热浸镀槽中；
S7：将待镀锌的钢铁制件进行酸洗，去除钢铁制件表面的氧化铁，酸洗后，通过氯化铵水溶液槽中进行清洗，然后送入热浸镀槽中，进行钢铁热镀锌。
以上仅为本发明的优选实施例，并不限制本发明，任何对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，对其中部分技术特征进行等同替换，所作的任何修改、等同替换、改进，均属于在本发明的保护范围。