一种锌-铝-硅-（铈、镧）稀土合金的制备方法与流程

本发明涉及一种合金的制备方法，具体是一种锌-铝-硅-（铈、镧）稀土合金的制备方法。

背景技术：

钢铁是世界上应用最为广泛的金属材料，钢铁腐蚀严重影响钢铁材料的使用性能及寿命，如何防止钢铁腐蚀，提高材料性能是世界性研究热点,开发热浸镀用铝锌硅合金材料，利用其制备的热镀铝锌钢板不仅拥有卓越的防腐性能，使用寿命长达20年以上，同时优异的热反射性、加工成型性能进一步扩大钢材的使用范围；目前，国外研究热点产品为锌-铝-硅-稀土合金、锌-铝-镁-稀土合金；国内的Galfan产品大都通过购买专利技术许可证的方式进行生产，其它自主成功研发Galfan产品，产品质量不高，同时产品销路受到限制；铝锌硅合金各原料组分的不同，其性能差异很大，如GaLfan合金与Galvalume合金锌与铝质量比的差异，导致合金结构、性能均有较大差异；稀土种类、所占质量的不同，影响着合金的性能与经济性；合金的Fe、Cu杂质的含量对合金使用寿命也具有极大的影响。因此，铝锌硅合金锭原料配比是需要解决的关键技术问题。

目前，现有热浸镀用铝锌合金材料中，Galfan合金为Zn-5%Al，Zn消耗量太大，不能解决热浸镀行业长期发展的问题；合金材料因Pb、Cd、Sn 等低熔点金属容易引起镀层的晶间腐蚀，造成颜色改变；合金材料对钢板冷却速度有着严格的限制，镀层容易产生大面积的坑凹，耐高温氧化能力差；Galvalume 合金，加工成形性、耐蚀性不足。

目前合金熔炼的搅拌方式为人工搅拌、机械搅拌和电磁搅拌，人工搅拌在高温的环境中，劳动强度大，受人为因素影响较大；机械搅拌容易留死角，由于钢制搅拌铲熔化，影响到熔体化学成分纯化，并且费用较高；目前，传统电磁搅拌中，永磁体搅拌器体积小，使用方便，不需要水冷却，但磁体强度不能调节，磁体在高温环境下，容易失磁；由于合金熔炼温度在650-750℃，经过耐火材料后保温后的炉底温度在100-200℃，容易造成永磁体失磁，因此需要对熔炼工艺中的搅拌方式进行改进。

合金浇铸时温度很高，目前通常采用直接水冷却降温的方式，使溶液浇铸成型的锭温度降低到200℃以下，而溶液所含热能很高，其相变潜热达388 kJ/kg；在铸造过程中单纯地为了凝固成型直接进行降温，使得浇铸成型过程中的大量热能损失与浪费，同时，浇铸过程还需要设置一套循环冷却水系统来进行配套运行，更进一步地消耗了能源；增加了企业生产成本，不能做到低碳节能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种锌-铝-硅-（铈、镧）稀土合金的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锌-铝-硅-（铈、镧）稀土合金的制备方法，所述锌-铝-硅-（铈、镧）稀土合金按照重量份的组分包括：铝15—21份、硅0.1-0.3份、铈、镧的混合稀土0.3-0.6份 、杂质0-0.01份、余量为锌；所述的方法包括以下步骤：合金熔炉空炉点火；预热；停火、投放原料；升温、溶化；停火、二次投放锌锭、降温；电磁搅拌、人工搅拌；充氩气；扒灰；抽检；转运铝水；浇模、凝固冷却；脱模；冷却；去毛刺、抛光和商品化处理、出货；所述合金熔炉具有基于PLC-PC的闭环温控系统，所述闭环温控系统包括PLC控制器，PLC控制器扩展一个带有A/D转换的温度控制模块，直接对温度传感器热电偶采集的被控对象合金熔炉温度数据进行处理，并将其数字量传递给PLC控制器，经过与PLC控制器设定的目标温度值比较后，从PLC控制器的输出口输出对中间继电器的控制信号，以此调节加热元件对被控对象合金熔炉的加热状态，所述PLC控制器采用三菱CPUQ00J系列PLC， 所述温度控制模块采用三菱Q64TCTT温控模块；所述浇模、凝固冷却过程在回收利用相变热能合金锭铸造机内完成，回收利用相变热能合金锭铸造机包括合金锭浇注模传动机构、供蒸汽管道系统、自来水软化设备以及设置在合金锭浇注模传动机构周围的蒸汽发生器；所述自来水软化设备与蒸汽发生器相连，蒸汽发生器与供蒸汽管道系统相连，蒸汽发生器具有蒸汽发生器补充水预热器，蒸汽发生器的吸热部件为辐射式吸热部件和接触式吸热部件，辐射式吸热部件位于合金锭浇注模传动机构的浇注模具的上表面，接触式吸热部件位于合金锭浇注模传动机构的浇注模具的下表面 。

作为本发明进一步的方案：所述PLC控制器采用三菱CPUQ00J系列PLC， 所述温度控制模块采用三菱Q64TCTT温控模块。

作为本发明再进一步的方案：所述温度控制模块采用K型热电偶作为温度传感器，设置冷端补偿，使分辨率达到0.1℃，具有四通道 D/A 温度输入及相应的反馈控制回路，实现温度的稳定控制；具有四通道的不完全微分PID自动调谐功能，设置温度目标值、报警上下限，实现PID手动/自动控制，以及分阶段实现温度控制。

作为本发明再进一步的方案：所述电磁搅拌过程采用直流电磁搅拌器，直流电磁搅拌使用的合金熔炼炉为圆形炉底，圆形炉底由不透磁的不锈钢板构成，圆形炉底下方设置有电磁场发生器，电磁场发生器采用变频器与变频调速电机提供旋转动力，电磁场发生器采用电流可连续调节的直流励磁电源，其中：圆形炉底搅拌位置采用不粘铝浇注料打底，浇注料打底厚度小于400mm，圆形炉底不平整度小于6mm；熔炼炉炉底放置在一整体钢板上，整体钢板下部采用槽钢架空。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明锌-铝-硅-（铈、镧）稀土合金中以铝代锌，实现铝含量由5%增加到20%，降低了锌资源消耗；引入铈、镧的混合稀土，对稀土进行改良，使得合金制备的热浸镀钢板产渣率低于4%，合金镀层耐腐蚀性、钢板加工成形性、合金熔体的流动性等性能进一步提升；由于合金中添加了稀土元素铈、镧，净化了熔体，消除了能在镀层合金晶界富集的杂质元素，提高了晶界的抗腐蚀能力，稀土与铝形成复杂的稀土铝氧化物，形成致密的保护膜覆盖在镀层表面延缓了腐蚀过程，材料耐蚀性明显提高；合金中添加稀土元素，稀土有突出的化学活性、强亲和力，提高了镀液的流动性，降低了镀液的粘度和镀液的表面张力，降低了形成临界尺寸的晶核所需要的功，从而提高对钢基的浸润性，提高了镀层的附着性和加工成形性；热镀层表面锌花更细小，更均匀，热镀合金熔体的流动性更好，添加稀土元素后，进一步降低形核的临界尺寸，为合金结晶提供了异质晶核，使形核更易、更多，稀土富集在合金结晶前沿，阻碍晶粒长大，使晶粒的过快长大失去了机会，改良型稀土的加入使镀层表面锌花更细，更均匀。本发明的制备方法中，合金熔炉温控系统采用了多回路分区域加热控制以及对炉膛、铝液实现多点测温来提高控制的精确性，同时根据工况要求实现分阶段控温，保证了产品制备的各项技术参数的稳定性，为后续加工奠定了基础；直流电磁搅拌器能任意调整磁场强度，工况适应性强，搅拌更加均匀、热量分布均匀，更加节省电能，磁力分布更合理，散热性能佳；相变热能合金铸造机能最大限度地回收溶液浇注时的相变热能和部分显热的热能量，提高溶液铸造的热能量利用率，同时省去了循环水冷却系统，减少能源消耗，结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明中回收利用相变热能合金锭铸造机的结构示意图。

图3为本发明中合金熔炉温控系统原理图。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种锌-铝-硅-（铈、镧）稀土合金的制备方法，所述锌-铝-硅-（铈、镧）稀土合金按照重量份的组分包括：铝15—21份、硅0.1-0.3份、铈、镧的混合稀土0.3-0.6份 、杂质0-0.01份、余量为锌，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：合金熔炉空炉点火；预热；停火、投放原料；升温、溶化；停火、二次投放锌锭、降温；电磁搅拌、人工搅拌；充氩气；扒灰；抽检；转运铝水；浇模、凝固冷却；脱模；冷却；去毛刺、抛光和商品化处理、出货；所述合金熔炉具有基于PLC-PC的闭环温控系统，所述闭环温控系统包括PLC控制器，PLC控制器扩展一个带有A/D转换的温度控制模块，直接对温度传感器热电偶采集的被控对象合金熔炉温度数据进行处理，并将其数字量传递给PLC控制器，经过与PLC控制器设定的目标温度值比较后，从PLC控制器的输出口输出对中间继电器的控制信号，以此调节加热元件对被控对象合金熔炉的加热状态，所述温度控制模块采用K型热电偶作为温度传感器，设置冷端补偿，使分辨率达到0.1℃，具有四通道 D/A 温度输入及相应的反馈控制回路，实现温度的稳定控制，具有四通道的不完全微分PID自动调谐功能，设置温度目标值、报警上下限，实现PID手动/自动控制，以及分阶段实现温度控制；所述电磁搅拌过程采用直流电磁搅拌器，直流电磁搅拌使用的合金熔炼炉为圆形炉底，圆形炉底由不透磁的不锈钢板构成，圆形炉底下方设置有电磁场发生器，电磁场发生器采用变频器与变频调速电机提供旋转动力，电磁场发生器采用电流可连续调节的直流励磁电源，其中：圆形炉底搅拌位置采用不粘铝浇注料打底，浇注料打底厚度小于400mm，圆形炉底不平整度小于6mm；熔炼炉炉底放置在一整体钢板上，整体钢板下部采用槽钢架空。所述浇模、凝固冷却过程在回收利用相变热能合金锭铸造机内完成，回收利用相变热能合金锭铸造机包括合金锭浇注模传动机构1、供蒸汽管道系统2、自来水软化设备3以及设置在合金锭浇注模传动机构1周围的蒸汽发生器4；所述自来水软化设备3与蒸汽发生器4相连，蒸汽发生器4与供蒸汽管道系统2相连，蒸汽发生器4具有蒸汽发生器补充水预热器5，蒸汽发生器4的吸热部件为辐射式吸热部件和接触式吸热部件，辐射式吸热部件位于合金锭浇注模传动机构1的浇注模具的上表面，接触式吸热部件位于合金锭浇注模传动机构1的浇注模具的下表面 。

本发明的工作原理是：本发明中回收利用相变热能的合金锭铸造机作业时，自来水经自来水软化设备软化后向蒸汽发生器供水，蒸汽发生器的吸热部件吸收溶液相变过程中的热能，进行溶液凝固的显热回收，产生蒸汽，供生产线或其他用热单位的需求，不需增设循环冷却水系统。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。