鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法
2023-09-22 01:47:35 8
專利名稱：鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法
技術領域：
本發明屬於金屬防腐蝕表面工程技術領域，涉及一種鋼鐵結構件的熱浸鍍鋁方法，尤其涉及熔劑法熱浸鍍鋁。
背景技術：
熱浸鍍鋁後的鋼鐵結構件具有優異的大氣耐腐蝕性，尤其針對含有S02、H2S和NO2 等的工業氣體。經試驗證明，鋼鐵結構件鍍鋁後的耐腐蝕性明顯優於鍍鋅後的耐腐蝕性，但是，目前為止，熱浸鍍鋁在實際生產中的應用還不到熱浸鍍鋅的2%。因為，熱浸鍍鋁在實際操作中工藝複雜，工藝條件要求嚴格，存在較大的困難和技術瓶頸。目前，國內外熱浸鍍鋁一般採用覆蓋熔劑法，由於熔融鋁液很容易與空氣發生反應，所以在鋁液表面覆蓋一層熔融覆蓋鹽，起到還原並阻隔空氣的作用，但是，當鋼鐵結構件鍍鋁後，覆蓋鹽必然會沾染在鍍件表面，嚴重影響鍍鋁效果，後續清除覆蓋鹽困難，而且熔融覆蓋鹽中含有大量有毒的氟化物，氟化物在高溫的鋁浴中揮發性加大，加劇了有毒物質的擴撒，對環境及工人健康產生了很大的影響。另一種鍍鋁方法稱鈍化法，是先對鋼鐵結構件進行強氧化處理，使之表面生成FeO和!^e3O4鈍化膜，之後進行熱浸鍍鋁，鈍化膜被熔融鋁還原成新生態鐵，熔融鋁極易浸潤新生態鐵發生冶金反應和原子擴散而制出鍍鋁層。鈍化法工藝簡單，過程中無毒，無害，但是熔融鋁還原鈍化膜需要760V -820°C的高溫，以及更長的浸鍍時間，而且鈍化法熱浸鍍鋁在大批量的生產條件下容易出現漏鍍，鍍層不光滑等缺陷。
發明內容
為克服現有技術熱浸鍍鋁方法中存在氟化物覆蓋鹽含量較高，且覆蓋鹽在高溫鋁浴中揮發出大量的有毒物質，覆蓋鹽後續清除難，以及鈍化法產品合格率低的問題，本發明提供一種新的鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法，大大降低了覆蓋鹽的清除難度，使有毒氟化物含量和揮發量都大大減少，且鍍鋁效果良好，完全避免了大批量生產條件下鈍化法漏鍍，產品合格率低的問題。為解決上述問題，本發明提供一種熱浸鍍鋁方法，其特徵在於鍍鋁的基本工藝流程為1)前處理把鋼鐵結構件進行除油除鏽鍍鋁前的清洗；2)水溶液助鍍處理把清洗乾淨的鋼鐵結構件進行水溶液助鍍處理；3)烘乾把塗上助渡劑的鋼鐵結構件進行烘乾處理；4)熔劑處理把烘乾後的鋼鐵結構件投放到質量百分比為50% -52% KC1、 40% -42% NaCl,3% -5% Na3AlF6和3%-5% AlF3的熔融熔劑中進行浸潤處理；5)熱浸鍍鋁把熔劑浸潤後的鋼鐵結構件投放到含有質量百分比為 97. 4% -98. 6% AlU. 2% -1. 5% Ζη,Ο. 08% -1. 0% Sb 和 0.1% Ti 的熔融鋁浴中進行熱浸鍍鋁；其中，鋁浴上表面覆蓋了一層含有質量百分比為50%的NaCl和50%的KCl熔融覆蓋劑，且覆蓋劑不包括氟化物等有毒物質；
6)水淬清洗把鍍鋁後的鋼鐵結構件在空氣中冷卻至250°C左右，之後淬入到 600C _85°C循環清水中10秒左右，之間在水中震動鋼鐵結構件三次；7)鍍件的鍍後處理把水淬處理後的鋼鐵結構件進行鈍化、漂洗等鍍後處理。優選地，在步驟4)中的熔融熔劑中再加入質量百分比3% -5%的&iCl2。優選地，步驟4)中熔融熔劑包含質量百分比為50%-52% KCl,40%-42% NaCl, 3. 5% Na3AlF6 和 4. 2-4. 8% AlF3。優選地，所述NaCl和KCl熔融覆蓋劑完全覆蓋在鋁浴上表面，且控制形成的熔融覆蓋劑厚度為2mm。優選地，在所述步驟5)鋼鐵結構件投放到鋁浴中鍍鋁之前，用工具刮掉鋁浴表面新生成的氧化物浮渣，使鋼鐵結構件在進入鋁浴時不與氧化物浮渣相接觸。由於本發明提供的熱浸鍍鋁方法，把原本覆蓋在熔融鋁浴表面的覆蓋鹽單放到一個加熱鍋中進行加熱熔融，形成熔融熔劑，並在鋼鐵結構件水溶液助鍍處理並烘乾後，把鋼鐵結構件投放到此熔融熔劑中進行浸潤助鍍，此時，含有50% -52% KCl.40%-42% NaCl, 3% -5% Na3AlFf^P 3%-5% AlF3的覆蓋鹽形成熔融熔劑的溫度為615°C左右，並且熔融熔劑中的氟鹽質量百分比不超過10%，這就比現有技術中覆蓋在鋁浴表面的熔融熔劑溫度低了 100°C以上，且比現有技術中的氟鹽含量低了很多，這樣，就大大降低了熔融熔劑中有毒氟鹽的揮發量，降低了有毒氟鹽對環境和人員的影響。另外，現有技術中，把水溶液助鍍並烘乾後的鋼鐵結構件直接放入鋁浴中進行熱浸鍍鋁，實際的批量生產中，還會有少數鋼鐵結構件沒有被完全烘乾，有殘餘水分被帶到鋁浴中，在高溫鋁浴中被分解成氫氣和氧氣，沿著鋼鐵結構件表面從鋁浴中冒出，起泡的過程嚴重的影響了鋁浴在鋼鐵結構件表面的附著，大大降低了鋼鐵結構件鍍層的光滑、平整性。 而本發明提供的熱浸鍍鋁方法，在水溶液助鍍並烘乾後，把鋼鐵結構件再放入到熔融熔劑中進行浸潤，此時含有少量水分的鋼鐵結構件將在熔融熔劑鍋中完全被烘乾。從而使熱浸鍍鋁過程中沒有氣體冒出，降低對鍍鋁效果的影響。由於S1Cl2的熔點較低，經試驗證明，在本發明提供的熔融熔劑中加入適量的 SiCl2，還可以有效的降低整個熔融熔劑的熔點，而沒有任何副作用，所以，更加降低了熔融熔劑中有毒氟鹽的揮發。本發明提供的熱浸鍍鋁方法，在鋁浴表面覆蓋熔融的NaCl和KC1，質量百分比各 50%，起到隔絕空氣與熔融鋁浴發生氧化反應的作用，由於此覆蓋熔劑中不包含難容和有毒的氟鹽成分，所以此過程沒有毒性物質的揮發，且鋼鐵結構件熱浸鍍鋁後，表面只是沾染了 NaCl和KCl易溶於水的物質，因此比現有技術大大降低了後續清除覆蓋鹽的難度。本發明提供的熱浸鍍鋁方法，在鋁浴中加入適量的Zn、Sb、Ti元素，經發明人反覆試驗，記錄了多組實驗數據，發現了嚴格控制三種金屬元素在鋁浴中的質量百分比Si 1. 2% -1. 5%, Sb 0. 08% -1. 0%和Ti 0. 1%，才能發揮其最有效的協同效應，更好的提高鋁浴對鍍件表面的附著性能，最有效的提高鍍層的平滑性和光澤性。實施方式為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合具體實施例對本發明的實施方式進行詳盡，具體的說明。準備熔融熔劑加熱鍋，在加熱鍋中投放質量百分比為50% -52% KCl,40% -42%NaCl,3% -5% ^4^^^^3^-5% AlF3,加熱至615°C左右，使上述四種物質形成熔融狀態。優選地，在加熱鍋中再加入質量百分比3%-5%的SiCl2，經發明人多次試驗證明， 加入適量的 SiCl2 可以有效的降低 50%-52% KC1,40% -42% NaCl,3% -5% Na3AlF6 和 3%-5% AlF3四種物質的熔點至590°C左右，由於加熱溫度的降低，進一步降低了毒性氟鹽 Na3AlF6和AlF3的揮發性，也進一步減少了能源的消耗。在這裡，我們把現有技術中，原本覆蓋在鋁浴表面具有還原和隔絕空氣作用的覆蓋鹽單獨拿到加熱鍋中進行加熱熔融，在鋼鐵結構件進行水溶液助鍍、烘乾後，在熱浸鍍鋁前，把鋼鐵結構件放入到此熔融熔劑中進行浸潤助鍍。本發明提供的熔融熔劑配方中有毒氟鹽Na3AlF6和AlF3的含量明顯低於現有技術中氟鹽的含量，又由於熔融熔劑中加入適量的ZnCl2使熔點降低至590°C左右，使熔融熔劑中有毒氟鹽的揮發量得到了有效的控制。由於現有技術中覆蓋在鋁浴表面的覆蓋鹽，在熱浸鍍鋁時溫度達到730°C左右，造成覆蓋鹽中有毒氟鹽的大量揮發，消耗了一部分氟鹽，又由於730°C鋁浴中，雖有覆蓋鹽隔絕空氣，但鋁浴上層必定會有少部分氧化鋁生成，氟鹽又會還原新生成的氧化鋁，此時又會消耗部分氟鹽，而採用本發明提供的熱浸鍍鋁方法，把覆蓋鹽單獨放到一個加熱鍋中進行加熱至615°C左右就會熔融，形成熔融熔劑，由於沒有和鋁浴直接接觸，沒有多餘的氟鹽消耗，又因為此時單獨加熱熔融熔劑的溫度比熔融熔劑覆蓋在鋁浴表面時的加熱溫度降低了 100°C以上，有效的控制了有毒氟鹽的大量揮發，減少了氟鹽不必要的損耗，從而可以把熔融熔劑中氟鹽的含量有效降低，而不影響其在鍍鋁過程中的還原作用。本發明提供的熱浸鍍鋁方法，使鋼鐵結構件在熔融熔劑中進行完全、充分的浸潤與助鍍，浸潤充分，時間長，而現有技術中，熔融熔劑覆蓋在鋁浴表面，鋼鐵結構件在鍍鋁過程中只是快速的穿過、浸沾，因此，只有少量的熔融熔劑被沾染在鋼鐵結構件表面，不能像本發明提供的熱浸鍍鋁方法那樣，能夠使鋼鐵結構件完全浸潤在熔融助鍍溶劑中，充分發揮其還原溶解氧化物的能力，和提高鋁浴對鋼鐵結構件的附著能力。這也是本發明提供的熔融熔劑配方中有較少的氟鹽含量，而還能充分發揮其作用的原因。優選地，在加熱鍋中投放質量百分比為50% -52% KCl,40% -42% NaCl,3. 5% Na3AlF6和4. 2-4. 8% AlF3。Na3AlF6和AlF3具有強還原性，同時具有較強毒性，眾所周知， 兩種物質在熔融熔劑中配比的含量越高，其還原性和毒性越高，但是，在多次的試驗中，發明人驚奇的發現，當Na3AlF6含量佔熔融熔劑質量百分比為3. 5%，A1F3質量百分比佔4. 2% 時，整體熔融熔劑的還原性有一個直線迅速的增長，保持Na3AlF6質量百分比為3. 5%不變， 逐漸增加AlF3含量，整體熔融熔劑的還原性成正玄函數式的增長，當AlF3含量佔4. 8%時， 繼續增加AlF3含量，其整體熔融熔劑的還原性就如現有技術中記載的按正比列增長了。如
圖1所示，反應了氟鹽含量和整體熔融熔劑還原性的關係。
權利要求
1.一種鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法，其特徵在於鍍鋁的基本工藝流程為1)前處理把鋼鐵結構件進行除油除鏽鍍鋁前的清洗；2)水溶液助鍍處理把清洗乾淨的鋼鐵結構件進行水溶液助鍍處理；3)烘乾把塗上助渡劑的鋼鐵結構件進行烘乾處理；4)熔劑處理把烘乾後的鋼鐵結構件投放到熔融熔劑中進行浸潤處理；5)熱浸鍍鋁把熔劑浸潤後的鋼鐵結構件投放到熔融鋁浴中進行熱浸鍍鋁；6)水淬清洗把鍍鋁後的鋼鐵結構件在空氣中冷卻至250°C左右，之後淬入到 600C _85°C循環清水中10秒左右，之間在水中震動鋼鐵結構件三次；7)鍍件的鍍後處理把水淬處理後的鋼鐵結構件進行鈍化、漂洗等鍍後處理。
2.根據權利要求1所述的鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法，其特徵在於所述步驟4)中熔融熔劑包含質量百分比為 50%-52% KC1,40% -42% NaCl,3% -5% Na3AlF6 和 3%-5% A1F3。
3.根據權利要求2所述的鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法，其特徵在於所述步驟4)中熔融熔劑包含質量百分比為 50%-52% KC1,40% -42% NaCl,3. 5% Na3AlF6 和 4. 2-4. 8% A1F3。
4.根據權利要求1、2、3中任意一項所述的鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法，其特徵在於在步驟4)中所述的熔融熔劑中加入質量百分比為3% -5%的&iCl2。
5.根據權利要求1所述的鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法，其特徵在於所述步驟5)中的鋁浴包含質量百分比為 97. 4%-98. 6% AlU. 2% -1. 5% Ζη,Ο. 08% -1. 0% Sb 禾口 0.1% Ti。
6.根據權利要求1或5所述的鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法，其特徵在於在所述步驟5) 中的鋁浴上表面加入質量百分比50%的NaCl和50%的KCl熔融覆蓋劑，其中不包括氟化物等有毒物質。
7.根據權利要求6所述的鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法，其特徵在於所述NaCl和KCl熔融覆蓋劑完全覆蓋在鋁浴上表面，且控制熔融覆蓋劑厚度為2mm。
8.根據權利要求1所述的鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法，其特徵在於在所述步驟5)鋼鐵結構件投放到鋁浴中鍍鋁之前，用工具刮掉鋁浴表面新生成的氧化物浮渣，使鋼鐵結構件在進入鋁浴時不與氧化物浮渣相接觸。
全文摘要
本發明提供一種鋼鐵結構件熱浸鍍鋁方法，屬於金屬防腐蝕表面工程技術領域。本熱浸鍍鋁工藝流程包括鋼鐵結構件的鍍前處理、水溶液助鍍處理、熔融熔劑助鍍處理、熱浸鍍鋁、鍍後處理。其中熔融熔劑包含質量百分比為50％-52％ KCl、40％-42％ NaCl、3％-5％ Na3AlF6和3％-5％AlF3；熱浸鍍鋁的鋁浴包含質量百分比為97.4％-98.6％ Al、1.2％-1.5％Zn、0.08％-1.0％ Sb和0.1％ Ti，並且鋁浴表面覆蓋質量百分比為50％的NaCl和50％的KCl熔融覆蓋劑。本發明提供的熱浸鍍鋁方法鍍層平滑、光亮，無漏鍍，產品合格率高，並且在鍍鋁過程中毒性物質含量低，揮發少，對工人健康及環境影響小。
文檔編號C23C2/30GK102560313SQ20121003331
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月15日 優先權日2012年2月15日
發明者許雷 申請人:北京海泰銳森環境能源技術開發有限公司