锌合金熔炼

一、熔炼过程的物理、化学现象

合金熔炼是压铸过程的一个重要环节，熔炼过程不仅是为了获得熔融的金属液，更重要的是得到化学成分符合规定，能使压铸件得到良好的结晶组织以及气体、夹杂物都很小的金属液。

在熔炼过程中，金属与气体的相互作用和金属液与坩埚的相互作用使组分发生变化，产生夹杂物和吸气。所以制订正确的熔化工艺规程，并严格执行，是获得高质量铸件的重要保证。

1. 金属与气体的相互作用

在熔炼过程中，遇到的气体有氢（H2）、氧（O2）、水汽（H2O）、氮（N2）、CO2、CO等，这些气体或是溶于金属液中，或是与其发生化学作用。

2. 气体的来源

气体可以从炉气、炉衬、原材料、熔剂、工具等途径进入合金液中。

3. 金属与坩埚的相互作用

当熔炼温度过高时，铁质坩埚与锌液反应加快，坩埚表面发生铁的氧化反应生成Fe2O3等氧化物；此外铁元素还会与锌液反应生成FeZn13化合物（锌渣），溶解在锌液中。铁坩埚壁厚不断减薄直到报废。

二、熔炼温度控制

1. 压铸温度

压铸用的锌合金熔点为382 ~ 386℃，合适的温度控制是锌合金成分控制的一个重要因素。为保证合金液良好的流动性充填型腔，压铸机锌锅内金属液温度为415 ~ 430℃，薄壁件、复杂件压铸温度可取上限；厚壁件、简单件可取下限。中央熔炼炉内金属液温度为430 ~ 450℃。进入鹅颈管的金属液温度与锌锅内的温度基本一样。通过控制锌锅金属液温度就能对浇注温度进行准确的控制。并做到：① 金属液为不含氧化物的干净液体；② 浇注温度不波动。

温度过高的害处：

①     铝、镁元素烧损。

②     金属氧化速度加快，烧损量增加，锌渣增加。

③     热膨胀作用会发生卡死锤头现象。

④     铸铁坩埚中铁元素熔入合金更多，高温下锌与铁反应加快。会形成铁-铝金属间化合物的硬颗粒，使锤头、鹅颈过度磨损。

⑤     燃料消耗相应增加。

温度过低：合金流动性差，不利于成形，影响压铸件表面质量。

图4-1示意温度对流动性的影响。

   图4-2示意温度对力学性能的影响，温度越高，铸件结晶粗大而使力学性能降低。

图4-1 温度对流动性的影响

图4-2 3# 锌合金浇注温度对力学性能的影响

现在的压铸机熔锅或熔炉都配备温度测控系统，日常工作中主要是定时检查以保证测温仪器的准确性，定期用便携式测温器（温度表）实测熔炉实际温度，予以校正。

有经验的压铸工会用肉眼观察熔液，若刮渣后觉得熔液不太粘稠，也较清亮，起渣不是很快，说明温度合适；熔液过于粘稠，则说明温度偏低；刮渣后液面很快泛出一层白霜，起渣过快，说明温度偏高，应及时调整。

2. 如何保持温度的稳定

①     最佳方法之一：采用中央熔炼炉（图4-3），压铸机熔炉作保温炉，从而避免在锌锅中直接加锌锭熔化时造成大幅度温度变化。集中熔炼能保证合金成分稳定。

②     最佳方法之二：采用先进的金属液自动送料系统（图4-4），能够保持稳定的供料速度、合金液的温度及锌锅液面高度。

图4-3 运豪机铸有限公司中央熔炼炉

图4-4 成达玩具厂自动加料机

③     如果目前生产条件是在锌锅中直接加料，建议将一次加入整条合金锭改为多次加入小块合金锭，可减少因加料引起的温度变化幅度。

三、锌渣的产生及控制

通过熔炼合金从固态变为液态，这是一个复杂的物理、化学过程。气体与熔融金属发生化学反应，其中氧的反应最为强烈，合金表面被氧化而产生一定量的浮渣。浮渣中含有氧化物和铁、锌、铝金属间化合物，从熔体表面刮下的浮渣中通常含有90%左右的锌合金。锌渣形成的反应速度随熔炼温度上升成指数增加。

正常情况下，，原始锌合金锭的产渣量低于1%，在0.3 ~ 0.5%范围内；而重熔水口、废工件等产渣量通常在2 ~ 5%之间。

1. 锌渣量的控制

①     严格控制熔炼温度，温度越高，锌渣越多。

②     尽可能避免锌锅中合金液的搅动，任何方式的搅动都会导致更多的合金液与空气中氧原子的接触，从而形成更多的浮渣。

③     不要过于频繁的扒渣。当熔融的合金暴露于空气中都会发生氧化，形成浮渣，保留炉面一层薄的浮渣有利于锅中液体不进一步氧化。

④     扒渣时，使用一个多孔（Ф6 mm）盘形扒渣耙，轻轻从浮渣下面刮过，尽可能避免合金液搅动，将刮出的渣盛起，扒渣耙在锌锅边轻轻磕打，使金属液流回锌锅中。

2. 锌渣的处理

① 卖回原料供应商或专门处理厂，因为自行处理可能成本更高。

②     压铸厂自行处理。需要有单独的熔炉，锌渣重熔温度在420 ~ 440℃范围内。同时加入助熔剂。熔炼100公斤渣，需加入0.5 ~ 1.5公斤助熔剂，先均匀散发在金属液面，随后用搅拌器将其均匀混入熔融金属中（约需2 ~ 4分钟），保温5分钟后，表面产生一层更似泥土类的东西，将其刮掉。

四、水口料、废件重熔

水口料、废料、垃圾位、报废工件等，不宜直接放入压铸机锌锅内重熔。原因是这些水口料表面在压铸成形过程中发生氧化，其氧化锌的含量远远超过原始合金锭，当这些水口料在锌锅中重熔时，由于氧化锌在高温条件下呈粘稠状态，将其从锌锅取出时，会带走大量的合金成分。

把水口料等另外重熔，是为了将氧化锌和液体合金中有效的分离开，熔炼中须加入一些溶剂，铸成锭后使用。

五、电镀废料重熔

电镀废料应同无电镀废料分开熔炼，因为电镀废料中含铜、镍、铬等金属是不溶于锌的，留在锌合金中会以坚硬的颗粒物存在，带来抛光和机加工的困难。

  电镀废料重熔中注意将镀层物质与锌合金分开，先将电镀废料放入到装有锌合金熔体的坩埚中，这时不要搅动熔体，也不要加入熔剂，利用镀层物质熔点高，镀层不会熔入合金中，而会在最初一段时间内浮在熔液表面，当全部熔化后，让坩埚静置15 ~ 20分钟，看表面是否还会有浮渣出现，把浮渣刮干净。经过这一道工序后，再看是否有必要加精炼剂。

六、熔炼操作中注意事项

1. 坩埚：使用前必须进行清理，去除表面的油污、铁锈、熔渣和氧化物等。为防止铸铁坩埚中铁元素溶解于合金中，坩埚应预热到150 ~ 200℃，在工作表面上喷一层涂料，再加热到200 ~ 300℃，彻底去除涂料中水份。

2. 工具：熔炼工具在使用前应清除表面脏物，与金属接触的部份，必须预热并刷上涂料。工具不能沾有水分，否则引起熔液飞溅及爆炸。

3. 合金料：熔炼前要清理干净并预热，去除表面吸附的水分。为了控制合金成分，建议采用2/3的新料与1/3的回炉料搭配使用。

4. 熔炼温度绝对不能超过450℃。

5. 及时清理锌锅中液面上的浮渣，及时补充锌料，保持熔液面正常的高度（不低于坩埚面30 mm），因为过多的浮渣和过低的液面都容易造成料渣进入鹅颈司筒，拉伤钢呤、锤头和司筒本身，导致卡死锤头、鹅颈和锤头报废。

6. 熔液上面的浮渣用扒渣耙平静地搅动，使之集聚以便取出。

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