1. 引言
近几十年来,由于压铸锌合金具有良好的性能,广泛应用于制造玩具、餐具、锁具、浴室配件、通信产品、汽车连接件、航空航天等,而珠三角是压铸的生产基地和集散中心之一,每年珠三角各压铸企业都将产生数量可观的压铸锌渣和不合格压铸件及边角料。
“全球回收”是一个国际性的要求和趋势,最早由欧盟提出发起,材料制造业主要对供应链厂商的产品进行回收,再生成分,意在环境规范和减少化学品的使用,事实证明:高新科学技术回收利用制造出一吨锌合金,比原本矿山提炼制造一吨锌合金,地球所遭受的伤害、污染要少很多,真正做到“变废为宝”,改善了全球环境和促进社会可持续发展,锌合金再生技术对于合金的回收,节约资源和能源,降低锌压铸件成本和环境污染,增强压铸企业竞争力,延长锌合金生命周期有着重要的意义。
资源回收这个行业以往也存在,但是回收再生出的原料品质参差不齐,远远赶不上现在高新技术的原料,按再生锌合金锭GB/T21651-2018执行,但本文废料回收的锌合金废料,都是优质的金属料,若回到传统的冶金流程,反而人为增加了不必要的流程和生产成本,将这些优质的金属废料通过新工艺熔炼,质量能够达到ASTM B240-17,可以在压铸领域再利用的锌合金,甚至是高纯锌合金。
2. 压铸锌合金的材料性能与废料的产生
2.1 压铸锌合金的材料性能
传统的压铸锌合金有2,3,5,7号合金,目前应用最为广泛的是3号锌合金,20世纪70年代以后发展了高铝锌基合金ZA-8、ZA-12、ZA-27,以上压铸锌合金的物理和力学性能总结如下表1所示:
表1压铸锌合金的物理和力学性能总结
除了以上的性能以外,锌合金的熔点相对较低,通常在385℃左右熔化,这使得它在压铸过程中易于流动,能够轻松填充模具的复杂结构,确保产品的完整性。锌合金还具有良好的导电性能,使其成为制造电磁屏蔽零件的理想材料,有助于保护电子设备的稳定运行和人体健康。在加工中,压铸锌合金易于通过铸造、切削、研磨等工艺进行加工,可以满足各种复杂形状和精度的要求;锌合金压铸件表面可以进行喷涂、电镀等多种处理,以获得所需的外观和性能,如提高美观度、耐腐蚀性。
2.2压铸锌合金的废料产生
废料的产生有以下两点因素:
(1)压铸过程中产生的,如料柄、流道、溢边、熔渣等,压铸过程中有50%-70%的原料都浪费在料柄和流道上,其余才是铸件成型。
(2)主要是铸件二次机加工产生的废件,喷漆表面处理不当产生的废件。
3. 锌合金废锌的分类和回收条件
国家把废锌按照物理形态、存在方式分为三类,表2摘自(GB/T13589-2007)
表2废料的分类
在此建议各压铸企业严格对锌合金废料进行合理地分类,只有合理地分类才能有效提高锌合金废料的利用率,实现节能环保的同时降低企业的生产成本,实现再生金属的“保级增值”,进一步提升铸造品质和价格。
所以本文所回收的废金属料必须满足以下三点
(1)生产或使用的回收锌合金,必须I类和Ⅱ类及Ⅲ类中锌含量不小于90%的锌合金渣。
(2)在压铸厂直接回收返工材料,并按合金牌号或成分已分类。
(3)回收厂的正确操作和运输。
4. 再生压铸锌合金熔炼的工艺原理及方法
工艺原理:压铸锌渣中含有氧化物和铁、铝、锌金属间化合物,从熔体表面刮下浮渣中通常含有94%以上的锌合金,锌渣在无氧熔炉中熔化也就阻止了锌的继续氧化,使锌合金在高温的液态条件下不能接触氧,最大程度的提高锌渣的合金率,铁铝金属化合物便从熔融金属液中分离出来,并与氧化锌一同悬浮在金属液的表面,构成“糊状”,理论上把这“糊状”捞去,余下的就是相对较纯的合金液,但实际上不能分离那么理想,就需要通过后序的物理手段磁变打碎枝晶组织,控制成核和长大过程,来提高产品的性能,从而实现再生锌合金的力学性能,达到全锌锌合金的性能。
方法:工艺流程图
5.压铸锌合金废料的控制
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,而气体会与熔融金属发生化学反应,与氧气的反应最为强烈;这个时候,合金表面被氧化,就会产生一定量的浮渣,浮渣中又含有氧化物和铁、锌、铝金属间化合物,从熔体表面刮下来的浮渣中通常含有90%左右的锌合金,锌渣形成的反应速度会随着熔炼的温度上升而上升,因此,如何对压铸过程中锌合金变料进行控制与处理是目前研究的重点。
(1)废料的控制
在对废料的控制中,要注意以下几点:1、严格控制熔炼的温度。温度与废料的产生是成正比的,也就是说温度越高,废料就越多;因此可以通过控制温度的方式来控制废料的产生。2、尽可能的避免锌锅中合金液的搅动。由于废料的产生主要是与氧气发生的化学反应,因此,减少合金液的搅动就可以更好的避免合金液与氧原子接触,从而控制废料的产生。3、不要过于频繁的扒渣。在压铸锌合金的过程中,熔融合金会暴露于空气中,发生氧化反应,从而形成废渣,因此,要避免过于频繁的扒渣,这样可以确保液体不会进一步氧化。如果要扒渣,可以使用一个多孔盘形扒渣耙,在扒渣的时候,从浮渣下面刮过,尽可能的避免搅动。
6.结束语
综上所述,该再生料生产工艺特点有:
(1) 无氧熔炉,阻止锌的继续氧化,提高再生效率,具有良好的经济效益。
(2) 采用领先的磁变技术,来提高产品性能。
(3)无氧熔炉,调配炉均以电为能源,不排放废气,符合“节能、降耗,减污”的理念。
参考文献:
1.高仑编,锌回收与再生技术,北京,[M]化学工业出版社.
2.GB/T13589-2007.锌及锌合金废料[S].北京:中国标准出版社,2007
3.丛福官,镁合金的回收与再生[C].轻合金加工技术,2006,(12):1-5
4.邹钢,镁合金废料的回收及熔炼技术的研究[J].材料导报,2004(18)8A