新型銀錠自動澆鑄生產(chǎn)線的應用與實踐

林家永

(紫金銅業(yè)有限公司,福建 龍巖 364200)

0 前言

多年來，傳統(tǒng)的標準銀錠澆鑄工藝都是由工人抬著熔融的銀液坩堝將銀液倒入模具中成型，這種工藝具有勞動強度大、作業(yè)環(huán)境差(高溫、粉塵)的不足，不能滿足現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展要求。這里介紹一種用氮氣保護熔融銀液的新型全自動銀錠澆鑄工藝，它具有自動化程度高，常溫作業(yè)環(huán)境，產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點。

1 傳統(tǒng)標準銀錠澆鑄存在問題

1.1 自動化程度低,產(chǎn)品不合格率高

傳統(tǒng)的銀錠生產(chǎn)是將高純的電解銀粉經(jīng)中頻感應熔爐熔化，然后通過人工的方式或采用傾轉(zhuǎn)裝置倒入15 kg 或30 kg 標準銀錠模具(豎模或橫模)中澆鑄，然后進行冷卻、脫模、酸洗、鋸(切)耳、稱重、打碼入庫。整個過程包括銀錠模具頂緊與卸模，銀錠搬運，銀錠鋸(切)耳、稱重打碼等操作均由人工手動完成，且每次澆鑄前模具內(nèi)表面需要用乙炔煙均勻熏模，以利于順利脫模。

銀熔融后需要除氧氣，在銀錠冷卻時還需要跟火，確保收口平整。這種傳統(tǒng)的澆鑄工藝存在人員勞動強度大、危險系數(shù)高、銀錠表面質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，經(jīng)常會產(chǎn)生氣孔、麻面、上表面收縮凹坑等瑕疵(尤其30 kg 標準銀錠橫模澆鑄時，上表面收縮凹坑特別明顯)。

雖然經(jīng)過多年不斷的自動化改進和優(yōu)化，傳統(tǒng)銀錠澆鑄工藝在減輕人員作業(yè)勞動強度方面取得較大進步，國內(nèi)某些企業(yè)也引進日本的銀錠自動澆鑄設備，但目前國內(nèi)的銀錠澆鑄都沒有實現(xiàn)完全自動化，都屬于傳統(tǒng)開放式澆鑄模式，表面缺陷依然存在，產(chǎn)品不合格率仍然超過5%。

1.2 銀損耗大

銀的熔點為960 ℃，熔煉時銀會氧化，具有一定的揮發(fā)性，在正常的熔煉溫度(1 100～1 300 ℃)下，銀的揮發(fā)損失小于1%；但當銀氧化強烈，熔融銀液面上無覆蓋劑，且爐料中含有較多的鉛、鋅、砷、銻等易揮發(fā)金屬時，銀的揮發(fā)損失會增大。銀在空氣中熔融時，可吸收相當于其自身體積21 倍的氧；當熔融銀液冷凝時，這些被吸收的氧會釋出而形成“銀雨”，造成細粒銀珠的噴濺損失[1]。

銀在高溫下氧化易揮發(fā)，或在高溫冷卻過程中形成“銀雨”產(chǎn)生噴濺而造成大量損耗，這種損耗都是因為有氧氣的存在。傳統(tǒng)開放式銀錠澆鑄無法解決這種問題。

2 新型銀錠自動生產(chǎn)線

2.1 新型銀錠自動生產(chǎn)線工藝原理

以15 kg 標準銀錠為例，系統(tǒng)將裝有15 kg 銀粉的石墨模具(有蓋子)送入一個由IGBT 變頻控制的隧道式中頻感應區(qū)加熱，然后在隧道內(nèi)冷卻。從加熱到冷卻，整個過程都在隧道內(nèi)完成，整個隧道內(nèi)充滿氮氣保護，銀不會與氧氣接觸，石墨模具盛裝銀粉的過程也在隧道內(nèi)的無氧環(huán)境下(隧道內(nèi)充滿氮氣，并非真空狀態(tài))進行。隧道內(nèi)側(cè)是冷卻水系統(tǒng)，模具(內(nèi)裝銀錠)出隧道時的溫度不高于35 ℃，手可觸摸。

由于整個高溫流程都有氮氣保護，隔絕銀與氧氣接觸，這種方法解決了傳統(tǒng)澆鑄時的銀損失，也不存在銀液脫氧的問題；同時，因為石墨模具底部接觸隧道底部的水套冷卻板，而模具的兩個側(cè)面和頂面沒有直接接觸隧道冷卻板，只是被包圍在冷卻罩內(nèi)，所以銀錠的冷卻凝固是從底面開始的，銀錠的上表面凝固滯后于銀錠底面，這樣可保證銀錠的表面平整、光滑。而傳統(tǒng)澆鑄方法中，銀錠上表面與空氣接觸，散熱快，先凝固，而底部散熱慢，后凝固，導致銀錠出現(xiàn)收縮凹坑的瑕疵，需要跟火保溫消除。

新型澆鑄工藝的銀錠產(chǎn)品高溫時因為沒有受到氧氣影響，不但表面平整，而且上表面能像鏡子一樣光亮照人。

2.2 新型銀錠自動生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)組成

新型銀錠自動生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)如圖1 所示。主機部分由預熱、熔爐、冷卻部分組成；控制部分由總控臺、熔控箱組組成；輔助部分由開蓋取料結(jié)構(gòu)、撥料扣蓋機構(gòu)、自動配料系統(tǒng)、推動部分、小車輸送、模蓋輸送、模具輸送及產(chǎn)品輸送帶部分組成。

圖1 銀錠自動澆鑄生產(chǎn)線示意圖

銀錠自動生產(chǎn)線主要設備配置見表1。

表1 銀錠自動生產(chǎn)線主要設備配置

2.3 工藝流程

2.3.1 給料配重

將潔凈干燥的99.99%銀粉/粒倒入不銹鋼料斗，再通過螺旋將銀粉/粒送入配重斗，待配重完成后，系統(tǒng)自動將銀粉/粒放入石墨模具內(nèi)，并自動蓋上蓋子。

2.3.2 熔煉、鑄錠

生產(chǎn)流水線將配好銀料的模具送至連續(xù)型惰性氣體保護隧道爐入口，再由油壓裝置將模具送入熔煉室。待熔煉完成后，模具被自動推入冷卻區(qū)，通過定向凝固的方式(底部先凝固)讓銀錠成型。

2.3.3 脫模

冷卻后，模具通過真空吸取的方式實現(xiàn)蓋子與模具、模具與銀錠的分離。分離后的銀錠被放置到指定位置，模具則送入系統(tǒng)再次循環(huán)。

2.3.4 銀錠表面清洗、檢查、堆垛

銀錠自模具取出后，經(jīng)傳送帶運輸?shù)桨徇\機器人能夠抓取的位置，由搬運機器人抓取放置到清洗平臺，然后由清洗機器人負責用清水噴射清洗。風干后，銀錠由機器人送到CCD 視覺檢查裝置進行線掃相機檢查，合格銀錠被機器人堆垛到合格區(qū)卡板，不合格銀錠將被放置在不合格區(qū)卡板上(圖2)。

圖2 銀錠清洗、檢測、堆垛流程圖

整個過程由PLC 控制，遇到故障也可切換手動操作。

2.4 新型銀錠自動生產(chǎn)線優(yōu)點

1)新型銀錠自動生產(chǎn)線采用國際首創(chuàng)水冷氮氣保護鑄造室，不僅能避免熔煉過程產(chǎn)生的煙氣對員工身體的傷害，而且能隔絕高溫所產(chǎn)生的熱輻射，減少銀錠在生產(chǎn)中所產(chǎn)生的損耗，作業(yè)環(huán)境綠色環(huán)保。

2)新型銀錠自動生產(chǎn)線采用自動化流水線作業(yè)，全過程無需人工干預，與國內(nèi)現(xiàn)有的銀錠生產(chǎn)技術(shù)相比，大大降低了員工的工作強度。

3)該技術(shù)完全解決了傳統(tǒng)銀錠澆鑄存在的易收縮、水波紋氧化及表面不平整等一系列問題，可替代傳統(tǒng)銀錠生產(chǎn)工藝，使國內(nèi)銀錠鑄錠技術(shù)達到國際領(lǐng)先水準。

3 應用情況

某公司稀貴廠2018 年9 月引進新型銀錠自動生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線是國內(nèi)第一臺。運行2 年多來，設備運行穩(wěn)定，完全滿足現(xiàn)場生產(chǎn)，生產(chǎn)的銀錠不但質(zhì)量達到標準要求，而且銀錠的表面平整及光亮效果非常好。

石墨模具是該生產(chǎn)線的易損件，生產(chǎn)線上布置33 套模具，原設計每澆鑄49 t 銀錠就需要更換模具。由于實際生產(chǎn)過程中采取保養(yǎng)措施及正確布置氮氣保護，實際第一套模具澆鑄了92 t 銀錠(原設計模具的使用壽命是80 次，實際模具澆鑄次數(shù)超過了180 次)。每套模具的市場價格約2 000 元左右，綜合考慮其他備品備件的費用，該生產(chǎn)線加工的銀錠成本為0.75 元/kg(不包括電費)，而傳統(tǒng)澆鑄方式成本在0.95 元/kg 以上。

該生產(chǎn)線運行穩(wěn)定，故障少，每天8 h 作業(yè)，澆鑄15 kg 標準銀錠的實際產(chǎn)能可達1 200 kg，如果澆鑄30 kg 標準銀錠，作業(yè)效率更高，產(chǎn)能可超過1 500 kg。

4 結(jié)束語

氮氣保護熔融銀液的新型銀錠自動生產(chǎn)線完全滿足15 kg 和30 kg 標準銀錠的生產(chǎn)需要，自動化程度高，作業(yè)環(huán)境無塵，具有安全、環(huán)保、高效等特點。隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，根據(jù)國家“十四五”規(guī)劃和2035 遠景目標，新型銀錠自動生產(chǎn)線一定會被貴金屬業(yè)內(nèi)認可，具有廣闊的發(fā)展前景。