林家永

(紫金銅業(yè)有限公司,福建 龍巖 364200)

0 前言

多年來(lái)，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)強(qiáng)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?dú)獗Ｗo(hù)熔融銀液的新型全自動(dòng)銀錠澆鑄工藝，它具有自動(dòng)化程度高，常溫作業(yè)環(huán)境，產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)銀錠澆鑄存在問(wèn)題

1.1 自動(dòng)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(yīng)熔爐熔化，然后通過(guò)人工的方式或采用傾轉(zhuǎn)裝置倒入15 kg 或30 kg 標(biāo)準(zhǔn)銀錠模具(豎?；驒M模)中澆鑄，然后進(jìn)行冷卻、脫模、酸洗、鋸(切)耳、稱重、打碼入庫(kù)。整個(gè)過(guò)程包括銀錠模具頂緊與卸模，銀錠搬運(yùn)，銀錠鋸(切)耳、稱重打碼等操作均由人工手動(dòng)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(shí)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(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)系數(shù)高、銀錠表面質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生氣孔、麻面、上表面收縮凹坑等瑕疵(尤其30 kg 標(biāo)準(zhǔn)銀錠橫模澆鑄時(shí)，上表面收縮凹坑特別明顯)。

雖然經(jīng)過(guò)多年不斷的自動(dòng)化改進(jìn)和優(yōu)化，傳統(tǒng)銀錠澆鑄工藝在減輕人員作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度方面取得較大進(jìn)步，國(guó)內(nèi)某些企業(yè)也引進(jìn)日本的銀錠自動(dòng)澆鑄設(shè)備，但目前國(guó)內(nèi)的銀錠澆鑄都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)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(guò)5%。

1.2 銀損耗大

銀的熔點(diǎn)為960 ℃，熔煉時(shí)銀會(huì)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(dāng)銀氧化強(qiáng)烈，熔融銀液面上無(wú)覆蓋劑，且爐料中含有較多的鉛、鋅、砷、銻等易揮發(fā)金屬時(shí)，銀的揮發(fā)損失會(huì)增大。銀在空氣中熔融時(shí)，可吸收相當(dāng)于其自身體積21 倍的氧；當(dāng)熔融銀液冷凝時(shí)，這些被吸收的氧會(huì)釋出而形成“銀雨”，造成細(xì)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(guò)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?yàn)橛醒鯕獾拇嬖?。傳統(tǒng)開放式銀錠澆鑄無(wú)法解決這種問(wèn)題。

2 新型銀錠自動(dòng)生產(chǎn)線

2.1 新型銀錠自動(dòng)生產(chǎn)線工藝原理

以15 kg 標(biāo)準(zhǔn)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(gè)由IGBT 變頻控制的隧道式中頻感應(yīng)區(qū)加熱，然后在隧道內(nèi)冷卻。從加熱到冷卻，整個(gè)過(guò)程都在隧道內(nèi)完成，整個(gè)隧道內(nèi)充滿氮?dú)獗Ｗo(hù)，銀不會(huì)與氧氣接觸，石墨模具盛裝銀粉的過(guò)程也在隧道內(nèi)的無(wú)氧環(huán)境下(隧道內(nèi)充滿氮?dú)猓⒎钦婵諣顟B(tài))進(jìn)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(shí)的溫度不高于35 ℃，手可觸摸。

由于整個(gè)高溫流程都有氮?dú)獗Ｗo(hù)，隔絕銀與氧氣接觸，這種方法解決了傳統(tǒng)澆鑄時(shí)的銀損失，也不存在銀液脫氧的問(wèn)題；同時(shí)，因?yàn)槭＞叩撞拷佑|隧道底部的水套冷卻板，而模具的兩個(gè)側(cè)面和頂面沒(méi)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(dǎo)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(shí)因?yàn)闆](méi)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(dòng)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)組成

新型銀錠自動(dòng)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)如圖1 所示。主機(jī)部分由預(yù)熱、熔爐、冷卻部分組成；控制部分由總控臺(tái)、熔控箱組組成；輔助部分由開蓋取料結(jié)構(gòu)、撥料扣蓋機(jī)構(gòu)、自動(dòng)配料系統(tǒng)、推動(dòng)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(dòng)澆鑄生產(chǎn)線示意圖

銀錠自動(dòng)生產(chǎn)線主要設(shè)備配置見表1。

表1 銀錠自動(dòng)生產(chǎn)線主要設(shè)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(guò)螺旋將銀粉/粒送入配重斗，待配重完成后，系統(tǒng)自動(dòng)將銀粉/粒放入石墨模具內(nèi)，并自動(dòng)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(hù)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(dòng)推入冷卻區(qū)，通過(guò)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(guò)真空吸取的方式實(shí)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(yùn)輸?shù)桨徇\(yùn)機(jī)器人能夠抓取的位置，由搬運(yùn)機(jī)器人抓取放置到清洗平臺(tái)，然后由清洗機(jī)器人負(fù)責(zé)用清水噴射清洗。風(fēng)干后，銀錠由機(jī)器人送到CCD 視覺檢查裝置進(jìn)行線掃相機(jī)檢查，合格銀錠被機(jī)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(cè)、堆垛流程圖

整個(gè)過(guò)程由PLC 控制，遇到故障也可切換手動(dòng)操作。

2.4 新型銀錠自動(dòng)生產(chǎn)線優(yōu)點(diǎn)

1)新型銀錠自動(dòng)生產(chǎn)線采用國(guó)際首創(chuàng)水冷氮?dú)獗Ｗo(hù)鑄造室，不僅能避免熔煉過(guò)程產(chǎn)生的煙氣對(duì)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(dòng)生產(chǎn)線采用自動(dòng)化流水線作業(yè)，全過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，與國(guó)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(qiáng)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(wèn)題，可替代傳統(tǒng)銀錠生產(chǎn)工藝，使國(guó)內(nèi)銀錠鑄錠技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水準(zhǔn)。

3 應(yīng)用情況

某公司稀貴廠2018 年9 月引進(jìn)新型銀錠自動(dòng)生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)。運(yùn)行2 年多來(lái)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，生產(chǎn)的銀錠不但質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)每澆鑄49 t 銀錠就需要更換模具。由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中采取保養(yǎng)措施及正確布置氮?dú)獗Ｗo(hù)，實(shí)際第一套模具澆鑄了92 t 銀錠(原設(shè)計(jì)模具的使用壽命是80 次，實(shí)際模具澆鑄次數(shù)超過(guò)了180 次)。每套模具的市場(chǎng)價(jià)格約2 000 元左右，綜合考慮其他備品備件的費(fèi)用，該生產(chǎn)線加工的銀錠成本為0.75 元/kg(不包括電費(fèi))，而傳統(tǒng)澆鑄方式成本在0.95 元/kg 以上。

該生產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，故障少，每天8 h 作業(yè)，澆鑄15 kg 標(biāo)準(zhǔn)銀錠的實(shí)際產(chǎn)能可達(dá)1 200 kg，如果澆鑄30 kg 標(biāo)準(zhǔn)銀錠，作業(yè)效率更高，產(chǎn)能可超過(guò)1 500 kg。

4 結(jié)束語(yǔ)

氮?dú)獗Ｗo(hù)熔融銀液的新型銀錠自動(dòng)生產(chǎn)線完全滿足15 kg 和30 kg 標(biāo)準(zhǔn)銀錠的生產(chǎn)需要，自動(dòng)化程度高，作業(yè)環(huán)境無(wú)塵，具有安全、環(huán)保、高效等特點(diǎn)。隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，根據(jù)國(guó)家“十四五”規(guī)劃和2035 遠(yuǎn)景目標(biāo)，新型銀錠自動(dòng)生產(chǎn)線一定會(huì)被貴金屬業(yè)內(nèi)認(rèn)可，具有廣闊的發(fā)展前景。