貴金屬熔煉自動(dòng)澆鑄技術(shù)及裝備

黃波 張林宏

摘 要：目前國內(nèi)外鉑族金屬提取冶金技術(shù)，包括鉑族金屬一次及二次資源的溶解（如氧化溶解、高溫氯化、加壓氰化等），貴—賤金屬的分離（如溶劑萃取、氣相揮發(fā)等），在由鉑族金屬錠或二次資源精煉提純?yōu)楦呒兌茹K族金屬主要依靠高頻熔煉技術(shù)，通過高頻爐感應(yīng)熔煉技術(shù)，通入氧氣帶走雜質(zhì)元素，然后通過澆鑄冷卻成型。而澆鑄過程需要面對高溫金屬液，我公司通過技術(shù)攻關(guān)克服傳統(tǒng)人工澆鑄技術(shù)壁壘開發(fā)了一套自動(dòng)化澆鑄技術(shù)與裝備，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和安全隱患，促進(jìn)了行業(yè)技術(shù)革新與進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：鉑族金屬；自動(dòng)化技術(shù)；熔煉；提純；裝備

1.傳統(tǒng)貴金屬熔煉及澆鑄技術(shù)

鉑族金屬因其價(jià)值昂貴并且稀少而成為金屬中的佼佼者，鉑族金屬其本身具有抗氧化、耐高溫、抗腐蝕等特點(diǎn)，其被廣泛用于首飾品、高精尖工業(yè)制造、醫(yī)藥等領(lǐng)域。受鉑族金屬應(yīng)用領(lǐng)域限制，對其原材料的純度及性能要求極為苛刻，在傳統(tǒng)的冶煉提純企業(yè)中多采用高頻熔煉人工澆鑄成型技術(shù)。貴金屬熔煉要經(jīng)過配料、熔化、通氣、合金化、精煉等過程。常用的熔煉方法為高頻熔煉方法或中頻感應(yīng)熔煉，坩鍋為氧化物如鎂石、剛玉、CaO、ZrO2等。澆鑄用鑄模為水冷銅模。

①、熔煉原理及熔煉爐結(jié)構(gòu)

感應(yīng)加熱所遵循的重要依據(jù)是電磁感應(yīng)、集膚效應(yīng)和熱傳導(dǎo)等三項(xiàng)基本原理。

工業(yè)常用無芯感應(yīng)爐，爐料在經(jīng)過搗實(shí)的耐火爐襯坩鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉。一根常用水冷銅感應(yīng)線圈在爐襯外面，供電時(shí)沿垂直方向產(chǎn)生一脈沖磁場。整個(gè)爐子包裝在一剛性機(jī)械構(gòu)架中，并安裝成易傾轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)形式。常用頻率為：中頻500～5000Hz，高頻10～300kHz。

傳統(tǒng)貴金屬澆鑄成型步驟為：貴金屬錠-高頻熔煉-金屬液-人工控制澆鑄架澆鑄成型。

該澆鑄過程主要依靠人工控制，其主要存在以下缺點(diǎn)：

（1）澆鑄過程鉑金金屬液充填型腔時(shí)易產(chǎn)生飛濺，不利于排氣；

（2）澆鑄過程面對高溫金屬液，對于操作員工熱輻射較大，損害健康；

（3）人工澆鑄速度不平穩(wěn)，材料進(jìn)入冷卻銅模中出現(xiàn)冒口較大；

（4）人為因素大，材料易受情緒、熟練程度等因素影響，產(chǎn)品材料性能不穩(wěn)定。

2.我公司自主開發(fā)貴金屬自動(dòng)澆鑄技術(shù)

鑒于上述人工澆鑄過程中出現(xiàn)的不足與缺點(diǎn)，我公司組織相關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)了自動(dòng)熔煉澆鑄技術(shù)及裝備，熔煉及自動(dòng)澆鑄工序主要分為以下步驟：

（1）原材料準(zhǔn)備：原材料為純鉑或者鉑銠合金，每次用料需從金庫領(lǐng)取并稱量記錄詳細(xì)的重量，再提純過程中需要嚴(yán)格把控原材料的損耗，領(lǐng)料后塊狀材料需要進(jìn)行軋制、裁剪得到細(xì)碎的小塊狀以便能更快熔化。

（2）澆鑄氣體準(zhǔn)備與配制：澆鑄過程需要用到氧氣，氧氣為直接從氣站購買用鋼瓶運(yùn)輸?shù)绞褂玫亍ｉ_啟高壓氣瓶時(shí)操作者應(yīng)站在氣瓶出口的側(cè)面，避免氣流傷人；氣門開關(guān)與減壓器應(yīng)慢慢打開。瓶內(nèi)氣體不得用盡，剩余殘壓不得低于0.5Mpa。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后關(guān)閉氧氣瓶的閥門。

（1）熔煉過程控制應(yīng)注意

①、錠子完全融化后立即進(jìn)行氯氣或氧氣吹煉操作，根據(jù)材料的不同及時(shí)調(diào)整功率和溫度。

②、Fe、Cu、Ni、Ag雜質(zhì)元素不超標(biāo)而其他的如Pb、Zn、Sn等雜質(zhì)超標(biāo)的鉑與鉑銠合金材料進(jìn)行氧氣吹煉（也可以進(jìn)行氯氣吹煉，其作用效果基本一致。）

③、Fe、Cu、Ni、Ag等雜質(zhì)元素超標(biāo)的鉑與鉑銠合金材料進(jìn)行氯氣吹煉。

（4）澆鑄過程控制

①、吹煉完成后，關(guān)閉氣體吹煉，從爐口拔下吹煉管子

②、調(diào)大電源功率，使溶液溫度升高，保持良好流動(dòng)性，減少縮孔

③、澆注前水冷銅模要準(zhǔn)備到位

④、控制爐體稍微傾斜至澆注方向，溶液剛好不漏出，用玻璃棒或是三氧化二鋁棒在澆注口垂直對準(zhǔn)銅模，確認(rèn)銅模到位后，開始澆注，澆注速度要均勻，適當(dāng)。

⑤、澆注結(jié)束后如果爐子中還有料澆下一個(gè)錠子，則將電源功率調(diào)節(jié)至保持熔融功率，如果爐子已經(jīng)沒料，則立即將電源功率調(diào)節(jié)為零，后按下電源關(guān)閉按鈕。

（5）自動(dòng)熔煉澆鑄裝備

如下圖1所示，我公司前期一直采用手動(dòng)緩慢澆鑄方式，該方式生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量問題多、過多依賴于人的經(jīng)驗(yàn)與技藝，公司技術(shù)人員通過多年摸索開發(fā)出了一套自動(dòng)熔煉澆鑄設(shè)備，該自動(dòng)澆鑄設(shè)備包括熔煉澆鑄控制柜、自動(dòng)控制系統(tǒng)、感應(yīng)線圈、澆鑄架、水冷銅模等部分構(gòu)成。該裝備的應(yīng)用極大降低了因澆鑄引起的氣孔、夾雜等材料缺陷，提高了改成生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.澆鑄理論

澆鑄溫度和速度、澆鑄模材質(zhì)及尺寸、澆鑄方法等是影響鑄錠質(zhì)量的重要因素。這關(guān)系到鑄錠的組織、成分偏析、氣體和雜質(zhì)分布、疏松和縮孔，影響漏板半成品和成品的質(zhì)量。

澆鑄溫度可視爐料多少，操作熟練程度等適當(dāng)調(diào)整，一般高于熔點(diǎn)140～200℃，鑄模采用水冷銅模。

4.自動(dòng)化技術(shù)的方向及當(dāng)前問題

5.當(dāng)前對于制造產(chǎn)業(yè)而言隨著人力成本的增加，目前市場上工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正方興未艾，工業(yè)自動(dòng)化、智能給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了一次革命，促使傳統(tǒng)制造業(yè)進(jìn)行設(shè)備、技術(shù)的更新?lián)Q代。企業(yè)在管理、制造等方面，充分運(yùn)用其技術(shù)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，完善發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大規(guī)模。當(dāng)前無人超市、機(jī)器人生產(chǎn)線等在各個(gè)城市和領(lǐng)域發(fā)展較快，在未來智能機(jī)器人將遍布到各個(gè)領(lǐng)域。

6.目前，我國在制造業(yè)方面還并不完善，與一些發(fā)達(dá)國家相比仍然有一些需要進(jìn)步的空間，尚未達(dá)到高度自動(dòng)化的水平，并且應(yīng)用的推廣程度也不夠。在機(jī)械加工生產(chǎn)中，以半自動(dòng)為主，自動(dòng)化加工的程度還不夠，成品應(yīng)引入先進(jìn)設(shè)備，提高經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)下機(jī)械制造領(lǐng)域人才短缺，為了更好地推動(dòng)機(jī)械工程自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，就需要對其專業(yè)高技術(shù)人才展開進(jìn)一步的培養(yǎng)。要提高機(jī)械自動(dòng)化的應(yīng)用程度，提高機(jī)械工程的整體水平，那么對專業(yè)人才的培養(yǎng)非常重要。突破理論學(xué)習(xí)的單一性，完善校企合作，加強(qiáng)其專業(yè)性。

參考文獻(xiàn)

[1]孫建亮，呂頑凱。機(jī)械工程自動(dòng)化技術(shù)存在的問題及措施[J].信息系統(tǒng)工程，2013，5：131-132.

[2]劉沖，李廣學(xué)。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2011（26）。

[3]梁昌鑫，賈廷綱。工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（3）。

[4]張雯.。有色金屬澆鑄系統(tǒng)研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2009。

[5]施賢蛟，聞寶民。自動(dòng)定量澆鑄技術(shù)國產(chǎn)化的研究與應(yīng)用[J].有色冶煉，2000，29（1），20-23。

（作者單位：無錫英特派金屬制品有限公司）