鋅錠控鐵的實(shí)踐分析

黃承午

（湖南株冶有色金屬有限公司，湖南 衡陽(yáng) 412004）

鋅金屬及其衍生產(chǎn)品在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)十分重要的地位。我國(guó)是鋅資源大國(guó)也是全球最大的鋅金屬及其產(chǎn)品消費(fèi)國(guó)。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，中國(guó)鋅金屬產(chǎn)量及消費(fèi)量一直處于世界第一。湖南株冶有色金屬有限公司水口山基地自2019年投產(chǎn)以來(lái)，99.995%鋅錠年產(chǎn)能達(dá)10萬(wàn)t，99.997%鋅錠產(chǎn)出率達(dá)50%。目前該廠產(chǎn)出鋅錠中銅、鎘、鉛均存在有效的控制措施，但鋅錠中鐵含量一直存在不明原因的波動(dòng)。鐵元素在鋅液中的溶解度是隨溫度增加而增加，每一次爐內(nèi)鋅液溫度變化都將導(dǎo)致鐵元素過(guò)飽和（當(dāng)溫度下降時(shí)），或不飽和（當(dāng)溫度上升時(shí)）。當(dāng)鐵元素過(guò)飽和時(shí)，處于過(guò)飽和的鐵將與合金中鋁發(fā)生反應(yīng)形成Al5Fe2金屬化合物，造成浮渣量增加；當(dāng)鐵元素不飽和時(shí)，合金對(duì)鋅鍋和鵝頸材料的腐蝕將會(huì)增強(qiáng)，以回到飽和狀態(tài)。同時(shí)，鐵高在壓鑄件中易形成硬質(zhì)點(diǎn)，影響后加工和拋光，為此技術(shù)人員通過(guò)從化學(xué)因素、工藝控制等多方面查找原因，不斷改進(jìn)，最終使鐵含量得到有效控制，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了客戶需求，大大拓寬了公司產(chǎn)品的銷售渠道。

1 鋅錠生產(chǎn)工藝流程

鋅冶煉工藝主要分為兩大類：火法煉鋅和濕法煉鋅。目前濕法煉鋅主流工藝普遍采用火法-濕法聯(lián)合工藝：鋅精礦沸騰焙燒→浸出→電解→鑄型。熔鑄車間是濕法煉鋅的最后一道工序，采用工頻感應(yīng)電爐將鋅片熔化后澆注成錠的過(guò)程。

湖南株冶有色金屬有限公司火炬牌鋅錠生產(chǎn)采用有芯感應(yīng)熔鋅爐，其工作原理利用電磁感應(yīng)原理，使鋅片（被熔金屬）本身發(fā)熱，從而達(dá)到熔化、過(guò)熱和保溫的目的［1］。在加料過(guò)程中同時(shí)加入一定比例的氯化銨，方便造渣，得到鋅液，將鋅液注入模具，通過(guò)扒皮機(jī)器人除去其表面的氧化鋅渣，得到完整的火炬牌鋅錠，其主要生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 鋅錠生產(chǎn)工藝流程

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋅錠》（GB/T 470—2008），最高等級(jí)99.995%鋅錠成分規(guī)定應(yīng)符合表1。

表1 鋅錠的化學(xué)成分 %

鋅錠化學(xué)成分主要有銅、鉛、鎘和鐵，而鐵的控制主要發(fā)生在熔鑄工序，導(dǎo)致鐵含量超標(biāo)的唯一可能為在熔鑄過(guò)程中鐵雜質(zhì)掉入感應(yīng)爐內(nèi)，因此只有加強(qiáng)熔鑄過(guò)程的管理，才能有效的控制鐵含量。

2 鋅錠含鐵高的原因分析

2.1 化學(xué)原因

金屬元素鐵在高溫鋅液中具有一定的溶解度，高溫鋅液對(duì)鐵容器有一定的腐蝕，尤其是爐窯內(nèi)部含鐵，以及生產(chǎn)過(guò)程中夾雜鐵質(zhì)，其腐蝕程度主要與溫度有關(guān)［2］。鐵在高溫鋅液中的溶解度曲線如圖2所示，可以看出，溫度低于480℃時(shí)，鐵在鋅液中的溶解度隨著溫度升高緩慢上升；溫度在480～530℃時(shí)，鐵的溶解度出現(xiàn)一個(gè)突兀的“尖峰”；鋅液溫度高于530℃鐵的溶解度上升的斜率又恢復(fù)為緩慢上升的態(tài)勢(shì)。

圖2 鋅液溫度與鐵溶解度的關(guān)系

2.2 實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中影響鋅錠含鐵的原因分析

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，存在一系列漏洞，其主要分為四個(gè)方面，分別是：入爐物料夾雜鐵、生產(chǎn)中使用的鐵制工具、取樣時(shí)操作不規(guī)范、爐窯筑爐及維修時(shí)操作不當(dāng)。

2.2.1 入爐物料夾雜鐵

1.目前該公司鋅成品廠入爐物料主要來(lái)源電解自產(chǎn)出的析出鋅片，其中時(shí)常夾帶碎鋅粒子，而碎鋅粒子在清掃收集過(guò)程中會(huì)摻雜現(xiàn)場(chǎng)的釘子、螺絲等鐵制品；除此之外，當(dāng)自動(dòng)剝鋅機(jī)出現(xiàn)異常情況下，采用人工剝皮，而人工剝皮使用的工具為鐵制工具。

2.熔鑄生產(chǎn)線產(chǎn)生的渣皮坨、修錠產(chǎn)生的碎鋅回爐時(shí)夾雜鐵制品，入爐后將造成鐵含量超標(biāo)。

3.設(shè)備檢修過(guò)程中遺留或多或少的金屬制品，極有可能夾雜在物料中一同返爐，進(jìn)而導(dǎo)致鋅液含鐵量超標(biāo)。

2.2.2 生產(chǎn)中使用的鐵制工具

1.在實(shí)際生產(chǎn)中，熔鑄現(xiàn)場(chǎng)使用的釬子、邊鏟、人工扒皮使用的扒皮鏟、鐵鍬，使用不銹鋼材質(zhì)帶齒耙子進(jìn)行耙渣撈渣，均為鐵制工具，而且長(zhǎng)期使用工具出現(xiàn)損壞，容易掉落進(jìn)入爐內(nèi)，導(dǎo)致爐內(nèi)鋅液含鐵量超標(biāo)。

2.為了保證在澆注時(shí)鋅液不飛濺傷人，同時(shí)減少鋅錠表面的飛邊毛刺，常常采用鐵制品進(jìn)行導(dǎo)流，如在澆注口放置焊條或者鋼條進(jìn)行導(dǎo)流，在使用過(guò)程中折斷掉入爐內(nèi)，或者因?yàn)樵诟邷劁\液不斷的沖刷下，鐵溶解在鋅液當(dāng)中，將導(dǎo)致鋅液含鐵量超標(biāo)。

2.2.3 取樣時(shí)操作不規(guī)范

鋅錠取樣時(shí)使用鐵鍬取樣，未在合理溫度范圍進(jìn)行取樣，容易使鐵鍬熔化在鋅液中，從而帶入樣品中，導(dǎo)致化驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響正常生產(chǎn)。

2.2.4 筑爐時(shí)操作不當(dāng)

熔鑄工頻感應(yīng)爐重新砌筑后開爐使用廢舊木材烘爐，這些廢舊木材中間往往夾帶有鐵釘，人工方法很難徹底去除，由此造成開爐后鋅錠鐵超標(biāo)。此外，工頻感應(yīng)爐在運(yùn)行1～2年后會(huì)常常出現(xiàn)感應(yīng)體漏鋅現(xiàn)象［3］，因此需要進(jìn)行維修。在更換舊感應(yīng)體時(shí)，要將爐內(nèi)的鋅液非正常澆鑄成錠或人工轉(zhuǎn)入其他爐子，過(guò)程持續(xù)約8 h，所使用的工具均為鐵制品；同時(shí)為降低鋅液凝固速度，更換感應(yīng)體時(shí)，需將爐內(nèi)溫度提高至520℃左右，該溫度正處于鐵元素的“易溶溫度區(qū)間”，從而導(dǎo)致鋅錠鐵含量超標(biāo)。

3 控制鋅錠含雜質(zhì)鐵的措施

鋅錠生產(chǎn)，除去其“顏值”要求，鋅錠的化規(guī)質(zhì)量也至關(guān)重要，化規(guī)質(zhì)量主要取決于析出鋅片的質(zhì)量，但是在熔鑄生產(chǎn)過(guò)程中管理不善，仍然會(huì)對(duì)鋅錠化規(guī)質(zhì)量中鐵含量帶來(lái)影響，甚至?xí)?dǎo)致非0＃鋅錠的產(chǎn)出，因此制定合理的管控措施，是保證高品位鋅錠產(chǎn)出的重要條件。

3.1 爐溫管控

正常生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)電爐內(nèi)溫度變化情況，及時(shí)調(diào)整電爐給定功率，當(dāng)進(jìn)料后或爐溫低于470℃時(shí)，對(duì)感應(yīng)體進(jìn)行調(diào)壓升檔操作，當(dāng)爐溫高于480℃時(shí)，對(duì)感應(yīng)體進(jìn)行調(diào)壓降檔操作，保證爐溫控制在470～480℃，避免爐溫過(guò)高，導(dǎo)致鐵含量超標(biāo)。崗位按工藝檢查要求生產(chǎn)過(guò)程每小時(shí)測(cè)溫一次并拍照上報(bào)，要求數(shù)據(jù)真實(shí)。

3.2 入爐物料管控

1.強(qiáng)化源頭物料管理，各生產(chǎn)爐組在每班生產(chǎn)前必須對(duì)本爐組生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的鐵質(zhì)雜物（螺桿、墊片、焊條等）進(jìn)行檢查清理，保證無(wú)雜物可帶入爐內(nèi)，爐組檢查清理完畢后由主操手進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)（每班一次），并將清理檢查確認(rèn)情況記錄在工藝紀(jì)律檢查表記錄內(nèi)容處。

2.每月按計(jì)劃定期徹底清理大、小爐膛，包括爐蓋和料斗的結(jié)鋅鐵銹都要清理干凈，生產(chǎn)前將小爐膛鋅渣撈干凈后再生產(chǎn)。

3.所有扒皮的渣皮坨和修錠、衛(wèi)生碎鋅一律不準(zhǔn)回鋅錠爐，全部入合金爐。

3.3 規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)鐵制工具管理

1.對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有鋼釬、扁鏟等鐵質(zhì)工具進(jìn)行編號(hào)管理、定置擺放，本班工具使用完后收入工具柜，共用工具做好交接，發(fā)現(xiàn)工具跌入爐內(nèi)需立刻停車組織撈鐵。

2.生產(chǎn)過(guò)程中使用鐵質(zhì)工具撈渣和耙渣時(shí)要控制爐溫在470～480℃，低溫減小鋅液腐蝕，減少Fe的帶入（必要時(shí)可以換用不銹鋼耙子和鏟子），導(dǎo)流使用的焊條和鐵片每班必須換新。

3.崗位每班接班后要對(duì)操作工具進(jìn)行檢查，耙渣耙子無(wú)齒或樣瓢、漏勺大面積熔穿前必須匯報(bào)運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)，由運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)安排更換。同時(shí)運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)也要對(duì)工具完好情況進(jìn)行抽查（每輪班兩次），并將檢查情況記錄在工藝紀(jì)律檢查表空白處。備用工具數(shù)量較少時(shí)運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)要提前匯報(bào)材料員進(jìn)行工具申報(bào)，避免工具帶入污染和工具不足造成生產(chǎn)被動(dòng)。

4.對(duì)扒皮工具進(jìn)行防腐處理，借鑒高濃度氧化鋅渾濁液對(duì)鐵制品的“親和性”，以及與鋅液“疏水性”的原理，選用納米氧化鋅渾濁液覆蓋在扒皮鏟上，緩解扒皮工具的腐蝕速度，同時(shí)也能大大減輕扒皮時(shí)氧化鋅渣粘結(jié)在扒皮鏟上的現(xiàn)象，間接的改善了鋅錠表面物規(guī)質(zhì)量，使其“顏值”得到大大提升。

3.4 取樣標(biāo)準(zhǔn)化

使用專用鈦瓢和模具取樣，保證取樣工具清潔。取樣前先對(duì)樣瓢及模具使用鋅水進(jìn)行預(yù)熱清理，取樣時(shí)爐溫1＃、2＃爐不能超過(guò)480℃，7＃爐不能超過(guò)470℃，每個(gè)早班按標(biāo)準(zhǔn)取樣，送爐前樣化驗(yàn)，及時(shí)跟蹤結(jié)果，發(fā)現(xiàn)異常情況立即處理。

4 實(shí)施效果

1.通過(guò)加強(qiáng)工藝紀(jì)律檢查，班組測(cè)溫頻次明顯增加，爐溫管控良好，99.997鋅錠產(chǎn)出率提高至56.12%，見表2。

表2 測(cè)溫頻率與99.997鋅錠產(chǎn)出率統(tǒng)計(jì)表 %

2.現(xiàn)場(chǎng)析出鋅物料中鐵器基本消失。

3.現(xiàn)場(chǎng)工具使用完畢后歸位放置，設(shè)備檢修維修后現(xiàn)場(chǎng)干凈整潔，無(wú)鐵質(zhì)遺留。

4.取樣操作規(guī)范，符合標(biāo)準(zhǔn)，未出現(xiàn)因取樣不規(guī)范導(dǎo)致的生產(chǎn)被動(dòng)，見表3。

表3 2021年鋅錠鐵含量統(tǒng)計(jì)表 %

通過(guò)表3可以看出，通過(guò)一系列控制措施的實(shí)施，鋅錠中鐵含量≤0.000 5%占比明顯升高，鐵含量≥0.000 7%占比明顯降低，并在2021年7月開始持續(xù)保持在96%以上，效果顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，合理的控制爐溫，加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)過(guò)程管控，杜絕外來(lái)鐵器入爐污染，對(duì)于鋅錠含量控制，具有重要意義。經(jīng)過(guò)采取一系列的措施及強(qiáng)化操作，公司目前生產(chǎn)的鋅錠品位保持在99.995%以上，產(chǎn)出鋅錠“顏值”也在不斷提高，確保了高端客戶的需求，提高了公司高端鋅錠市場(chǎng)占有率，提升了公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和品牌效益。