標(biāo)準(zhǔn)銀錠熔鑄工藝技術(shù)及發(fā)展

謝太李，何綠山

（江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

銀錠，一般重量在30g以上，包括古代作為貨幣［1］流通的銀錠，也包括現(xiàn)代工業(yè)制造的銀錠?，F(xiàn)代銀錠分類中，尺寸、重量、含量、雜質(zhì)都不確定的銀錠屬于非標(biāo)銀錠，尺寸、重量、含量、雜質(zhì)等都符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的銀錠屬于標(biāo)準(zhǔn)銀錠。國家標(biāo)準(zhǔn)［2］中銀錠有三個牌號，分別是IC-Ag99.99銀錠、IC-Ag99.95銀錠、IC-Ag99.9銀錠，規(guī)格有15kg和30kg兩種，15kg銀錠為國內(nèi)市場主交易產(chǎn)品，30kg（約1000盎司）銀錠為國際市場主交易產(chǎn)品。其中IC-Ag99.99銀錠是含銀純度最高的標(biāo)準(zhǔn)銀錠，是國內(nèi)市場通用、交易量最大的標(biāo)準(zhǔn)銀錠。只有經(jīng)過上海黃金期貨交易所或倫敦金銀市場協(xié)會審核認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)銀錠生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)銀錠才能成為可交割的銀錠，這種銀錠稱之為注冊銀錠。注冊銀錠是得到市場公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)銀錠，具有快速流通性，易辨別、易買賣、可倉單、可質(zhì)押、可賒銷、可收藏。

標(biāo)準(zhǔn)銀錠對化學(xué)成分、物理規(guī)格、表面質(zhì)量都有明確要求。標(biāo)準(zhǔn)銀錠化學(xué)成分主要與精煉工藝技術(shù)有關(guān)，白銀的精煉工藝主要有分銀爐精煉、TROF轉(zhuǎn)爐熔煉、真空熔煉、卡爾多爐熔煉、電解精煉、化學(xué)法精煉等方法。標(biāo)準(zhǔn)銀錠的物理規(guī)格、表面質(zhì)量與熔鑄工藝技術(shù)有關(guān)。熔化設(shè)備主要有中頻感應(yīng)電爐、高頻感應(yīng)爐、高溫電阻爐等；熔鑄模具材質(zhì)主要有鋼模具、石墨模具；鑄型方式有平模和立模兩種。國內(nèi)采用較多的熔鑄工藝的流程為，上料、熔化、澆鑄、表面打磨、清洗、質(zhì)量判別、打標(biāo)、稱重、堆垛等工序，操作均以人工的操作方式進(jìn)行，生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境差。近年來，隨著檢測技術(shù)、自動化技術(shù)以及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，借助真空技術(shù)、自動化技術(shù)、人工智能技術(shù)，銀錠熔鑄加工過程已基本實現(xiàn)全自動化，而且生產(chǎn)環(huán)境友好。本文就標(biāo)準(zhǔn)銀錠熔鑄工藝技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了探討。

2 銀錠熔鑄傳統(tǒng)工藝技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)工藝技術(shù)概述

2.1.1 中頻爐熔鑄工藝技術(shù)

中頻爐熔鑄機(jī)通常分為熔爐澆鑄系統(tǒng)、移動小車、定量澆鑄系統(tǒng)、承料托盤、模具裝置、火焰保溫裝置、風(fēng)冷裝置、鑄件輸送裝置、自動輸送機(jī)、酸洗槽、水洗槽、工作平臺、托盤回送機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)等。生產(chǎn)工作流程：加料至熔爐→熔爐加溫至熔點→去氧（將草繩、木碳放入熔爐）→熔爐移動至澆點位置→乙炔熏?！蹱t旋轉(zhuǎn)→連續(xù)倒熔液澆鑄→熔爐旋轉(zhuǎn)回位→熔爐移動至起點位置→噴頭點火保溫→模具冷卻→承料托盤蓋住模具→氣缸壓緊承料托盤→模具翻轉(zhuǎn)→氣缸放下承料托盤→吊架移動至酸槽→酸洗→吊架移動至水槽→水洗→吊架移動至工作平臺→銀錠表面清理→銀錠打碼→銀錠包裝→承料托盤放回吊架→吊架退回輸送位置。

2.1.2 電爐熔鑄工藝技術(shù)

電爐銀錠熔鑄機(jī)是將裝在定量容器中的達(dá)到質(zhì)量要求的銀粉，加入電爐內(nèi)的石墨坩堝里采用硅碳棒加熱熔化，再澆鑄成15kg或30kg標(biāo)準(zhǔn)銀錠的設(shè)備。主要由電爐、可升降傾轉(zhuǎn)澆鑄臺、澆鑄裝置行走臺車、可傾轉(zhuǎn)移動模車、傾轉(zhuǎn)裝置、模車、液壓站、銀粉加料裝置、裝卸料裝置、電動機(jī)械手、電源盤及控制柜和酸洗設(shè)備組成。

2.2 傳統(tǒng)工藝技術(shù)分析

中頻爐熔鑄和電爐熔鑄兩種銀錠熔鑄傳統(tǒng)工藝均主要采用人工澆鑄。首先通過感應(yīng)加熱、電熱輻射等設(shè)備將銀粉熔化，再通過火槍保溫將熔融銀（呈液體狀）倒入金屬模具內(nèi)（如圖1），待冷卻后取出產(chǎn)品，然后酸洗、修整、打碼、稱重、入庫［3］。

傳統(tǒng)熔鑄工藝不足之處：

（1）澆鑄出的銀錠產(chǎn)品均會出現(xiàn)砂眼、氣孔及表面不平整有水波紋等現(xiàn)象，銀錠外觀合格率低；

（2）生產(chǎn)過程中去氧、保溫工序會產(chǎn)生煙塵，銀錠修整作業(yè)階段環(huán)境惡劣；

（3）整個過程采用人工操作，操作人員需要近距離與設(shè)備、物料接觸，勞動強(qiáng)度大；

（4）在熔化白銀的時候有大量的熱輻射產(chǎn)生；

（5）15kg規(guī)格的銀錠需做切頭處理，切頭返爐量高，影響生產(chǎn)效率。

圖1 電爐銀錠熔鑄機(jī)設(shè)備圖

3 銀錠熔鑄先進(jìn)工藝技術(shù)分析

3.1 先進(jìn)工藝技術(shù)概述

3.1.1 無火焰隧道式熔鑄工藝

無火焰隧道式熔鑄工藝，從加熱到冷卻，整個過程都在隧道內(nèi)完成，隧道內(nèi)充滿了具有保護(hù)作用的惰性氣體（氮氣），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(jìn)行［4］。

工藝流程如圖2。以合格銀粉為原料，用中頻爐熔化，經(jīng)熔化使銀粉?；搔?～8mm的銀粒。然后經(jīng)自動送料裝置送入干燥機(jī)離心甩干、熱風(fēng)吹干，再自動送入全自動澆鑄線。干燥機(jī)傳送過來的銀粒，裝在配料振動倉中并緩慢地落入預(yù)稱重的中轉(zhuǎn)料倉。當(dāng)銀粒被稱重至預(yù)稱重值時［5］，就釋放至可循環(huán)推動的石墨模具內(nèi)。每個盛有銀粒的石墨模具組成一組，由機(jī)械推進(jìn)器從一側(cè)推入無焰隧道感應(yīng)爐內(nèi)，銀粒在氮氣的保護(hù)下熔化、冷卻、凝固，模具行進(jìn)至另一側(cè)時，模具內(nèi)的銀粒形成銀錠。由穿梭帶將盛有銀錠的石墨模具推至具備裝載及卸載功能的傳送帶上。模具在傳送帶上傳送至第一個工作站時，蓋子被打開，機(jī)械手從流水線上抓取模具中的鑄錠進(jìn)行清洗拋光。在沿著模具推進(jìn)過程的方向上，用壓縮空氣噴氣去除模具內(nèi)附有的沉淀物。清潔好的模具進(jìn)入下一階段稱重系統(tǒng)銀粒裝載步驟。經(jīng)過清洗拋光的銀錠，進(jìn)入外觀圖像識別系統(tǒng)進(jìn)行外觀圖像識別。外觀識別合格的銀錠放置到臺秤上稱重。稱重合格的銀錠自動搬運到打標(biāo)打碼裝置的上料工裝中。上料工裝進(jìn)入打碼。打碼完成的銀錠自動碼垛到木托盤放置。入庫待售［6］。

圖2 無火焰隧道式銀錠熔鑄工藝流程

目前該裝備工藝技術(shù)在英國、德國、日本、加納等全球27個國家有超過200套正在應(yīng)用。2014年開始，該工藝技術(shù)在國內(nèi)企業(yè)陸續(xù)應(yīng)用，并已實現(xiàn)15kg與30kg銀錠熔鑄通用生產(chǎn)線的全流程國產(chǎn)化、自動化，工藝示意圖如圖3。

圖3 無火焰隧道式銀錠生產(chǎn)線示意圖

3.1.2 無火焰腔體式熔鑄工藝

該工藝的流程與無火焰隧道式熔鑄工藝基本一致，區(qū)別在于熔鑄設(shè)備設(shè)計采用左右兩個中頻感應(yīng)加熱熔鑄室。在惰性氣體保護(hù)下，無火焰腔體式熔鑄工藝分別由兩個石墨鑄錠模具交替進(jìn)行物料的熔融及凝固，并在溫度降至700℃左右即進(jìn)行銀錠脫模，高溫狀態(tài)的模具進(jìn)入下一輪的生產(chǎn)，脫模后的銀錠直接經(jīng)冷卻水完全降溫后輸出。工藝示意圖如圖4。

圖4 無火焰腔體式銀錠生產(chǎn)線示意圖

3.2 先進(jìn)工藝技術(shù)分析

3.2.1 無火焰隧道式熔鑄工藝分析

（1）建立特定方向的溫度梯度，使熔融銀沿著與熱流相反的方向按照要求的結(jié)晶取向凝固，即采用定向凝固技術(shù)，產(chǎn)品表面光滑，無需拋光打磨。

（2）在惰性氣體保護(hù)下一次成型，銀錠產(chǎn)品無砂眼、氣孔及表面不平整等現(xiàn)象［6］。

（3）采用密封的惰性氣體保護(hù)熔煉，成型全過程在密封和保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行，環(huán)境友好。

（4）采用熔融爐密封加工，在內(nèi)部溫度達(dá)到1450℃時，外表溫度保持在35℃左右，熱輻射可忽略不計。

（5）整個過程采用自動化、智能化操作，員工勞動強(qiáng)度低，操作過程安全可靠。

3.2.2 無火焰腔體式熔鑄工藝分析

無火焰腔體式熔鑄工藝設(shè)備構(gòu)造緊湊，總體占用空間較小，長度僅5m左右（無火焰隧道式銀錠生產(chǎn)線長度為15m）。自動化程度好，操作環(huán)境友好，產(chǎn)品外觀質(zhì)量較好。由于脫模溫度較高，模具的熱量得到重復(fù)利用，極大程度地降低了熱損耗及能耗，同時，模具的損耗減少，使用壽命延長。

4 結(jié)論

綜合比較，中頻爐熔鑄、電爐熔鑄、無火焰隧道式熔鑄和無火焰腔體式熔鑄四種銀錠熔鑄工藝，裝備、技術(shù)水平呈現(xiàn)出不斷更新提升的趨勢。前兩種熔鑄技術(shù)，設(shè)備能耗相對低，但成品合格率低，受切頭返爐、打磨等因素影響，生產(chǎn)總體成本沒有太大優(yōu)勢，且勞動強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境差，整個生產(chǎn)過程人為因素干擾嚴(yán)重，質(zhì)量不可控，無法杜絕銀錠表面出現(xiàn)冷紋、縮坑、氣孔等現(xiàn)象。2013年LBMA修改交割規(guī)則，自2014年起，接受用聚合式感應(yīng)系統(tǒng)和石墨模具生產(chǎn)的交割銀錠。傳統(tǒng)銀錠熔鑄工藝生產(chǎn)出的注冊銀錠，外觀未經(jīng)精細(xì)處理，難以滿足交易要求。與傳統(tǒng)銀錠熔鑄工藝相比較，無火焰隧道式熔鑄和無火焰腔體式熔鑄工藝技術(shù)遙遙領(lǐng)先，銀錠外觀質(zhì)量有質(zhì)的飛躍。

無火焰隧道式熔鑄已在全球應(yīng)用10年，現(xiàn)已成為全球銀錠熔鑄主流工藝技術(shù)，國內(nèi)同行企業(yè)大多以該技術(shù)為標(biāo)桿進(jìn)行改造升級。但是，該工藝設(shè)備占地面積較大，石墨模具使用壽命短，功率大，能耗高。

近年，新發(fā)展出的無火焰腔體式熔鑄工藝技術(shù)，創(chuàng)新性地解決了無火焰隧道式熔鑄的工藝存在的問題。該工藝技術(shù)裝備能同時滿足15kg和30kg兩種規(guī)格銀錠生產(chǎn)，作業(yè)環(huán)境無塵且能耗更低，具有低碳、綠色的特點。所以，隨著國家“十四五”規(guī)劃的出臺，前三種裝備工藝技術(shù)的不足之處越發(fā)凸顯，無火焰腔體式熔鑄銀錠工藝技術(shù)將成為標(biāo)準(zhǔn)銀錠熔鑄的主要發(fā)展方向。