鋅錠控鐵的實踐分析

黃承午

（湖南株冶有色金屬有限公司，湖南 衡陽 412004）

鋅金屬及其衍生產品在世界經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)十分重要的地位。我國是鋅資源大國也是全球最大的鋅金屬及其產品消費國。自20世紀90年代以來，中國鋅金屬產量及消費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年投產以來，99.995%鋅錠年產能達10萬t，99.997%鋅錠產出率達50%。目前該廠產出鋅錠中銅、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。鐵元素在鋅液中的溶解度是隨溫度增加而增加，每一次爐內鋅液溫度變化都將導致鐵元素過飽和（當溫度下降時），或不飽和（當溫度上升時）。當鐵元素過飽和時，處于過飽和的鐵將與合金中鋁發(fā)生反應形成Al5Fe2金屬化合物，造成浮渣量增加；當鐵元素不飽和時，合金對鋅鍋和鵝頸材料的腐蝕將會增強，以回到飽和狀態(tài)。同時，鐵高在壓鑄件中易形成硬質點，影響后加工和拋光，為此技術人員通過從化學因素、工藝控制等多方面查找原因，不斷改進，最終使鐵含量得到有效控制，提高了產品質量，滿足了客戶需求，大大拓寬了公司產品的銷售渠道。

1 鋅錠生產工藝流程

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，采用工頻感應電爐將鋅片熔化后澆注成錠的過程。

湖南株冶有色金屬有限公司火炬牌鋅錠生產采用有芯感應熔鋅爐，其工作原理利用電磁感應原理，使鋅片（被熔金屬）本身發(fā)熱，從而達到熔化、過熱和保溫的目的［1］。在加料過程中同時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，通過扒皮機器人除去其表面的氧化鋅渣，得到完整的火炬牌鋅錠，其主要生產工藝流程如圖1所示。

圖1 鋅錠生產工藝流程

現(xiàn)行國家標準《鋅錠》（GB/T 470—2008），最高等級99.995%鋅錠成分規(guī)定應符合表1。

表1 鋅錠的化學成分 %

鋅錠化學成分主要有銅、鉛、鎘和鐵，而鐵的控制主要發(fā)生在熔鑄工序，導致鐵含量超標的唯一可能為在熔鑄過程中鐵雜質掉入感應爐內，因此只有加強熔鑄過程的管理，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，高溫鋅液對鐵容器有一定的腐蝕，尤其是爐窯內部含鐵，以及生產過程中夾雜鐵質，其腐蝕程度主要與溫度有關［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，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，鐵的溶解度出現(xiàn)一個突兀的“尖峰”；鋅液溫度高于530℃鐵的溶解度上升的斜率又恢復為緩慢上升的態(tài)勢。

圖2 鋅液溫度與鐵溶解度的關系

2.2 實際生產過程中影響鋅錠含鐵的原因分析

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

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源電解自產出的析出鋅片，其中時常夾帶碎鋅粒子，而碎鋅粒子在清掃收集過程中會摻雜現(xiàn)場的釘子、螺絲等鐵制品；除此之外，當自動剝鋅機出現(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.熔鑄生產線產生的渣皮坨、修錠產生的碎鋅回爐時夾雜鐵制品，入爐后將造成鐵含量超標。

3.設備檢修過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，進而導致鋅液含鐵量超標。

2.2.2 生產中使用的鐵制工具

1.在實際生產中，熔鑄現(xiàn)場使用的釬子、邊鏟、人工扒皮使用的扒皮鏟、鐵鍬，使用不銹鋼材質帶齒耙子進行耙渣撈渣，均為鐵制工具，而且長期使用工具出現(xiàn)損壞，容易掉落進入爐內，導致爐內鋅液含鐵量超標。

2.為了保證在澆注時鋅液不飛濺傷人，同時減少鋅錠表面的飛邊毛刺，常常采用鐵制品進行導流，如在澆注口放置焊條或者鋼條進行導流，在使用過程中折斷掉入爐內，或者因為在高溫鋅液不斷的沖刷下，鐵溶解在鋅液當中，將導致鋅液含鐵量超標。

2.2.3 取樣時操作不規(guī)范

鋅錠取樣時使用鐵鍬取樣，未在合理溫度范圍進行取樣，容易使鐵鍬熔化在鋅液中，從而帶入樣品中，導致化驗結果不準確，進而影響正常生產。

2.2.4 筑爐時操作不當

熔鑄工頻感應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。此外，工頻感應爐在運行1～2年后會常常出現(xiàn)感應體漏鋅現(xiàn)象［3］，因此需要進行維修。在更換舊感應體時，要將爐內的鋅液非正常澆鑄成錠或人工轉入其他爐子，過程持續(xù)約8 h，所使用的工具均為鐵制品；同時為降低鋅液凝固速度，更換感應體時，需將爐內溫度提高至520℃左右，該溫度正處于鐵元素的“易溶溫度區(qū)間”，從而導致鋅錠鐵含量超標。

3 控制鋅錠含雜質鐵的措施

鋅錠生產，除去其“顏值”要求，鋅錠的化規(guī)質量也至關重要，化規(guī)質量主要取決于析出鋅片的質量，但是在熔鑄生產過程中管理不善，仍然會對鋅錠化規(guī)質量中鐵含量帶來影響，甚至會導致非0＃鋅錠的產出，因此制定合理的管控措施，是保證高品位鋅錠產出的重要條件。

3.1 爐溫管控

正常生產時，根據(jù)電爐內溫度變化情況，及時調整電爐給定功率，當進料后或爐溫低于470℃時，對感應體進行調壓升檔操作，當爐溫高于480℃時，對感應體進行調壓降檔操作，保證爐溫控制在470～480℃，避免爐溫過高，導致鐵含量超標。崗位按工藝檢查要求生產過程每小時測溫一次并拍照上報，要求數(shù)據(jù)真實。

3.2 入爐物料管控

1.強化源頭物料管理，各生產爐組在每班生產前必須對本爐組生產現(xiàn)場的鐵質雜物（螺桿、墊片、焊條等）進行檢查清理，保證無雜物可帶入爐內，爐組檢查清理完畢后由主操手進行現(xiàn)場確認（每班一次），并將清理檢查確認情況記錄在工藝紀律檢查表記錄內容處。

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

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

3.3 規(guī)范現(xiàn)場鐵制工具管理

1.對現(xiàn)場所有鋼釬、扁鏟等鐵質工具進行編號管理、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)工具跌入爐內需立刻停車組織撈鐵。

2.生產過程中使用鐵質工具撈渣和耙渣時要控制爐溫在470～480℃，低溫減小鋅液腐蝕，減少Fe的帶入（必要時可以換用不銹鋼耙子和鏟子），導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操作工具進行檢查，耙渣耙子無齒或樣瓢、漏勺大面積熔穿前必須匯報運營長，由運營長安排更換。同時運營長也要對工具完好情況進行抽查（每輪班兩次），并將檢查情況記錄在工藝紀律檢查表空白處。備用工具數(shù)量較少時運營長要提前匯報材料員進行工具申報，避免工具帶入污染和工具不足造成生產被動。

4.對扒皮工具進行防腐處理，借鑒高濃度氧化鋅渾濁液對鐵制品的“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，同時也能大大減輕扒皮時氧化鋅渣粘結在扒皮鏟上的現(xiàn)象，間接的改善了鋅錠表面物規(guī)質量，使其“顏值”得到大大提升。

3.4 取樣標準化

使用專用鈦瓢和模具取樣，保證取樣工具清潔。取樣前先對樣瓢及模具使用鋅水進行預熱清理，取樣時爐溫1＃、2＃爐不能超過480℃，7＃爐不能超過470℃，每個早班按標準取樣，送爐前樣化驗，及時跟蹤結果，發(fā)現(xiàn)異常情況立即處理。

4 實施效果

1.通過加強工藝紀律檢查，班組測溫頻次明顯增加，爐溫管控良好，99.997鋅錠產出率提高至56.12%，見表2。

表2 測溫頻率與99.997鋅錠產出率統(tǒng)計表 %

2.現(xiàn)場析出鋅物料中鐵器基本消失。

3.現(xiàn)場工具使用完畢后歸位放置，設備檢修維修后現(xiàn)場干凈整潔，無鐵質遺留。

4.取樣操作規(guī)范，符合標準，未出現(xiàn)因取樣不規(guī)范導致的生產被動，見表3。

表3 2021年鋅錠鐵含量統(tǒng)計表 %

通過表3可以看出，通過一系列控制措施的實施，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 結語

實踐證明，合理的控制爐溫，加強對生產控制環(huán)節(jié)過程管控，杜絕外來鐵器入爐污染，對于鋅錠含量控制，具有重要意義。經(jīng)過采取一系列的措施及強化操作，公司目前生產的鋅錠品位保持在99.995%以上，產出鋅錠“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占有率，提升了公司的市場競爭力和品牌效益。