55阴极锌的熔铸

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1、5 5 阴极锌的熔铸电解沉积产出的阴极锌片虽然化学成分已达标，但物理规格不符合要求，且运输和储存甚为不便。因此，阴极锌片要进展熔化铸锭才可作成品出厂。5.5.1 阴极锌的熔铸过程阴极锌熔铸过程是在熔化设备中加热熔化阴极锌片成熔融的锌液，加少量氯化铵(NHCl)搅拌，扒出浮渣，锌液铸成锌锭。氯化铵的作用在于与浮渣 4中的氧化锌发生如下反响。2NHCl+ZnO=ZnCl+2NHCl+HO 4242生成氯化锌熔点低(约 318?)，因而破坏了浮渣中的氧化锌薄膜，使浮渣颗粒中的锌露出颖外表而聚合成锌液。熔锌所用的设备有反射炉及电炉两种。无论承受哪种设备都要产生浮渣，这是由于从炉门进入炉内的空气燃烧产生

2、废气 CO 以及阴极锌片带入少量的水 2分，使炉内的锌液氧化生成氧化锌，生成的氧化锌以一层薄膜状包住一些锌液滴，形成小粒状的氧化锌与锌的混合物浮渣(一般含锌 80,85,)，浮渣越多， 熔铸时锌的直收率则越低。浮渣的产出率与熔铸设备、熔铸温度、阴极锌的质量有关。当承受感应电炉熔铸时，由于不用燃料，炉内锌的氧化少，因而浮渣的产出率比承受反射炉熔铸时要低，锌的直收率高。同时，电炉同反射炉相比能耗较低(一般吨锌耗电 100,120kwh)、劳动条件好、操作条件易于掌握，国内外已渐渐用电炉熔铸代替了反射炉熔铸，反射炉熔铸只在一些小厂使用。低频感应电炉与反射炉的技术经济指标比较列于表 516 中。在国内

3、有的电锌厂已实现了阴极锌熔铸从加料、熔化、浇铸、脱膜到锌锭堆垛全部机械化。表 516 阴极锌熔铸低频感应电炉与反射炉的技术经济指标比较名称 低频感应电反射炉1 吨锌锭的能耗 电:110,煤气:流3 吨锌氯化铵单耗 0.85,1.0 1.0,1.5 120kWh 220300m-1 锌直收率, 97.5,98 95.5,96.5 ,(kg?t) 或重油:30,进入浮渣中的锌 2,2.5 3,4 50kg烟气带走锌占原 0.2,0.3 量, 0.5 或块煤:5,料之比, 9,5.5.2 低频感应电炉熔铸阴极锌的电炉熔铸可承受电阻炉、电弧炉和感应电炉。国内外承受电炉熔铸的工厂大多数承受低(工)频感应

4、电炉。低频感应电炉具有热效率高、电效率高、金属烧损少、炉温易掌握、化学成分易把握、炉温均一、劳动条件好等一系列优点，但筑炉工艺简单、更换产品品种时需要洗炉。经过多年实践，筑炉工艺已日趋完善， 且承受了单向流淌的不等截面熔沟、高温预烧结成型熔沟、可拆卸活动熔沟等筑炉工艺，使感应电炉的寿命大大提高，炉子的容量已有 20 世纪 50 年月的 300kg 提高到现在的 40,60t。5.5.2.1 低频感应电炉工作原理和构造形式低频感应电炉熔铸的实质是利用电能转变为热能，使阴极锌加热熔化后进展铸锭。炉子容量大小视生产规模大小而不同。容量 20t，功率 192,540kW 的图 510 20t 低频感应

5、电炉构造图1炉壳 2炉衬 3单芯变压器 4双芯变压器 5加料装置 6熔池 7 前室低频感应电炉构造如图 510 所示。炉子熔池的两边及前方共安装有 6 个电炉变压器。每个变压器的原级线圈(一次线圈)为铜导线，二次感应线圈是锌熔体(锌环)。当一次线圈供电后，二次线圈产生比一次线圈大假设干倍的感应电流(视一次线圈匝数而定)，将电能转变为热能，使熔池内的锌被加热熔化。同时，由于电磁场的作用，产生电动压缩力，引起锌液的猛烈运动，使炉子熔池内的锌不断熔化。一次线圈的电压比二次线圈的供电电压高假设干倍(视一次线圈匝数而定)，二次线圈的低电压可防止电气设备对人体的危害，实现安全操作。低频感应电炉分为感应器整

6、体构造和感应器装配构造两种，由炉体、电气设 备、冷却系统三局部组成。炉体包括炉壳、炉衬、感应线圈等。炉壳由 10,12mm 钢板焊成，上部有活动炉盖，炉顶加料，熔池以下(包括感应器室)局部捣制炉衬，熔池以上和熔化室与浇铸室间隔墙局部承受一般黏土砖砌筑。炉子熔池两边及前方安装 3,6 个电炉变压器。其技术性能列于表 517。表 517 低频电炉技术性能实例炉型 工程有芯炉 无芯炉额定容量,t 40 O.75 -生产率,(t?h7,8 O.4 1) 500 600工作温度,? 900 80功率,kw 380 380,220电压,V 3 1相数,相 50 50 频率,Hz O.75 功率因数补偿 1

7、 前 42,60功率因数补偿 3,6 后 水平线圈匝数,匝 110,120熔沟数,个 5.5.2.2 低频感应电炉熔铸实践 熔沟位置低频感应电炉熔铸操作包括烘炉、开炉、进料熔铸和停炉等作业。 吨锌耗电量,kWh (1)开炉熔锌电炉开炉有固体开炉和液体开炉两种形式，前者预备工作简洁，但牢靠性差;后者开炉预备工作简单，但开炉牢靠。开炉前的预备工作:(1)备齐正常生产时所需用的一切工具;(2)全面检查设备是否完整适用，特别要重点检查电气设备的安全;(3)烘炉前应将炉子清扫干净;(4)在熔池内铺 1,2 层锌锭与锌环接触，构成闭合回路，以扩大锌环的散热面积和尽可能削减变压器与炉膛的温度差;(5)烘炉前

8、除加料口外，应做好炉门的密封工作，以防散热过多。烘炉和开炉:筑电炉自然枯燥 28,35d，用串联或并联交替联接的方法在熔池内设置电热器，升温保持 300?以下加热烘烤 10,13d，在此期间，炉子变压器是低压送电。要求变压器室温度与炉体温度保持平衡。电热烘炉 13d 锌环温度到 300? 时撤走炉内电热器，用炉子变压器升温直至锌环的熔点。当锌环开头熔化时马上将过热锌液倾入炉内并转入高功率电压级，随温度上升，逐步参加阴极锌片，将炉子熔池灌满，开炉即告完毕。开炉留意事项:依据国外电炉生产阅历，升温速度为 1.5?/h 至 2?/h 为好，我国电炉生产实践说明，升温速度可为 5,10?/h。升温要平

9、缓、不能波动太大。往往由于炉温时高时低，因炉衬的膨胀系数不同，简洁造成炉壁裂缝和锌环断裂。尤其是在 100,300?之间，即锌环熔化前要特别留意锌环的升温。当熔沟接近 419.58? 时，假设觉察电流表上的指针频繁摇摆，应马上将过热锌液倾入炉内，并相对提高功率电压级送电。视温度变化状况逐步参加小批量阴极锌片，直到装满炉膛为止。电压连续上升，此时即可转入低力量生产。(2) 进料熔铸在进料熔化前，应先将阴极锌片吊运到进料翻板上，预热脱水。进料时，每批最好不超过 15cm 厚，以保持炉温与熔池锌液液面的稳定，提高热利用率及保护设备和防止“放炮”。进料时，还应特别留意防止铁工具、铝片或阴极导电片等掉入

10、炉内，避开污染锌液。为使锌渣分别，削减浮渣量，进料时，要将少量氯化铵连续地加人炉内。在搅拌扒渣之前，还要参加适量氯化铵，做到边搅边加，使黄红色的松散浮渣浮在熔池外表。一般每隔 2h 进展一次搅拌扒渣。扒渣时，要求动作轻且慢，扒到炉门处，使浮渣稍停一下，以削减锌液伴同浮渣带出。每次扒渣时，要留有 l,2cm 厚的渣层， 保护锌液不被氧化。扒出的浮渣送去进展浮渣处理。锌液浇铸时不要溅洒在模外。当锌液浇满铸模时，应马上用木耙快速扒去外表的氧化层(俗称“扒皮”)。扒皮动作要快而稳，一次扒净，并尽量削减锌锭上的飞边毛刺，保证锌锭物理规格符合产品标准的要求。(3) 停炉在接到临时停炉通知时，首先将炉内温度

11、尽可能提高，炉可维持 1h，旧炉可维持 40min。当恢复送电时，应先由较低电压渐渐提高，防止二次线圈电路切断或熔沟崩裂。 假设停电时间较长，首先应尽可能将熔池内的锌液铸锭，之后封堵各进、出料口，保温。如要停炉大修，则需把锌液全部放出。锌液铸锭操作在下节“反响炉熔铸”中介绍。5.5.2.3 电炉熔铸的技术指标表 518 阴极锌电炉熔铸技术指标工电炉熔池温吨锌吨熔铸厂 功率,kw 度,? 电能消耗锌 NHCl 直收率 4 一 540 450,llO1,97.5,kwh 消耗, 厂 540,500 ,120 1.3 96.8 -1/kg?t 一 900 460,1101,厂 500 ,120 1.

12、58 97.5三 470 99 O.6 电炉熔铸的技术技术主要包括熔锌电炉的直收率、耗电量和熔锌时添加剂厂 110 18 氯化铵耗量等。表 518 列出了几家工厂阴极锌电炉熔铸技术指标。 四厂 5.5.3 反响炉熔铸5.5.3.1 熔锌反射炉的构造和操作2 图 517 6m 熔锌反射炉熔化阴极锌的反射炉是一种用耐火砖砌筑的长方形熔炼空间，它的一端有燃烧室或燃烧喷咀，使炉膛空间保持炎热炉气。阴极锌从炉顶加料斗参加炉内，被炎热炉气、炉墙和炉顶的辐射热以及熔融锌所熔化，炉气从炉子的另一端的烟道经布袋收尘后排出。炉子的一侧开有工作门，供搅拌扒渣等操作用，另一侧筑有前室，铸锭时，锌液从前室舀出。前室与熔

13、池间砌有一道隔墙，并在墙下留有孔(称虹吸口)，锌液经孔流入前室，既可削减锌的氧化，也可保证熔池外表的浮渣不进人前室。熔锌反射炉的容量依据生产规模的大小不同，波动很大，小的约 10t 左右， 2 大的可达 200t 左右。图 517 为 6m 熔锌反射炉示意图。炉子的熔池用粘土耐火砖或镁砖砌筑，外面围以 10,20mm 厚的钢板并用工字钢加固。为了保证炉子底部有空气流通，以便冷却炉底，整个炉壳的钢板安装在工字钢上，形成通风孔道。为了削减热量损失和氧化造渣，加速锌的熔化，熔池总是要求有较大的深度， 而熔池的宽度按操作的便利程度定。熔锌反射炉的燃料，可用固体(煤)或液体(重油)燃料，也可用发生炉煤气

14、或自然气，当使用固体燃料时，炉子必需有燃烧室;使用液体或气体燃料时，则用喷咀燃烧。反射炉的主要操作包括:(1)燃料燃烧;(2)进料熔化;(3)搅拌扒渣;(4)铸锭。此外，还有浮渣处理及烟气收尘等关心操作。熔锌反射炉的主要缺点是:燃料燃烧加热熔化锌时，锌的氧化较多，浮渣产出率高，烧减率大，因而锌的实收率低，燃料及耐火材料消耗也较大，要求配备有收尘装置。而承受电炉熔铸时，可以抑制熔锌反射炉的这些缺点，国内外已渐渐用低频感应电炉熔铸代替了反射炉熔铸。5.5.3.2 锌液铸锭湿法炼锌厂产出的锌锭质量一般含锌在 99.99,以上，西方国家一般称 SHG 级锌。锌锭化学成分要求参见表 514。在生产过程中

15、，要提高锌锭品级率，除在熔铸工序进展合理配料外，净化、电解工序严格工艺操作，供给合格原料是主要条 件。在生产实践中常常由于电解液中含有某些杂质严峻影响阴极锌的质量，从而影响锌锭品级率。锌锭产品要求外表光滑，没有飞边、毛刺、冷隔、夹渣、熔洞等缺陷。物理质量的掌握主要在设备的调整和生产操作。对物理质量的影响因素主要有:1) 锭模。锭模型腔的外形、尺寸和构造不仅打算铸锭的外形、尺寸，也打算铸锭的质量。由于液态金属在模内的凝固不完全是自下而上依次进展的，铸锭的方向性结晶倾向较差，这样铸锭的缩孔和偏析较大。加之液态金属吸气(即浇铸时裹入气体)、氧化和铸模型腔底部外表的冲击引起铸模老化，从而影响铸锭外表光

16、滑， 甚至消灭严峻“麻点”，锭模上下径不当也会造成严峻飞边、毛刺。因而对锭模的构造要合理选择，锭模材质应具有高的热导性、小的热膨胀系数、较低的弹性模数和较高的机械性能。为防止金属与模壁相互作用和粘结、避开金属的二次氧化和产生气孔，改善铸锭外表质量，使用过程中锭模外表应常常涂刷涂料并定期清洗。2) 浇铸和冷却。浇铸温度过高、过低都对物理质量有影响。温度过高不易冷却，铸锭在运动中消灭飞边、毛刺和缩孔;温度过低简洁产生冷隔和夹渣。冷却方式尤其是冷却介质数量的多少也会影响物理质量。冷却风量大，铸锭两面产生波浪; 冷却风量小，不易冷却。冷却水量大，不能雾化，铸锭产生缩孔;水量小也不易冷 却。3) 锭机运

17、行。锭机运行不平稳也会造成外表波浪和飞边毛刺。依据 2023 年世界炼锌厂调查统计，锌块的重量分别如下: 20,500,kg 1200, 9 56 26 9 25 12005.5.4 浮渣处理浮渣主要成分为金属锌(约占 40,50,)、氧化锌(约占 50,)和少量氯化锌(约占2,3,)。浮渣含锌总共约 80,左右，含氯 0.5,1,。浮渣产出率的凹凸，除受进炉原料影响外，主要打算于搅拌、扒渣的操作。一般工厂浮渣率为 4,7,。浮渣中夹带着相当多的金属锌粒，因此必需进展处理使之分别。国内各工厂一般先将大块锌粒分出直接回炉熔化，余下进展湿法或干法处理。5.5.4.1 湿法处理国内各厂大都承受湿法处

18、理浮渣。其过程一般是先手选或筛分出金属粗块，随后将浮渣参加球磨机内注水湿磨，球磨后的矿浆承受摇床进展重力分选，使金属颗粒与湿渣分别，分选出的锌块或锌粒回炉或用以制造锌粉。湿渣经过澄清，渣送焙烧炉焙烧脱氯后提锌或生产氧化锌，清液一局部返回球磨机，一局部送污水处理站处理后排弃。5.5.4.2 干法处理有的工厂将产出的浮渣送入干式球磨机，此球磨机的壳体钻有很多孔，壳体的四周有圆筒形筛网，球磨机与水平线略成倾斜度安装，物料装入其中后，由高端向低端移动。浮渣的大块在球磨机内被裂开，使金属锌与氧化锌分开，金属的大粒由球磨机的下部轴颈处排出，细小的锌粒与氧化锌一起通过球磨机壳体的孔落到筛网上，此筛网又分开较小的金属锌粒与氧化锌粉。金属锌粒可送去吹制锌粉或铸锭， 而氧化锌粉送沸腾炉或多膛炉与锌精矿搭配焙烧脱去其中的氯。由于这种氧化锌含氯高，焙烧时使烟气含氯上升，影响制酸过程的正常进展。因此，有的工厂预先水洗脱氯，它是将未洗浮渣经过加料斗加至耙式给料机上，通过喷咀向浮渣喷热水(60,80?)，耙式给料机连续转动，将已洗过的浮渣带出，含氯废水进一步提取其中的氯化锌，经水洗后的浮渣含氯可0.5,。 降至 0.4,