论文部分内容阅读
摘 要：目前国内外铂族金属提取冶金技术，包括铂族金属一次及二次资源的溶解（如氧化溶解、高温氯化、加压氰化等），贵—贱金属的分离（如溶剂萃取、气相挥发等），在由铂族金属锭或二次资源精炼提纯为高纯度铂族金属主要依靠高频熔炼技术，通过高频炉感应熔炼技术，通入氧气带走杂质元素，然后通过浇铸冷却成型。而浇铸过程需要面对高温金属液，我公司通过技术攻关克服传统人工浇铸技术壁垒开发了一套自动化浇铸技术与装备，提高了产品的质量和稳定性，降低了劳动强度和安全隐患，促进了行业技术革新与进步。
关键词：铂族金属；自动化技术；熔炼；提纯；装备
1.传统贵金属熔炼及浇铸技术
铂族金属因其价值昂贵并且稀少而成为金属中的佼佼者，铂族金属其本身具有抗氧化、耐高温、抗腐蚀等特点，其被广泛用于首饰品、高精尖工业制造、医药等领域。受铂族金属应用领域限制，对其原材料的纯度及性能要求极为苛刻，在传统的冶炼提纯企业中多采用高频熔炼人工浇铸成型技术。贵金属熔炼要经过配料、熔化、通气、合金化、精炼等过程。常用的熔炼方法为高频熔炼方法或中频感应熔炼，坩锅为氧化物如镁石、刚玉、CaO、ZrO2等。浇铸用铸模为水冷铜模。
①、熔炼原理及熔炼炉结构
感应加热所遵循的重要依据是电磁感应、集肤效应和热传导等三项基本原理。
工业常用无芯感应炉，炉料在经过捣实的耐火炉衬坩锅内进行熔炼。一根常用水冷铜感应线圈在炉衬外面，供电时沿垂直方向产生一脉冲磁场。整个炉子包装在一刚性机械构架中，并安装成易倾转的结构形式。常用频率为：中频500～5000Hz，高频10～300kHz。
传统贵金属浇铸成型步骤为：贵金属锭-高频熔炼-金属液-人工控制浇铸架浇铸成型。
该浇铸过程主要依靠人工控制，其主要存在以下缺点：
（1）浇铸过程铂金金属液充填型腔时易产生飞溅，不利于排气；
（2）浇铸过程面对高温金属液，对于操作员工热辐射较大，损害健康；
（3）人工浇铸速度不平稳，材料进入冷却铜模中出现冒口较大；
（4）人为因素大，材料易受情绪、熟练程度等因素影响，产品材料性能不稳定。
2.我公司自主开发贵金属自动浇铸技术
鉴于上述人工浇铸过程中出现的不足与缺点，我公司组织相关人员进行技术攻关，开发了自动熔炼浇铸技术及装备，熔炼及自动浇铸工序主要分为以下步骤：
（1）原材料准备：原材料为纯铂或者铂铑合金，每次用料需从金库领取并称量记录详细的重量，再提纯过程中需要严格把控原材料的损耗，领料后块状材料需要进行轧制、裁剪得到细碎的小块状以便能更快熔化。
（2）浇铸气体准备与配制：浇铸过程需要用到氧气，氧气为直接从气站购买用钢瓶运输到使用地。开启高压气瓶时操作者应站在气瓶出口的侧面，避免气流伤人；气门开关与减压器应慢慢打开。瓶内气体不得用尽，剩余残压不得低于0.5Mpa。实验结束后关闭氧气瓶的阀门。
（1）熔炼过程控制应注意
①、锭子完全融化后立即进行氯气或氧气吹炼操作，根据材料的不同及时调整功率和温度。
②、Fe、Cu、Ni、Ag杂质元素不超标而其他的如Pb、Zn、Sn等杂质超标的铂与铂铑合金材料进行氧气吹炼（也可以进行氯气吹炼，其作用效果基本一致。）
③、Fe、Cu、Ni、Ag等杂质元素超标的铂与铂铑合金材料进行氯气吹炼。
（4）浇铸过程控制
①、吹炼完成后，关闭气体吹炼，从炉口拔下吹炼管子
②、调大电源功率，使溶液温度升高，保持良好流动性，减少缩孔
③、浇注前水冷铜模要准备到位
④、控制炉体稍微倾斜至浇注方向，溶液刚好不漏出，用玻璃棒或是三氧化二铝棒在浇注口垂直对准铜模，确认铜模到位后，开始浇注，浇注速度要均匀，适当。
⑤、浇注结束后如果炉子中还有料浇下一个锭子，则将电源功率调节至保持熔融功率，如果炉子已经没料，则立即将电源功率调节为零，后按下电源关闭按钮。
（5）自动熔炼浇铸装备
如下图1所示，我公司前期一直采用手动缓慢浇铸方式，该方式生产的产品质量问题多、过多依赖于人的经验与技艺，公司技术人员通过多年摸索开发出了一套自动熔炼浇铸设备，该自动浇铸设备包括熔炼浇铸控制柜、自动控制系统、感应线圈、浇铸架、水冷铜模等部分构成。该装备的应用极大降低了因浇铸引起的气孔、夹杂等材料缺陷，提高了改成生产线的自动化程度，降低了工人的劳动强度。
3.浇铸理论
浇铸温度和速度、浇铸模材质及尺寸、浇铸方法等是影响铸锭质量的重要因素。这关系到铸锭的组织、成分偏析、气体和杂质分布、疏松和缩孔，影响漏板半成品和成品的质量。
浇铸温度可视炉料多少，操作熟练程度等适当调整，一般高于熔点140～200℃，铸模采用水冷铜模。
4.自动化技术的方向及当前问题
5.当前對于制造产业而言随着人力成本的增加，目前市场上工业机器人产业正方兴未艾，工业自动化、智能给传统制造业带来了一次革命，促使传统制造业进行设备、技术的更新换代。企业在管理、制造等方面，充分运用其技术，调整产业结构，完善发展，促进产业扩大规模。当前无人超市、机器人生产线等在各个城市和领域发展较快，在未来智能机器人将遍布到各个领域。
6.目前，我国在制造业方面还并不完善，与一些发达国家相比仍然有一些需要进步的空间，尚未达到高度自动化的水平，并且应用的推广程度也不够。在机械加工生产中，以半自动为主，自动化加工的程度还不够，成品应引入先进设备，提高经济性。当下机械制造领域人才短缺，为了更好地推动机械工程自动化技术的发展，就需要对其专业高技术人才展开进一步的培养。要提高机械自动化的应用程度，提高机械工程的整体水平，那么对专业人才的培养非常重要。突破理论学习的单一性，完善校企合作，加强其专业性。
参考文献
[1]孙建亮，吕顽凯。机械工程自动化技术存在的问题及措施[J].信息系统工程，2013，5：131-132.
[2]刘冲，李广学。机械自动化技术在机械制造业中的应用[J].科技资讯，2011（26）。
[3]梁昌鑫，贾廷纲。工业自动化现状与发展趋势[J].上海电机学院学报，2008（3）。
[4]张雯.。有色金属浇铸系统研究[D].昆明：昆明理工大学，2009。
[5]施贤蛟，闻宝民。自动定量浇铸技术国产化的研究与应用[J].有色冶炼，2000，29（1），20-23。
（作者单位：无锡英特派金属制品有限公司）
关键词：铂族金属；自动化技术；熔炼；提纯；装备
1.传统贵金属熔炼及浇铸技术
铂族金属因其价值昂贵并且稀少而成为金属中的佼佼者，铂族金属其本身具有抗氧化、耐高温、抗腐蚀等特点，其被广泛用于首饰品、高精尖工业制造、医药等领域。受铂族金属应用领域限制，对其原材料的纯度及性能要求极为苛刻，在传统的冶炼提纯企业中多采用高频熔炼人工浇铸成型技术。贵金属熔炼要经过配料、熔化、通气、合金化、精炼等过程。常用的熔炼方法为高频熔炼方法或中频感应熔炼，坩锅为氧化物如镁石、刚玉、CaO、ZrO2等。浇铸用铸模为水冷铜模。
①、熔炼原理及熔炼炉结构
感应加热所遵循的重要依据是电磁感应、集肤效应和热传导等三项基本原理。
工业常用无芯感应炉，炉料在经过捣实的耐火炉衬坩锅内进行熔炼。一根常用水冷铜感应线圈在炉衬外面，供电时沿垂直方向产生一脉冲磁场。整个炉子包装在一刚性机械构架中，并安装成易倾转的结构形式。常用频率为：中频500～5000Hz，高频10～300kHz。
传统贵金属浇铸成型步骤为：贵金属锭-高频熔炼-金属液-人工控制浇铸架浇铸成型。
该浇铸过程主要依靠人工控制，其主要存在以下缺点：
（1）浇铸过程铂金金属液充填型腔时易产生飞溅，不利于排气；
（2）浇铸过程面对高温金属液，对于操作员工热辐射较大，损害健康；
（3）人工浇铸速度不平稳，材料进入冷却铜模中出现冒口较大；
（4）人为因素大，材料易受情绪、熟练程度等因素影响，产品材料性能不稳定。
2.我公司自主开发贵金属自动浇铸技术
鉴于上述人工浇铸过程中出现的不足与缺点，我公司组织相关人员进行技术攻关，开发了自动熔炼浇铸技术及装备，熔炼及自动浇铸工序主要分为以下步骤：
（1）原材料准备：原材料为纯铂或者铂铑合金，每次用料需从金库领取并称量记录详细的重量，再提纯过程中需要严格把控原材料的损耗，领料后块状材料需要进行轧制、裁剪得到细碎的小块状以便能更快熔化。
（2）浇铸气体准备与配制：浇铸过程需要用到氧气，氧气为直接从气站购买用钢瓶运输到使用地。开启高压气瓶时操作者应站在气瓶出口的侧面，避免气流伤人；气门开关与减压器应慢慢打开。瓶内气体不得用尽，剩余残压不得低于0.5Mpa。实验结束后关闭氧气瓶的阀门。
（1）熔炼过程控制应注意
①、锭子完全融化后立即进行氯气或氧气吹炼操作，根据材料的不同及时调整功率和温度。
②、Fe、Cu、Ni、Ag杂质元素不超标而其他的如Pb、Zn、Sn等杂质超标的铂与铂铑合金材料进行氧气吹炼（也可以进行氯气吹炼，其作用效果基本一致。）
③、Fe、Cu、Ni、Ag等杂质元素超标的铂与铂铑合金材料进行氯气吹炼。
（4）浇铸过程控制
①、吹炼完成后，关闭气体吹炼，从炉口拔下吹炼管子
②、调大电源功率，使溶液温度升高，保持良好流动性，减少缩孔
③、浇注前水冷铜模要准备到位
④、控制炉体稍微倾斜至浇注方向，溶液刚好不漏出，用玻璃棒或是三氧化二铝棒在浇注口垂直对准铜模，确认铜模到位后，开始浇注，浇注速度要均匀，适当。
⑤、浇注结束后如果炉子中还有料浇下一个锭子，则将电源功率调节至保持熔融功率，如果炉子已经没料，则立即将电源功率调节为零，后按下电源关闭按钮。
（5）自动熔炼浇铸装备
如下图1所示，我公司前期一直采用手动缓慢浇铸方式，该方式生产的产品质量问题多、过多依赖于人的经验与技艺，公司技术人员通过多年摸索开发出了一套自动熔炼浇铸设备，该自动浇铸设备包括熔炼浇铸控制柜、自动控制系统、感应线圈、浇铸架、水冷铜模等部分构成。该装备的应用极大降低了因浇铸引起的气孔、夹杂等材料缺陷，提高了改成生产线的自动化程度，降低了工人的劳动强度。
3.浇铸理论
浇铸温度和速度、浇铸模材质及尺寸、浇铸方法等是影响铸锭质量的重要因素。这关系到铸锭的组织、成分偏析、气体和杂质分布、疏松和缩孔，影响漏板半成品和成品的质量。
浇铸温度可视炉料多少，操作熟练程度等适当调整，一般高于熔点140～200℃，铸模采用水冷铜模。
4.自动化技术的方向及当前问题
5.当前對于制造产业而言随着人力成本的增加，目前市场上工业机器人产业正方兴未艾，工业自动化、智能给传统制造业带来了一次革命，促使传统制造业进行设备、技术的更新换代。企业在管理、制造等方面，充分运用其技术，调整产业结构，完善发展，促进产业扩大规模。当前无人超市、机器人生产线等在各个城市和领域发展较快，在未来智能机器人将遍布到各个领域。
6.目前，我国在制造业方面还并不完善，与一些发达国家相比仍然有一些需要进步的空间，尚未达到高度自动化的水平，并且应用的推广程度也不够。在机械加工生产中，以半自动为主，自动化加工的程度还不够，成品应引入先进设备，提高经济性。当下机械制造领域人才短缺，为了更好地推动机械工程自动化技术的发展，就需要对其专业高技术人才展开进一步的培养。要提高机械自动化的应用程度，提高机械工程的整体水平，那么对专业人才的培养非常重要。突破理论学习的单一性，完善校企合作，加强其专业性。
参考文献
[1]孙建亮，吕顽凯。机械工程自动化技术存在的问题及措施[J].信息系统工程，2013，5：131-132.
[2]刘冲，李广学。机械自动化技术在机械制造业中的应用[J].科技资讯，2011（26）。
[3]梁昌鑫，贾廷纲。工业自动化现状与发展趋势[J].上海电机学院学报，2008（3）。
[4]张雯.。有色金属浇铸系统研究[D].昆明：昆明理工大学，2009。
[5]施贤蛟，闻宝民。自动定量浇铸技术国产化的研究与应用[J].有色冶炼，2000，29（1），20-23。
（作者单位：无锡英特派金属制品有限公司）