标准银锭熔铸工艺技术及发展

谢太李，何绿山

（江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

银锭，一般重量在30g以上，包括古代作为货币［1］流通的银锭，也包括现代工业制造的银锭。现代银锭分类中，尺寸、重量、含量、杂质都不确定的银锭属于非标银锭，尺寸、重量、含量、杂质等都符合相关标准规范的银锭属于标准银锭。国家标准［2］中银锭有三个牌号，分别是IC-Ag99.99银锭、IC-Ag99.95银锭、IC-Ag99.9银锭，规格有15kg和30kg两种，15kg银锭为国内市场主交易产品，30kg（约1000盎司）银锭为国际市场主交易产品。其中IC-Ag99.99银锭是含银纯度最高的标准银锭，是国内市场通用、交易量最大的标准银锭。只有经过上海黄金期货交易所或伦敦金银市场协会审核认定的标准银锭生产企业生产的标准银锭才能成为可交割的银锭，这种银锭称之为注册银锭。注册银锭是得到市场公认的标准银锭，具有快速流通性，易辨别、易买卖、可仓单、可质押、可赊销、可收藏。

标准银锭对化学成分、物理规格、表面质量都有明确要求。标准银锭化学成分主要与精炼工艺技术有关，白银的精炼工艺主要有分银炉精炼、TROF转炉熔炼、真空熔炼、卡尔多炉熔炼、电解精炼、化学法精炼等方法。标准银锭的物理规格、表面质量与熔铸工艺技术有关。熔化设备主要有中频感应电炉、高频感应炉、高温电阻炉等；熔铸模具材质主要有钢模具、石墨模具；铸型方式有平模和立模两种。国内采用较多的熔铸工艺的流程为，上料、熔化、浇铸、表面打磨、清洗、质量判别、打标、称重、堆垛等工序，操作均以人工的操作方式进行，生产效率低、劳动强度大、作业环境差。近年来，随着检测技术、自动化技术以及机器人技术的发展，借助真空技术、自动化技术、人工智能技术，银锭熔铸加工过程已基本实现全自动化，而且生产环境友好。本文就标准银锭熔铸工艺技术发展进行了探讨。

2 银锭熔铸传统工艺技术

2.1 传统工艺技术概述

2.1.1 中频炉熔铸工艺技术

中频炉熔铸机通常分为熔炉浇铸系统、移动小车、定量浇铸系统、承料托盘、模具装置、火焰保温装置、风冷装置、铸件输送装置、自动输送机、酸洗槽、水洗槽、工作平台、托盘回送机构、电控系统、气控系统等。生产工作流程：加料至熔炉→熔炉加温至熔点→去氧（将草绳、木碳放入熔炉）→熔炉移动至浇点位置→乙炔熏模→熔炉旋转→连续倒熔液浇铸→熔炉旋转回位→熔炉移动至起点位置→喷头点火保温→模具冷却→承料托盘盖住模具→气缸压紧承料托盘→模具翻转→气缸放下承料托盘→吊架移动至酸槽→酸洗→吊架移动至水槽→水洗→吊架移动至工作平台→银锭表面清理→银锭打码→银锭包装→承料托盘放回吊架→吊架退回输送位置。

2.1.2 电炉熔铸工艺技术

电炉银锭熔铸机是将装在定量容器中的达到质量要求的银粉，加入电炉内的石墨坩埚里采用硅碳棒加热熔化，再浇铸成15kg或30kg标准银锭的设备。主要由电炉、可升降倾转浇铸台、浇铸装置行走台车、可倾转移动模车、倾转装置、模车、液压站、银粉加料装置、装卸料装置、电动机械手、电源盘及控制柜和酸洗设备组成。

2.2 传统工艺技术分析

中频炉熔铸和电炉熔铸两种银锭熔铸传统工艺均主要采用人工浇铸。首先通过感应加热、电热辐射等设备将银粉熔化，再通过火枪保温将熔融银（呈液体状）倒入金属模具内（如图1），待冷却后取出产品，然后酸洗、修整、打码、称重、入库［3］。

传统熔铸工艺不足之处：

（1）浇铸出的银锭产品均会出现砂眼、气孔及表面不平整有水波纹等现象，银锭外观合格率低；

（2）生产过程中去氧、保温工序会产生烟尘，银锭修整作业阶段环境恶劣；

（3）整个过程采用人工操作，操作人员需要近距离与设备、物料接触，劳动强度大；

（4）在熔化白银的时候有大量的热辐射产生；

（5）15kg规格的银锭需做切头处理，切头返炉量高，影响生产效率。

图1 电炉银锭熔铸机设备图

3 银锭熔铸先进工艺技术分析

3.1 先进工艺技术概述

3.1.1 无火焰隧道式熔铸工艺

无火焰隧道式熔铸工艺，从加热到冷却，整个过程都在隧道内完成，隧道内充满了具有保护作用的惰性气体（氮气），银不会与氧气接触。石墨模具盛装银粉的过程也在隧道内的无氧环境下(隧道内充满氮气，并非真空状态)进行［4］。

工艺流程如图2。以合格银粉为原料，用中频炉熔化，经熔化使银粉粒化成φ3～8mm的银粒。然后经自动送料装置送入干燥机离心甩干、热风吹干，再自动送入全自动浇铸线。干燥机传送过来的银粒，装在配料振动仓中并缓慢地落入预称重的中转料仓。当银粒被称重至预称重值时［5］，就释放至可循环推动的石墨模具内。每个盛有银粒的石墨模具组成一组，由机械推进器从一侧推入无焰隧道感应炉内，银粒在氮气的保护下熔化、冷却、凝固，模具行进至另一侧时，模具内的银粒形成银锭。由穿梭带将盛有银锭的石墨模具推至具备装载及卸载功能的传送带上。模具在传送带上传送至第一个工作站时，盖子被打开，机械手从流水线上抓取模具中的铸锭进行清洗抛光。在沿着模具推进过程的方向上，用压缩空气喷气去除模具内附有的沉淀物。清洁好的模具进入下一阶段称重系统银粒装载步骤。经过清洗抛光的银锭，进入外观图像识别系统进行外观图像识别。外观识别合格的银锭放置到台秤上称重。称重合格的银锭自动搬运到打标打码装置的上料工装中。上料工装进入打码。打码完成的银锭自动码垛到木托盘放置。入库待售［6］。

图2 无火焰隧道式银锭熔铸工艺流程

目前该装备工艺技术在英国、德国、日本、加纳等全球27个国家有超过200套正在应用。2014年开始，该工艺技术在国内企业陆续应用，并已实现15kg与30kg银锭熔铸通用生产线的全流程国产化、自动化，工艺示意图如图3。

图3 无火焰隧道式银锭生产线示意图

3.1.2 无火焰腔体式熔铸工艺

该工艺的流程与无火焰隧道式熔铸工艺基本一致，区别在于熔铸设备设计采用左右两个中频感应加热熔铸室。在惰性气体保护下，无火焰腔体式熔铸工艺分别由两个石墨铸锭模具交替进行物料的熔融及凝固，并在温度降至700℃左右即进行银锭脱模，高温状态的模具进入下一轮的生产，脱模后的银锭直接经冷却水完全降温后输出。工艺示意图如图4。

图4 无火焰腔体式银锭生产线示意图

3.2 先进工艺技术分析

3.2.1 无火焰隧道式熔铸工艺分析

（1）建立特定方向的温度梯度，使熔融银沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向凝固，即采用定向凝固技术，产品表面光滑，无需抛光打磨。

（2）在惰性气体保护下一次成型，银锭产品无砂眼、气孔及表面不平整等现象［6］。

（3）采用密封的惰性气体保护熔炼，成型全过程在密封和保护状态下进行，环境友好。

（4）采用熔融炉密封加工，在内部温度达到1450℃时，外表温度保持在35℃左右，热辐射可忽略不计。

（5）整个过程采用自动化、智能化操作，员工劳动强度低，操作过程安全可靠。

3.2.2 无火焰腔体式熔铸工艺分析

无火焰腔体式熔铸工艺设备构造紧凑，总体占用空间较小，长度仅5m左右（无火焰隧道式银锭生产线长度为15m）。自动化程度好，操作环境友好，产品外观质量较好。由于脱模温度较高，模具的热量得到重复利用，极大程度地降低了热损耗及能耗，同时，模具的损耗减少，使用寿命延长。

4 结论

综合比较，中频炉熔铸、电炉熔铸、无火焰隧道式熔铸和无火焰腔体式熔铸四种银锭熔铸工艺，装备、技术水平呈现出不断更新提升的趋势。前两种熔铸技术，设备能耗相对低，但成品合格率低，受切头返炉、打磨等因素影响，生产总体成本没有太大优势，且劳动强度大、作业环境差，整个生产过程人为因素干扰严重，质量不可控，无法杜绝银锭表面出现冷纹、缩坑、气孔等现象。2013年LBMA修改交割规则，自2014年起，接受用聚合式感应系统和石墨模具生产的交割银锭。传统银锭熔铸工艺生产出的注册银锭，外观未经精细处理，难以满足交易要求。与传统银锭熔铸工艺相比较，无火焰隧道式熔铸和无火焰腔体式熔铸工艺技术遥遥领先，银锭外观质量有质的飞跃。

无火焰隧道式熔铸已在全球应用10年，现已成为全球银锭熔铸主流工艺技术，国内同行企业大多以该技术为标杆进行改造升级。但是，该工艺设备占地面积较大，石墨模具使用寿命短，功率大，能耗高。

近年，新发展出的无火焰腔体式熔铸工艺技术，创新性地解决了无火焰隧道式熔铸的工艺存在的问题。该工艺技术装备能同时满足15kg和30kg两种规格银锭生产，作业环境无尘且能耗更低，具有低碳、绿色的特点。所以，随着国家“十四五”规划的出台，前三种装备工艺技术的不足之处越发凸显，无火焰腔体式熔铸银锭工艺技术将成为标准银锭熔铸的主要发展方向。