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（NH₄Cl）搅拌，扒出浮渣，锌液铸成锌锭。氯化铵的作用在于与浮渣中的氧化锌发生如下反应。

2NH₄Cl+ZnO=ZnCl₂+2NH₄Cl+H₂O

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新鲜表面而聚合成锌液。

熔锌所用的设备有反射炉及电炉两种。无论采用哪种设备都要产生浮渣，这是因为从炉门进入炉内的空气燃烧产生废气CO₂以及阴极锌片带入少量的水分，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。当采用感应电炉熔铸时，由于不用燃料，炉内锌的氧化少，因而浮渣的产出率比采用反射炉熔铸时要低，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、操作条件易于控制，国内外已逐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5—16中。在国内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5—16阴极锌熔铸低频感应电炉与反射炉的技术经济指标比较

5.5.2低频感应电炉熔铸

阴极锌的电炉熔铸可采用电阻炉、电弧炉和感应电炉。国内外采用电炉熔铸的工厂大多数采用低（工）频感应电炉。低频感应电炉具有热效率高、电效率高、金属烧损少、炉温易控制、化学成分易掌握、炉温均一、劳动条件好等一系列优点，但筑炉工艺复杂、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，且采用了单向流动的不等截面熔沟、高温预烧结成型熔沟、可拆卸活动熔沟等筑炉新工艺，使感应电炉的寿命大大提高，炉子的容量已有20世纪50年代的300kg提高到现在的40～60t。

5.5.2.1低频感应电炉工作原理和结构形式

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行铸锭。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5—10　20t低频感应电炉结构图

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

低频感应电炉结构如图5—10所示。炉子熔池的两边及后方共安装有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若干倍的感应电流（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，引起锌液的剧烈运动，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若干倍（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体结构和感应器装配结构两种，由炉体、电气设备、冷却系统三部分组成。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）部分捣制炉衬，熔池以上和熔化室与浇铸室间隔墙部分采用普通黏土砖砌筑。炉子熔池两边及后方安装3～6个电炉变压器。其技术性能列于表5—17。

表5—17 低频电炉技术性能实例

5.5.2.2低频感应电炉熔铸实践

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。

（1）开炉

熔锌电炉开炉有固体开炉和液体开炉两种形式，前者准备工作简单，但可靠性差；后者开炉准备工作复杂，但开炉可靠。

开炉前的准备工作：（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）烘炉前应将炉子打扫干净；（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减少变压器与炉膛的温度差；（5）烘炉前除加料口外，应做好炉门的密封工作，以防散热过多。

烘炉和开炉：新筑电炉自然干燥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。当锌环开始熔化时立即将过热锌液倾入炉内并转入高功率电压级，随温度升高，逐步加入阴极锌片，将炉子熔池灌满，开炉即告结束。

开炉注意事项：根据国外电炉生产经验，升温速度为1.5℃/h至2℃/h为好，我国电炉生产实践表明，升温速度可为5～10℃/h。升温要平缓、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，容易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注意锌环的升温。当熔沟接近419.58℃时，若发现电流表上的指针频繁摆动，应立即将过热锌液倾入炉内，并相对提高功率电压级送电。视温度变化情况逐步加入小批量阴极锌片，直到装满炉膛为止。电压继续上升，此时即可转入低能力生产。

（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{zh0}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，还应特别注意防止铁工具、铝片或阴极导电片等掉入炉内，避免污染锌液。为使锌渣分离，减少浮渣量，进料时，要将少量氯化铵间断地加人炉内。在搅拌扒渣之前，还要加入适量氯化铵，做到边搅边加，使黄红色的松散浮渣浮在熔池表面。

一般每隔2h进行一次搅拌扒渣。扒渣时，要求动作轻且慢，扒到炉门处，使浮渣稍停一下，以减少锌液随同浮渣带出。每次扒渣时，要留有l～2cm厚的渣层，保护锌液不被氧化。扒出的浮渣送去进行浮渣处理。锌液浇铸时不要溅洒在模外。当锌液浇满铸模时，应立即用木耙迅速扒去表面的氧化层（俗称“扒皮”）。扒皮动作要快而稳，一次扒净，并尽量减少锌锭上的飞边毛刺，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，首先将炉内温度尽可能提高，新炉可维持1h，旧炉可维持40min。当恢复送电时，应先由较低电压逐渐提高，防止二次线圈电路切断或熔沟崩裂。 若停电时间较长，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“反应炉熔铸”中介绍。

5.5.2.3电炉熔铸的技术指标

表5—18   阴极锌电炉熔铸技术指标

5—18列出了几家工厂阴极锌电炉熔铸技术指标。

5.5.3反应炉熔铸

5.5.3.1熔锌反射炉的结构和操作

图5—17　6m²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，使炉膛空间保持炽热炉气。阴极锌从炉顶加料斗加入炉内，被炽热炉气、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，既可减少锌的氧化，也可保证熔池表面的浮渣不进人前室。

熔锌反射炉的容量根据生产规模的大小不同，波动很大，小的约10t左右，大的可达200t左右。图5—17为6m²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。

为了减少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方便程度定。

熔锌反射炉的燃料，可用固体（煤）或液体（重油）燃料，也可用发生炉煤气或天然气，当使用固体燃料时，炉子必须有燃烧室；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辅助操作。

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。而采用电炉熔铸时，可以克服熔锌反射炉的这些缺点，国内外已逐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5—14。在生产过程中，要提高锌锭品级率，除在熔铸工序进行合理配料外，净化、电解工序严格工艺操作，提供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重影响阴极锌的质量，从而影响锌锭品级率。

    锌锭产品要求表面光洁，没有飞边、毛刺、冷隔、夹渣、熔洞等缺陷。物理质量的控制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。锭模型腔的形状、尺寸和结构不仅决定铸锭的形状、尺寸，也决定铸锭的质量。由于液态金属在模内的凝固不xx是自下而上依次进行的，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表面的冲击引起铸模老化，从而影响铸锭表面光洁，甚至出现严重“麻点”，锭模上下径不当也会造成严重飞边、毛刺。因而对锭模的结构要合理选择，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、避免金属的二次氧化和产生气孔，改善铸锭表面质量，使用过程中锭模表面应经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，铸锭在运动中出现飞边、毛刺和缩孔；温度过低容易产生冷隔和夹渣。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，铸锭两面产生波纹；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）锭机运行。锭机运行不平稳也会造成表面波纹和飞边毛刺。

    根据2000年世界炼锌厂调查统计，锌块的重量分别如下：

5.5.4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％。浮渣产出率的高低，除受进炉原料影响外，主要决定于搅拌、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，因此必须进行处理使之分离。国内各工厂一般先将大块锌粒分出直接回炉熔化，余下进行湿法或干法处理。

5.5.4.1湿法处理

国内各厂大都采用湿法处理浮渣。其过程一般是先手选或筛分出金属粗块，随后将浮渣加入球磨机内注水湿磨，球磨后的矿浆采用摇床进行重力分选，使金属颗粒与湿渣分离，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，清液一部分返回球磨机，一部分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许多孔，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xx向低端移动。浮渣的大块在球磨机内被破碎，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，焙烧时使烟气含氯升高，影响制酸过程的正常进行。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降至0.4％～0.5％。