王紅彬

(云南錫業(yè)股份有限公司， 云南 紅河 661000)

粗焊錫采用新型真空爐分離Sn、Pb的生產(chǎn)實(shí)踐

王紅彬

(云南錫業(yè)股份有限公司， 云南 紅河 661000)

探索了粗焊錫采用新型真空爐分離Sn、Pb過(guò)程中原料品級(jí)和功率對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響；結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐分析了新型真空爐常見的故障，提出了解決和預(yù)防措施。

新型真空爐； 粗焊錫； 分離SnPb； 故障分析； 預(yù)防措施

0 前言

云錫公司真空爐投產(chǎn)于上世紀(jì)80年代，多年未做大的改進(jìn)，電氣設(shè)備陳舊，電損耗嚴(yán)重，自動(dòng)化控制水平和能耗指標(biāo)均落后于國(guó)內(nèi)外同行。并且其工藝水平難以達(dá)到錫鉛分離后真空錫的質(zhì)量要求，制約了真空分離工藝在錫火法精煉系統(tǒng)中的應(yīng)用。

隨著錫資源的消耗，錫原料結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，錫精煉過(guò)程中所產(chǎn)出的中間產(chǎn)品粗焊錫的量大幅增加。為了減少中間品存量，不斷提高產(chǎn)能，降低能耗，提高各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)，云錫公司開展了采用新型真空爐處理粗焊錫，分離Sn、Pb的生產(chǎn)試驗(yàn)。

1 工藝原理

任意一種二元合金，可以用分離系數(shù)β值判斷

能否實(shí)現(xiàn)真空分離。β>1時(shí)，元素1在氣相富集；β<1時(shí)，元素1在液相富集；當(dāng)β=1時(shí)，蒸餾出的氣相和凝聚相成分相同，元素不能分離。對(duì)于二元組分(1、2)的體系：

(1)

表1為1 000 ℃以下Sn-i系富錫端的γi和βi值[1]，表中數(shù)據(jù)表明，β>1的元素有鉛、鉍、砷，在真空蒸餾過(guò)程中將富集于氣相；β<1的元素有鐵、銅，將富集于液相中?？刂七m當(dāng)?shù)臏囟群驼婵斩龋湍苁勾趾稿a中鉛、鉍、砷等元素以氣態(tài)揮發(fā)，而鐵、銅則由于沸點(diǎn)高于錫留在錫液中，因此采用新型真空爐分離錫鉛理論上可行。

表1 1 000 ℃以下Sn-i系富錫端的γi和βi

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，粗焊錫中的錫和所含的雜質(zhì)具有不同的沸點(diǎn)?？刂茰囟鹊陀阱a沸點(diǎn)同時(shí)高于鉛沸點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)錫、鉛分離。表2為各元素在不同真空度時(shí)的沸點(diǎn)。

從表2可以看出，體系真空度越好，元素的沸點(diǎn)越低，越利于揮發(fā)。為改善揮發(fā)條件，可以依據(jù)各元素在不同真空度下沸點(diǎn)的不同，采用真空蒸餾法，降低體系壓力，使各雜質(zhì)元素的沸點(diǎn)降低。在較低溫度下，體系中的鉛、鉍、砷等雜質(zhì)元素的蒸氣壓高于該溫度下其飽和蒸氣壓從而揮發(fā)。

表2 各元素在不同真空度時(shí)的沸點(diǎn)

2 生產(chǎn)試驗(yàn)

2.1 條件控制

(1)原料錫品位控制見表3。

表3 原料錫品位控制 %

(2)功率控制：1#185 kW，2#190 kW

(3)真空度：<10 Pa

(3)日處理量：20 t

(5)產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)：真空錫Sn>90%；真空鉛Sn<0.5%

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 原料錫品位的影響

在同一功率下處理不同品級(jí)的粗焊錫原料，考察錫品位對(duì)指標(biāo)的影響，功率為185 kW時(shí)的指標(biāo)如表4所示。

表4 功率為185 kW時(shí)處理不同品級(jí)粗焊錫的指標(biāo) %

從表4可以看出，隨著原料錫品位的升高，脫鉛率明顯升高，真空錫含錫呈上升趨勢(shì)，真空鉛含錫變化不大，均滿足產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)。

2.2.2 功率的影響

功率控制在185 kW和190 kW時(shí)，處理品位為66%～67%粗焊錫的指標(biāo)見表5。

表5 功率為185 kW、190 kW時(shí)處理品位為66%～67%粗焊錫的指標(biāo)

表5可見：對(duì)于錫品位為66%～67%的粗焊錫，功率升高，脫鉛率升高，真空錫含錫升高，真空鉛含錫能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

3 新型真空爐與老式真空爐指標(biāo)比較

進(jìn)行了近3個(gè)月的試生產(chǎn)，新舊真空爐處理粗焊錫的指標(biāo)對(duì)比見表6。

表6 老式真空爐與新型真空爐指標(biāo)對(duì)比

從表6可以看出：新型真空爐在脫鉛率、日均處理量、電單耗等關(guān)鍵指標(biāo)上均優(yōu)于老式真空爐。在產(chǎn)品質(zhì)量方面，新型真空爐所產(chǎn)真空錫含錫、真空鉛含錫均滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

4 新型真空爐常見故障分析及預(yù)防處理措施

生產(chǎn)中，由于各種故障引起停爐，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。停爐的主要原因是爐內(nèi)壓力高和三相電流/電壓不平衡。

4.1 爐內(nèi)壓力高

爐內(nèi)壓力高，會(huì)造成不進(jìn)料，發(fā)熱體氧化等損傷，直接導(dǎo)致停爐。造成真空度差的主要原因有：出錫管法蘭通漏、密封皮漏氣、爐底硅膠套燒損、進(jìn)料管穿孔、熱電偶燒損漏氣、出錫管燒通。

(1)出錫管法蘭通漏

造成出錫管法蘭通漏或出現(xiàn)裂縫的原因主要有：①冷卻水量過(guò)小，造成出錫管堵塞真空錫溢出到爐底，真空錫不斷積聚，造成三相短路打弧，更嚴(yán)重的是在法蘭處腐蝕，造成法蘭通漏；②真空錫夾渣堵塞出錫管，使真空錫溢出到爐底；③進(jìn)料量過(guò)大，從蒸發(fā)盤上溢出到爐底法蘭處，造成法蘭裂縫；④進(jìn)料前錫管液封區(qū)域積錫，進(jìn)料時(shí)仍未熔化，粗焊錫快速灌滿錫管而溢出到爐底，導(dǎo)致法蘭腐蝕。

處理辦法及預(yù)防措施：①密切關(guān)注錫液流速和流量，當(dāng)出現(xiàn)不進(jìn)料或進(jìn)料小時(shí)，及時(shí)調(diào)小出錫管冷卻水，避免進(jìn)入出錫管的真空錫急速冷凝造成堵塞；②進(jìn)料鍋內(nèi)渣大部分浮在表面，在每次投大錠時(shí)預(yù)先將大鍋內(nèi)渣撈出，以免大錠將浮渣壓進(jìn)料液進(jìn)入焊管和爐內(nèi)，造成管道堵塞；③在法蘭處添加石墨套、云母片或涂抹一層隔熱涂層，使溢出的錫液不與法蘭直接接觸，即使溢出液量較大也有足夠時(shí)間處理，不會(huì)快速燒通法蘭；④在進(jìn)料之前，先將水套處用氧槍烘烤，確保該處積錫在進(jìn)料前熔化。

(2)密封皮漏氣

造成密封皮漏氣的原因主要是：①長(zhǎng)久使用，密封皮勞損；②爐底無(wú)冷卻水造成爐底溫度過(guò)高，燒損密封皮。因此，正常停爐時(shí)要檢查密封皮，同時(shí)密切關(guān)注爐底冷卻水情況。

(3)爐底硅膠套燒損

硅膠套燒損會(huì)直接導(dǎo)致漏氣，影響真空度。造成硅膠套燒損的原因包括：①長(zhǎng)久使用，硅膠套腐蝕；②爐底冷卻水沒(méi)有或較少，造成爐底溫度高燒損硅膠套。因此，正常停爐時(shí)檢查硅膠套，同時(shí)密切關(guān)注爐底冷卻水情況。

(4)進(jìn)料管穿孔

進(jìn)料管材料為鋼質(zhì)，并有多處焊接，壁較薄，長(zhǎng)時(shí)間高溫狀態(tài)下進(jìn)料管外部氧化，內(nèi)部腐蝕，容易穿孔。因此在保持材質(zhì)不變的情況下，應(yīng)增大進(jìn)料管的壁厚，盡量用彎管，少焊接。

(5)熱電偶燒損漏氣

一部分熱電偶通過(guò)焊接在管道外表面進(jìn)行測(cè)溫，蒸發(fā)盤和冷凝罩的熱電偶要通過(guò)爐殼插入爐內(nèi)，燒壞后導(dǎo)致漏氣。

(6)出錫管燒通

錫管燒通部位主要集中在液封區(qū)域，包括水套處及水套與錫管的銜接處。造成出錫管燒通的原因：一是頻繁地調(diào)節(jié)水套中的水，使水套處錫管驟熱驟冷，腐蝕較快；二是錫管長(zhǎng)時(shí)間在高溫狀態(tài)下，受到內(nèi)部物料侵蝕，以及外部氧化所致。

因此，操作時(shí)，一是要注意錫管顏色，結(jié)合電腦監(jiān)測(cè)，不頻繁調(diào)節(jié)冷卻水；二是錫管內(nèi)隔熱材料填充飽滿。

4.2 三相電流/電壓不平衡

造成三相電流不平衡的原因主要有：電柱腳燒損，墊片燒損，電極柱和電柱腳不平整，爐底積料。

(1)電柱腳燒損

電柱腳由于加工不精確或長(zhǎng)時(shí)間使用后易出現(xiàn)燒損。拆裝爐時(shí)仔細(xì)檢查，對(duì)于因加工不精確而存在的縫隙處滿料填充石墨粉，同時(shí)要輕拿輕放。

(2)墊片燒損

墊片長(zhǎng)時(shí)間在高溫下使用，自身軟化和含錫物料腐蝕導(dǎo)致斷裂?？梢酝ㄟ^(guò)定期檢查和減少含錫物料與墊片接觸延長(zhǎng)墊片壽命。

(3)發(fā)熱體和電柱腳安裝不平整

在安裝過(guò)程中，若三相電柱腳和電極柱不在同一水平面，會(huì)出現(xiàn)三相電流不平衡。因此在安裝時(shí)必須通過(guò)水平儀精密測(cè)量，確保三相電極柱和電柱腳在同一水平面。

(4)爐底積料

熔化鍋投料過(guò)程中的液面變化，以及進(jìn)料開關(guān)的影響，導(dǎo)致流量波動(dòng)，當(dāng)流量過(guò)大時(shí)造成液料在蒸發(fā)盤內(nèi)溢出匯流于爐底。因此，在操作中要密切注意流量變化情況，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

鉛蒸氣從最外層的四段冷凝罩接口處出來(lái)后冷凝匯流于爐底。每次裝爐對(duì)冷凝罩進(jìn)行全面檢查，在拆爐、裝爐過(guò)程中輕拿輕放，不磕碰冷凝罩邊緣，在冷凝罩等部件放置處平鋪泡沫板或紙板。

錫、鉛管冷卻水量大或保溫管損壞會(huì)造成溫度低而出現(xiàn)錫、鉛管堵塞。因此，操作時(shí)要根據(jù)流量大小及時(shí)調(diào)整冷卻水量；修理人員定期檢查保溫管，及時(shí)更換。

5 結(jié)語(yǔ)

新型真空爐自動(dòng)化水平、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率明顯優(yōu)于老式真空爐，目前對(duì)新型真空爐處理不同品級(jí)粗焊錫的最佳工藝條件尚未全面研究，接下來(lái)可以進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，不斷完善新型真空爐的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

[1] 彭容秋.錫冶金[M].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社,2005:130.

[2] 黃位森.錫[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2002:614.

Production practice of Sn-Pb separation by new-type vacuum furnace for coarse solder

WANG Hong-bin

The paper explores the influence of raw matercal grade and power in the furnace during Sn-Pb separation by the new-type vacuum furnace upon techno-economic indexes, analyzes common failure of the new-type vacuum furnace with reference to production practice as well as proposes solution and preventive measures.

new-type vacuum furnace; coarse solder; Sn-Pb separation; failure analysis; preventive measure

王紅彬(1981—)，男，湖北鐘祥人， 碩士， 從事錫真空冶煉技術(shù)管理及開發(fā)工作。

2015-12-10

TF814

B

1672-6103(2017)03-0014-03