Контроль вторичного цинка и слитков цинковых сплавов

Контроль вторичного цинка и слитков цинковых сплавов: Объекты, Методы и Оборудование

Введение
Качество цинка и его сплавов является критически важным фактором для широкого спектра отраслей промышленности, включая литейное производство, гальванику, изготовление химических источников тока и производство полуфабрикатов. Особое значение имеет надежный контроль качества вторичного цинка (получаемого из переработанного лома и отходов) и готовых слитков цинковых сплавов, предназначенных для дальнейшего использования. Такой контроль обеспечивает соответствие материалов техническим требованиям, стабильность технологических процессов и качество конечной продукции. В данной статье рассматриваются ключевые аспекты контроля этих материалов.

1. Объекты испытаний

Объектами контроля качества являются:

1. Вторичный цинк:
   • Кусковой цинк: Лом и отходы цинка различного происхождения (гальванические аноды, литники, обрезки, вышедшие из строя детали), предназначенные для переплавки.
   • Гранулированный цинк: Цинковый лом, измельченный до определенной фракции для удобства переработки.
   • Цинковая дробь: Продукт переработки цинкосодержащих отходов, часто используемая в гальванических процессах.
   • Неформованный вторичный цинк: Расплавленный цинк после очистки от примесей перед разливкой в слитки или непосредственным использованием.
2. Слитки цинковых сплавов:
   • Чушковые слитки (чушки): Стандартные отливки прямоугольной или трапециевидной формы массой от нескольких килограммов до тонны и более, предназначенные для поставки потребителям или хранения.
   • Слитки для разлива под давлением (ИПД): Специализированные слитки определенной массы и формы, оптимизированные для загрузки в машины литья под давлением.
   • Слитки цинковых сплавов для прокатки/экструзии: Слитки (обычно большего размера), предназначенные для дальнейшей обработки давлением (прокатка в лист, экструзия в пруток или профиль).

2. Область испытаний

Контроль качества вторичного цинка и слитков сплавов охватывает следующие этапы и цели:

1. Входной контроль лома и сырья: Оценка качества поступающего цинкосодержащего лома перед переплавкой.
2. Контроль процесса рафинирования: Проверка эффективности удаления примесей (железо, свинец, кадмий, олово, медь, алюминий и др.) из расплава вторичного цинка.
3. Приемосдаточный контроль слитков: Комплексная оценка качества готовых слитков цинка или сплава перед их отгрузкой потребителю.
4. Контроль соответствия спецификациям: Подтверждение того, что химический состав и свойства материала соответствуют требованиям нормативной документации (ГОСТ, ТУ, ASTM, EN, спецификации заказчика).
5. Исследование причин брака: Анализ качества материала при возникновении проблем в последующих технологических процессах (литье, прокатка, гальваника) для выявления коренных причин.

3. Методы испытаний

Для контроля качества применяются следующие основные группы методов:

1. Химический анализ:

   • Оптико-эмиссионная спектрометрия (ОЭС): Основной метод для быстрого и точного определения широкого спектра элементов (Pb, Cd, Fe, Cu, Sn, Al и др.) как в твердых образцах (напиленные пластины, стружка), так и в расплаве (специальные пробоотборники).
   • Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА): Бесконтактный метод для экспресс-анализа состава поверхности твердых образцов (слитков, лома), особенно полезен для входного контроля лома и сортировки. Требует калибровки и подготовки поверхности.
   • Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС): Высокочувствительный лабораторный метод для определения низких концентраций отдельных элементов, часто используемый как арбитражный или при аттестации стандартных образцов.
   • Классические химические методы (титриметрия, гравиметрия): Применяются реже, в основном для определения основных компонентов (цинка) или отдельных элементов в специфических случаях, часто как арбитражные.

2. Испытания на механические свойства:

   • Испытания на растяжение: Проводятся на специально отлитых образцах (например, по ГОСТ 1497 или аналогичным международным стандартам) для определения предела прочности (σв), предела текучести (σ0.2) и относительного удлинения (δ). Критично для сплавов, используемых в конструкционных элементах.
   • Измерение твердости: Методы Бринелля (HB) или Роквелла (HRB) используются для быстрой косвенной оценки прочности слитков и однородности свойств по сечению.

3. Металлографические исследования:

   • Макроструктурный анализ: Изучение макрошлифов (травленых или нет) для выявления грубых дефектов литья (усадочные раковины, пористость, ликвация, неметаллические включения), оценки структуры и однородности слитка.
   • Микроструктурный анализ: Исследование микрошлифов под оптическим или электронным микроскопом для определения типа и размера зерна, фазового состава, наличия и распределения интерметаллидных включений, дисперсных частиц и т.д.

4. Визуальный и измерительный контроль:

   • Визуальный осмотр: Проверка поверхности слитков и лома на наличие загрязнений, окислов, неметаллических включений, трещин, раковин, наплывов, отклонений геометрической формы.
   • Измерение геометрических параметров: Контроль габаритных размеров, массы слитков, их формы.
   • Испытания на сплавление: Практическая проверка однородности расплава слитка (наличие "неплавяшек") путем его повторной плавки.

4. Испытательное оборудование

Для реализации перечисленных методов испытаний используется специализированное оборудование:

1. Для химического анализа:

   • Оптико-эмиссионные спектрометры: Стационарные лабораторные приборы высокого класса точности; мобильные/переносные спектрометры для контроля на месте.
   • Рентгенофлуоресцентные спектрометры: Стационарные лабораторные РФА-анализаторы; портативные/ручные пистолеты для экспресс-анализа на складах лома или цехах.
   • Атомно-абсорбционные спектрометры: Лабораторные приборы, часто с пламенными или электротермическими (графитовыми печами) атомизаторами.
   • Лабораторное оборудование для классического анализа: Муфельные печи, аналитические весы, титровальные установки, фильтрационные системы.

2. Для механических испытаний:

   • Универсальные испытательные машины: Электромеханические или гидравлические машины для статических испытаний на растяжение, сжатие, изгиб. Оснащены прецизионными силоизмерителями и экстензометрами.
   • Твердомеры: Приборы Бринелля (стационарные, переносные) или Роквелла со штативами и эталонными инденторами и нагрузками.
   • Образцовые меры массы: Для взвешивания слитков.

3. Для металлографии:

   • Режущие и шлифовальные/полировальные станки: Для подготовки образцов (вырезка, заливка в кондуктор, шлифовка, полировка).
   • Травильные установки: Ванны для химического или электролитического травления образцов.
   • Металлографические микроскопы: Оптические микроскопы (прямые, инвертированные) с различными увеличениями, фотокамерами или цифровыми системами анализа изображений. Возможно использование электронных микроскопов (СЭМ, РЭМ) для детального анализа.
   • Макроскопы: Для изучения макрошлифов.

4. Для визуального и измерительного контроля:

   • Измерительный инструмент: Штангенинструменты (штангенциркуль, штангенрейсмас), микрометры, рулетки, поверочные плиты, шаблоны.
   • Весы промышленные: Электронные весы большой грузоподъемности для взвешивания слитков и партий лома.
   • Осветительное оборудование: Лампы дневного света, переносные прожекторы для осмотра.
   • Пробоотборники: Ковши, ложки, вакуумные или пневматические пробоотборники для отбора проб из расплава.

Заключение
Система контроля качества вторичного цинка и слитков цинковых сплавов, основанная на строгом регламенте испытаний с использованием современных методов и оборудования, является неотъемлемой частью технологического процесса. Комплексный подход, охватывающий химический состав, механические свойства, структуру и внешний вид, гарантирует стабильность качества продукции, соответствие требованиям потребителей и эффективность ее дальнейшего использования в различных отраслях промышленности. Постоянное совершенствование методов анализа и внедрение более точного и быстрого оборудования способствуют повышению уровня контроля и надежности цинковой продукции.