一 铜壳中铅含量及析出量控制的重要性

 

        众所周知，铅对人体及环境危害极大。铅进入人体后，除部分通过粪便、汗液排泄外，其余在数小时后溶入血液中，阻碍血液的合成，导致人体贫血，出现头痛、眩晕、乏力、困倦、便秘和肢体酸痛等；有的口中有金属味，动脉硬化、消化道溃疡和眼底出血等症状也与铅污染有关。小孩铅中毒则出现发育迟缓、食欲不振、行走不便和便秘、失眠；若是小学生，还伴有多动、听觉障碍、注意不集中、智力低下等现象。这是因为铅进入人体后通过血液侵入大脑神经组织，使营养物质和氧气供应不足，造成脑组织损伤所致，严重者可能导致终身残废。特别是儿童处于生长发育阶段，对铅比成年人更敏感，进入体内的铅对神经系统有

 

        很强的亲和力，故对铅的吸收量比成年人高好几倍，受害尤为严重。铅进孕妇体内则会通过胎盘屏障，影响胎儿发育，造成畸形等。

 

        随着我国国民经济的发展和人们生活水平的提高，对身体健康问题越来越重视，对环境及卫生方面的许可和要求将逐渐与国际接轨。我国水表行业采用的铸造铅黄铜，与国际上现探讨的铜合金面临的问题相同，铜件表面的铅会在用水过程中由于水的冲刷、浸泡不断的析出，或与水中的其它物质发生反应流入水中，被人体摄入，影响身体键康。所以我们目前应该重视超标铜合金材料用于水表铜配件上。

 

        二 对材料及析出量监控的现状及政策

 

        1、国内铜合金材料的选用和控制水平

 

        目前我国水表行业针对铜配件所采用的铜合金牌号还是铸造铅黄铜，铅含量按国标要求需控制在0.5%～2.5%范围内，但绝大部份生产供应商会按老标准将铅控制在2%～3%以内，还有很多不法供应商因没有规范的管理程序和控制能力，只图短期效益，会将铅含量无限的放宽而不去控制.而铅在铸造铅黄铜材料中所起的最大作用是大大改善机械加工性能，降低加工成本。同时，由于铅材料成本低，每增加1%的铅可节约好几百元/吨的成本。市场上的产品，发现铅含量有严重超标到4%～5%以上，此类铜牌号材料铅易溶出、析出，极易造成环境及水质污染，严重危害人们身心健康，这对水表行业以及人们的生活环境及卫生条件带来很大的隐患，现已不断地引起国民的重视和市场监控。

 

        2、国家先后出台了为保证饮用水安全以及检验的以下相差标准：

 

        《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)强制性国家标准 ；

 

        《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》。

 

        而两项检验标准就是与我们水表壳体息息相关的，合格与否就看通过此标准来验证。

为此，需要我们这些水表铜壳体制造及供应商严格遵守国家相关法律法规，严格控制产品质量符合标准和要求。

 

        三 江西三川水表股份有限公司控制工艺介绍

 

        江西三川水表股份有限公司座落于铜都江西鹰潭市，自然环境优越，铁路、公路交通便利，信息传递畅通快捷，同时与贵溪江铜产业基地相邻。江铜集团的铜产能已进入世界铜行业前列、国内首位，属中国铜工业的领头羊地位。其是铜行业的采、选、冶、加为一体的特大型联合性企业，拥有强大的资源、技术、人力、品牌优势和支撑。因此也带动了江西鹰潭近年来铜产业的迅速发展，目前江西鹰潭铜产业聚集，截止2010年末共有规模性铜企业105家，其中铜加工企业89家，铜拆解企业16家，全市铜加工能力已达180万吨/年，铜拆解70万吨/年。国家铜及铜产品质量监督检验中心”落户于铜都江西鹰潭，这是目前国内唯一、专门的铜及铜产品“国检中心”。 为我司打造水工产业基地提供了资源、环境、技术的优势。

 

        我公司坚持以“创造永远的绿色”为环保理念，以“提高资源利用、减少环境污染”为目的，充分利用群集化所具有的群体竞争优势和产业聚集发展的规模效益，不断提高铜产业的技术水平。我集团公司旗下的江西三川铜业有限公司于鹰潭市龙岗新区建设新的生产基地，占地面积近60000平方米，其中厂房面积约26000平方米。我司现已形成水表从铜件的原材料冶炼——铜锭、铜棒、铜管——铜件毛坯——铜件机加工——水表组装生产，整条水表生产产业链在公司内部已形成一条龙生产格局。同时为确保水表产品的质量，公司采购引进了较全面的检测设备，以利严格控制产品生产过程质量。

 

        为确保水表铜配件的质量稳定、能源节约及降低消耗，我公司主要从以下几个方面加强控制

 

        1、改进水表铜表壳毛坯生产铸造工艺及机加工切削工艺

 

        外形造型已全部采用自动造型机取代人工造型，解决了因人工操作易造成的错箱问题，很好地确保了毛坯外形的一致性、稳定性，明显提高了产品的外观质量。坭芯采用射芯机生产树脂砂芯，取代人工湿砂制芯技术。由于树脂砂具有较好的流动性、易紧实、脱模时间可调节、硬化后强度高、由于树脂砂芯强度高在其后的搬运及合箱过程中不变形；因树脂砂的刚度高 并在高温时仍有很高的强度，在浇注和凝固过程基本上无形壁位移现象，成型性好、发气量低、热稳定性好、透气性好，可以大大减少铸件的粘砂、夹砂、砂眼、气孔、缩孔、裂纹等铸件缺陷，从而降低废品率，铸件的尺寸精度高、外部轮廓清晰；铸件表面光洁，外观质量好；组织致密，铸件综合品质高，同时由于采用树脂砂芯技术，壳体内表面光滑，内腔容积几乎不变而表面积大大缩小，从而大大减小铅的析出量，更有利于水质环保要求。

 

        2、严格控制铜配件毛坯及铜棒材料的化学成份

 

        水表铜配件的铅黄铜材料，其中的化学成份铅以游离形式存在，并没有与其它金属产生合金，所以无论如何处理也无法完全消除其析出，只是单位面积单位时间析出量的多少而已。一是严格控制总量（四次光谱分析检测其成分含量），二是严格遵守熔炼工艺（如何解决熔炼过程中化学成分搅拌均匀问题） 三是严格遵守执行浇注工艺，提高排渣能力，防止杂渣流入到型腔铜铸件中。控制材质要从源头抓起。理论上要求用铜锭配锌锭、铅锭配比而成，但成本过于昂贵，在生产中根本行不通，通常行业内均为采用废黄杂铜再配以锌锭、铅锭配比而成。市场上废黄杂铜五花八门，进口的，故合金的成分中不可避免地还含有各种杂质成份，如果浇注系统设置不当．在浇注过程中处于表面的熔渣也可能进入铸件。设计铸造工艺时应重点考虑充型的平稳性和浇注系统的除渣功能。为确保材质符合国标要求，我们分别引进2台意大利、德国先进的光谱分析检测设备，对生产各个环节进行材质分析。我公司制订了一套严格的生产控制流程。

 

        （1）收购的原材料（黄杂铜）进行进厂检测，公司设有专门的300公斤试验用熔炼炉，材料进厂后随机划分10-20个区域进行取样熔炼，熔炼后取样送光谱分析仪进行材料成份检测分析并对材料进行分级管理。

 

        （2）按照分级后原材料及配比要求放入其他等级的材料一起放入生产熔炼炉进行熔炼，熔炼后第二次取样送光谱分析仪进行材料成份检测分析，如成份达到要求时则流转到保温炉内，如材质不达标应重新根据要求进行调配，调配熔炼后再进行送光谱分析仪进行材料成份检测分析，直到材料成份完全符合要求为止。

 

        （3）进行试产并将产品取样进行产品首检，并送光谱分析仪进行材料成份检测确认，确认合格后方可批量生产。

 

        （4）每炉生产的产品必须进行首检和1/2炉时产品送送光谱分析仪检测。

我们每炉产品经过严格把关，每炉产品最少都经过四次光谱分析仪材料成份分析，充分确保我公司铜产品符合国家标准、水表行业标准及用户（国外客户）的特定要求。

 

        4、水表铜罩、管接头、连接螺母生产技术革新及工艺改进  

 

        目前行业内水表铜罩、管接头、连接螺母毛坯的生产方式还是古老的砂型翻砂铸造，由于水表铜罩、管接头、连接螺母采用铸造铅黄铜材料生产，材料中含有铅，砂型翻砂铸造时被合金中的铅污染后的废砂如不经处理将对环境造成很大的污染，废砂处理是一个很大的问题。我公司现所有的水表铜罩、管接头、连接螺母均采用金属模热挤压成型（红冲）工艺，与传统的砂型翻砂铸造工艺的产品相比，它不但具有外形轮廓清晰，壁厚均匀，重量稳定，表面光洁度高，金相组织致密，不渗漏，单位时间和面积内铅析出量少等诸多优点；同时产品力学性能好、精度高，尺寸更容易控制，由于金属模热挤压成型精度高，可大大减少毛坯加工余量，提高材料利用率，节约能源，降低生产成本。同时有效地改善了铸造生产劳动环境和强度。       

 

        四、防止铅析出量的工艺探讨

 

        水表配件铜合金材料中的铅含量、铅析出量超标问题，需要我们水表行业持续探讨去如何控制和改善。

 

        我司在铜配件的生产上对铜合金的材料化学成份，特别是铅含量的严格控制上前面我已详细叙述各种方法，并确保水表铜配件材料的中铅按国标要求生产控制，并保留每批产品的材质的化验记录。同时在工艺及技术革新上我司投入了较大的资源去改进提升，主要的目标是提高了产品毛坯表面的外观光洁度，降低了铜合金材料铅的表面析出量。因为原老工艺生产铜件的表面常会有凹凸不平整，加大了铜件的表面积，会加大铅在铜件表面的析出量。

 

        但做到以上是不能保证铅析出符合前述的两个标准。为此，我司正在做的和计划做的有以下几种方案。

 

        1内外表面喷塑处理：喷塑是一种经济现实的方法之一，用环保健康材料,可以有效防止铅等对人体有害的物质析出。但关键是对塑层材料的把握，别出现新的污染，由于此方法在其它表上有借鉴，在此不详述。我公司自2003年开始出口到欧洲的铜表壳壳体就是采用此类工工艺满足其对铅析出控制要求的。

 

        2、水表所用的低铅铜合金材料的开发研制

 

        随着铅污染问题的是益突出，目前很多科技人员寻找一种合适的能够替代铸造铅黄铜的材料——无铅铜，既能既能彻底剔除铅，又能保证优良的切削性能和机械性能，又能达到环保要求。我公司已同江西冶金学院合作，研究各种稀土替代铅改善无铅铜机加工切削性能的课题，目前取得一些进展，但离实用还是有许多差距，如切削性能，成本等。

 

        3研究铅黄铜的零件表面的除铅处理工艺，采用特殊的化学元素配制成除铅溶液，通过化学反应使零件表面的铅组分溶解，达到清洁减少表面的铅含量的目的，让铜合金零件表面的铅含量达到对人体无害的标准要求。就像各种金属表面钝化处理一样，如果能把表面铅固定住，或者将表面铅先析出来，这样在实际检测时就能保证符合相差检测标准要求。

 

        我公司虽然铜用量大，但不可否认的是，我们在铅析出控制工艺及方法上相当欠缺，希望通过此次交流，我们能学到许多东西。

 

        衷心祝愿各位来会同行在此开心，不到之处谨请谅解！

 

（江西三川水表股份有限公司 宋财华）