坩埚熔炼的特点与高效操作

坩埚熔炼的特点与高效操作 

1 坩埚熔炼的优点 

  16世纪中叶，陶瓷业者及炼金术士利用粘土制造重庆坩埚，开始使用时先以慢火预热使水气蒸发，然后以猛火加热坩埚至金属熔化所需的温度。至18世纪末期，开始生产石墨质重庆坩埚厂家，但因成形技术落后，故与现代标准相比，寿命仍嫌太短。1820年，美国的JOSEPH开发了一种重庆坩埚价格，采用天然石墨和耐火粘土，因石墨导热性好且化学性能稳定，耐火力强，故坩埚寿命大大提高。从早期耐高温石墨坩埚逐步发展到超级超强坩埚，直到当今的高级碳化硅/石墨坩埚，人类走过了一段漫长的历史过程。与此同时，随着耐热耐蚀铸铁材质的进步和表面涂层防止渗铁技术的发展，合金铸铁坩埚亦在近几十年获得广泛的应用。特别是有色金属熔炼领域，采用石墨或铸铁坩埚的熔炉占有很大的比例。这主要得益于坩埚熔炼的一系列优点。  

(1) 烧损少 

  因被熔化的金属与火焰隔离，且从重庆坩埚选购底部加热，充分利用了热对流作用，有利于炉料成分和温度的均匀，避免局部高温，使贵重合金元素的氧化烧损及高温挥发减少。一般坩埚炉的金属烧损仅为1%～2%，而无坩埚炉高达5%～25%。  

(2) 冶金质量高 

  由于坩埚使火焰及燃烧产物与金属隔离，大大减少了氧化性气体对金属液的侵入。此外，便于对重庆坩埚厂家内的全部金属液进行净化处理，保证冶金质量的稳定。  

(3) 生产组织灵活 

  在生产不同种类和牌号的合金时，只需更换坩埚，不会象无坩埚炉那样，有金属液可能被污染之忧。此外，根据生产规模，可选用一个或多个可倾斜式坩埚炉作为集中熔解和分汤，再用数个坩埚可提出式保温炉置于铸机旁；也可不采用集中熔化而在每一台铸机旁配一个可提出式坩埚熔解兼保温炉。当某个熔炉出现故障或需维修时，不会对全局产生较大影响。即使增加几台备用炉，其投资的增加也较小。而且，当生产规模不断扩大时，熔炉添置的应对方案及实施也比较灵活。   

(4) 成本低，占地省 

  与相同熔化能力的无坩埚炉相比，投资成本低，且占空间小，移动方便。 

(5) 安装调试简便 

  可直接放在地面上，接通能源即可开始作业。  

(6) 保养费用低，停工时间短 

  因炉衬不接触金属液，不易腐蚀，故炉衬寿命长。坩埚更换简便，对作业影响小。 

2 现代坩埚熔炉的主要类型 

  一般坩埚炉所用热源为燃油、燃气及电力。主要类型有以下几种。 

  (1) 可提出式坩埚炉 

  一般容量较小，坩埚可自炉内取出，将金属液直接倒入型内。不同合金可用不同的坩埚，同一熔炉也可用不同大小的坩埚，因此，有很大的弹性。 

  (2) 汲出式坩埚炉   

  对铝合金而言，一般容量50～500 kg，主要用于压铸和重力铸造。每次用勺子自坩埚内取出液体送入铸模，具有自动点火(指燃油)，自动温控等功能，故生产成本较手工控制减少30%。电热坩埚炉主要用于保温，其熔解能力有限，往往因设计上的缺点使电热体过早失效，导致输入动力损失近三分之一，而且更换电热体频繁，费时费工，影响生产。  

 (3) 倾倒式坩埚炉

  一般容量(铝)200～1 600 kg，用于单一合金生产且出汤量较大时。金属自熔炉倾倒进包内，然后倒入保温炉或铸模中。未改良的炉体倾倒机构是绕中央支轴旋转，缺点是出水口位置不能定点出料。后来开发了一种边缘支点式倾斜炉，其最新设计是装有两个油压缸，可严格控制倾倒的流量和保证液流的平稳。若炉体损坏时，可吊起更换一备用炉体，30 min即可恢复作业。 

 相对于传统的窄而高的坩埚，目前又发展了矮而阔的盆型坩埚，便于加入大型金属废料。表面上看，盆型的受热面积较小，金属表露面积较大，热损失较大。其实，它有利于坩埚上缘部分金属的预热，使熔解速度比老式炉提高30%左右。此外，老式炉为了防止上下温差过大导致坩埚损坏，一般用人工操作的低压燃烧器缓慢加热至设定的温度，而用盆型坩埚因上下温差小，采用控制盒自动控制式燃烧器，无须先缓慢加热，减少预热时间，当达到设定温度时，可自动关闭燃烧机，既防止过热又节省燃油。 

 (4) 沉浸式坩埚炉

  是最新式炉。采用一般炉之逆向设计，将燃烧器火焰直接喷入坩埚内，而金属置于坩埚外壁和耐火炉衬之间。选用特殊强力短火焰燃烧机可保证火力充满坩埚，其排放的燃气被引出预热炉料。满负荷时热效率高达40%，烧损率仅1%～2%，综合效益远高于一般开放式火焰炉或保温炉。目前有4种标准，可用于熔化、保温及大容量炉，熔化率为300～1 000 kg/h。该炉结构紧凑，与铸机匹配协调方便。由于热源在炉中心部，故工作环境温度较低，坩埚伸入金属液底部，使金属整体受热均匀，坩埚热疲劳程度轻，寿命延长。该炉可用机械加料而无坩埚损坏之虞。