坩堝熔煉的特點(diǎn)與高效操作 

1 坩堝熔煉的優(yōu)點(diǎn) 

  16世紀(jì)中葉，陶瓷業(yè)者及煉金術(shù)士利用粘土制造重慶坩堝，開始使用時(shí)先以慢火預(yù)熱使水氣蒸發(fā)，然后以猛火加熱坩堝至金屬熔化所需的溫度。至18世紀(jì)末期，開始生產(chǎn)石墨質(zhì)重慶坩堝廠家，但因成形技術(shù)落后，故與現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)相比，壽命仍嫌太短。1820年，美國(guó)的JOSEPH開發(fā)了一種重慶坩堝價(jià)格，采用天然石墨和耐火粘土，因石墨導(dǎo)熱性好且化學(xué)性能穩(wěn)定，耐火力強(qiáng)，故坩堝壽命大大提高。從早期耐高溫石墨坩堝逐步發(fā)展到超級(jí)超強(qiáng)坩堝，直到當(dāng)今的高級(jí)碳化硅/石墨坩堝，人類走過了一段漫長(zhǎng)的歷史過程。與此同時(shí)，隨著耐熱耐蝕鑄鐵材質(zhì)的進(jìn)步和表面涂層防止?jié)B鐵技術(shù)的發(fā)展，合金鑄鐵坩堝亦在近幾十年獲得廣泛的應(yīng)用。特別是有色金屬熔煉領(lǐng)域，采用石墨或鑄鐵坩堝的熔爐占有很大的比例。這主要得益于坩堝熔煉的一系列優(yōu)點(diǎn)。  

(1) 燒損少 

  因被熔化的金屬與火焰隔離，且從重慶坩堝選購(gòu)底部加熱，充分利用了熱對(duì)流作用，有利于爐料成分和溫度的均勻，避免局部高溫，使貴重合金元素的氧化燒損及高溫?fù)]發(fā)減少。一般坩堝爐的金屬燒損僅為1%～2%，而無坩堝爐高達(dá)5%～25%。  

(2) 冶金質(zhì)量高 

  由于坩堝使火焰及燃燒產(chǎn)物與金屬隔離，大大減少了氧化性氣體對(duì)金屬液的侵入。此外，便于對(duì)重慶坩堝廠家內(nèi)的全部金屬液進(jìn)行凈化處理，保證冶金質(zhì)量的穩(wěn)定。  

(3) 生產(chǎn)組織靈活 

  在生產(chǎn)不同種類和牌號(hào)的合金時(shí)，只需更換坩堝，不會(huì)象無坩堝爐那樣，有金屬液可能被污染之憂。此外，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模，可選用一個(gè)或多個(gè)可傾斜式坩堝爐作為集中熔解和分湯，再用數(shù)個(gè)坩堝可提出式保溫爐置于鑄機(jī)旁；也可不采用集中熔化而在每一臺(tái)鑄機(jī)旁配一個(gè)可提出式坩堝熔解兼保溫爐。當(dāng)某個(gè)熔爐出現(xiàn)故障或需維修時(shí)，不會(huì)對(duì)全局產(chǎn)生較大影響。即使增加幾臺(tái)備用爐，其投資的增加也較小。而且，當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大時(shí)，熔爐添置的應(yīng)對(duì)方案及實(shí)施也比較靈活。   

(4) 成本低，占地省 

  與相同熔化能力的無坩堝爐相比，投資成本低，且占空間小，移動(dòng)方便。 

(5) 安裝調(diào)試簡(jiǎn)便 

  可直接放在地面上，接通能源即可開始作業(yè)。  

(6) 保養(yǎng)費(fèi)用低，停工時(shí)間短 

  因爐襯不接觸金屬液，不易腐蝕，故爐襯壽命長(zhǎng)。坩堝更換簡(jiǎn)便，對(duì)作業(yè)影響小。 

2 現(xiàn)代坩堝熔爐的主要類型 

  一般坩堝爐所用熱源為燃油、燃?xì)饧半娏ΑＶ饕愋陀幸韵聨追N。 

  (1) 可提出式坩堝爐 

  一般容量較小，坩堝可自爐內(nèi)取出，將金屬液直接倒入型內(nèi)。不同合金可用不同的坩堝，同一熔爐也可用不同大小的坩堝，因此，有很大的彈性。 

  (2) 汲出式坩堝爐   

  對(duì)鋁合金而言，一般容量50～500 kg，主要用于壓鑄和重力鑄造。每次用勺子自坩堝內(nèi)取出液體送入鑄模，具有自動(dòng)點(diǎn)火(指燃油)，自動(dòng)溫控等功能，故生產(chǎn)成本較手工控制減少30%。電熱坩堝爐主要用于保溫，其熔解能力有限，往往因設(shè)計(jì)上的缺點(diǎn)使電熱體過早失效，導(dǎo)致輸入動(dòng)力損失近三分之一，而且更換電熱體頻繁，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，影響生產(chǎn)。  

 (3) 傾倒式坩堝爐

  一般容量(鋁)200～1 600 kg，用于單一合金生產(chǎn)且出湯量較大時(shí)。金屬自熔爐傾倒進(jìn)包內(nèi)，然后倒入保溫爐或鑄模中。未改良的爐體傾倒機(jī)構(gòu)是繞中央支軸旋轉(zhuǎn)，缺點(diǎn)是出水口位置不能定點(diǎn)出料。后來開發(fā)了一種邊緣支點(diǎn)式傾斜爐，其最新設(shè)計(jì)是裝有兩個(gè)油壓缸，可嚴(yán)格控制傾倒的流量和保證液流的平穩(wěn)。若爐體損壞時(shí)，可吊起更換一備用爐體，30 min即可恢復(fù)作業(yè)。 

 相對(duì)于傳統(tǒng)的窄而高的坩堝，目前又發(fā)展了矮而闊的盆型坩堝，便于加入大型金屬?gòu)U料。表面上看，盆型的受熱面積較小，金屬表露面積較大，熱損失較大。其實(shí)，它有利于坩堝上緣部分金屬的預(yù)熱，使熔解速度比老式爐提高30%左右。此外，老式爐為了防止上下溫差過大導(dǎo)致坩堝損壞，一般用人工操作的低壓燃燒器緩慢加熱至設(shè)定的溫度，而用盆型坩堝因上下溫差小，采用控制盒自動(dòng)控制式燃燒器，無須先緩慢加熱，減少預(yù)熱時(shí)間，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉燃燒機(jī)，既防止過熱又節(jié)省燃油。 

 (4) 沉浸式坩堝爐

  是最新式爐。采用一般爐之逆向設(shè)計(jì)，將燃燒器火焰直接噴入坩堝內(nèi)，而金屬置于坩堝外壁和耐火爐襯之間。選用特殊強(qiáng)力短火焰燃燒機(jī)可保證火力充滿坩堝，其排放的燃?xì)獗灰鲱A(yù)熱爐料。滿負(fù)荷時(shí)熱效率高達(dá)40%，燒損率僅1%～2%，綜合效益遠(yuǎn)高于一般開放式火焰爐或保溫爐。目前有4種標(biāo)準(zhǔn)，可用于熔化、保溫及大容量爐，熔化率為300～1 000 kg/h。該爐結(jié)構(gòu)緊湊，與鑄機(jī)匹配協(xié)調(diào)方便。由于熱源在爐中心部，故工作環(huán)境溫度較低，坩堝伸入金屬液底部，使金屬整體受熱均勻，坩堝熱疲勞程度輕，壽命延長(zhǎng)。該爐可用機(jī)械加料而無坩堝損壞之虞。