【石墨坩埚】材质种类以及生产工艺

 煅烧石油焦因其高碳含量、低硫和低杂质，在现代制造业中起着尤为重要的作用，特别是在铝和钢铁工业中。

【石墨坩埚】材质种类以及生产工艺

石墨坩埚的材质种类

石墨坩埚主要用于金属材料的熔炼，可分为天然石墨和人造石墨两种。天然石墨质以天然鳞片石墨为主要原料，加入粘土等耐火材料原料，一般称为粘土石墨坩埚，以沥青为粘结剂的为碳粘结剂坩埚。仅由粘土的烧结力制成的坩埚称为标志粘土粘合剂坩埚，前者具有优良的强度和抗热冲击性能。用于钢铁、铜、铜合金等有色金属的熔炼。它的大小各不相同，熔化能力从250g到500kg不等。这种坩埚包括撇渣勺、炉盖、连接环、坩埚支架、搅拌袋和其他附件。天然石墨坩埚通常含有50%左右的粘土矿物，人工石墨坩埚的杂质(灰分)小于1%，用于精制高纯金属和经过特殊净化后的高纯石墨汁(灰分<20 ppm)。人造石墨坩埚通常用于熔化少量贵金属和高纯度金属或高熔点金属和氧化物。它还可用作钢铁中气体分析的坩埚。

石墨坩埚的材质大体可分为：1、人造石墨。人造石墨坩埚是以石墨电极素材加工而成。2、石墨-粘土材质 (clay bonded)。石墨-粘土材质坩埚，是以天然鳞片石墨 (crystal graphite)和粘土 (clay)为主要成分。现在仅在铸铁、铸钢高温熔解和贵金属等少量熔解时使用。3、石墨-炭化硅材质 (carbon bonede)。

石墨-炭化硅材质坩埚，是以天然鳞片石墨和炭化硅 (silicon-carbide) 为主要成分。在铜合金和铝合金等有色金属熔解的大部分都使用该材质的坩埚。在1955年日本坩埚株式会社初次在日本开发、生产了石墨-炭化硅材质坩埚，该材质坩埚、与石墨-粘土材质比较，因具有优良的耐久性，逐渐被其代替。现在石墨-炭化硅材质坩埚的需求量已占整体的97%左右。

石墨坩埚的特性

石墨坩埚在原材料、制造等方面都采取了尽可能的手段，来满足在残酷条件下的使用。主要特性列举如下：(1)高热传导性：因使用了热传导性较高的石墨等原材料，缩短了熔解时间；(2)耐热冲击性：耐热冲击性能强，对于急冷急热，不易破裂；(3)高耐热性：耐火度高，可耐 1200～1600℃高温；(4）抗浸蚀性：对抗熔汤的侵蚀性强；（5）抗机械性冲击：具有一定的抗机械性冲击的强度（熔材的投入时等）；（6）抗氧*化性：石墨在氧化气雾中的高温时容易氧化，因进行了防止氧化处 理，氧化消耗较少；（7）抗粘连性：因为石墨有不易与熔汤粘连的特性，熔汤的浸透和附粘少；（8）金属污染相当少：因为没有混入污染熔汤的不纯物，金属污染极少；（9）耐集渣剂（除渣剂）影响：有良好的耐集渣剂（除渣剂）影响性能。

石墨坩埚形状

形状根据用途，大致可分为：1、标准型：外口径与高度之比约为 0.7～0.8比1。2、长型：比标准型更为细长型，外口径与高度的比例约为0.6～0.7比1。3、碗型：外口径比较大，口径与高度的比例约为1：1。4、带嘴型：与长型坩埚接上出汤槽的形状接近。5、电炉型：圆筒形而且比较细长，外口径与高度的比例约为0.6：1。

石墨坩埚生产工艺

石墨坩埚的制造工艺可分为手塑成型、旋塑成型和压塑成型三种。坩埚质量的优劣与工艺成型方法有重要关系。成型方法决定坩埚坯体的结构、密度、气孔率和机械强度。手塑成型用于特殊用途的异型坩埚，不能用旋塑和压塑成型方法的情况下。有些特殊异型坩埚，可采用旋塑与手塑相结合的方法成型。旋塑成型是以旋罐机带动塑模运转，利用内刀挤塑泥料完成坩埚塑型。压塑成型是应用油压、水压或气压等压力设备为动能，以钢模为塑具进行坩埚成型。它与旋塑成型法相比，具有工艺简单、生产周期短、成品率与效率高、劳动强度低、成型水分少、坩埚收缩率和气孔率低、产品质量和密度高等优点。石墨坩埚生产工艺流程具体如下：（1）石墨坩埚的主要原材料是石墨粉，里面还参杂着其他的材料，好多厂家都想做这个产品，只是不懂材料里面的配方，所以不敢轻易投资，材料配比合理了，才能生产出来合格的坩埚产品；（2）坩埚的配方需要保温双轴拌桶把所有的材料按配比全部搅拌在一起；（3）材料搅拌好以后需要用糊料什量斗，计量好一个坩埚需要多少材料压成；（3）计量号的材料需要一套输送装置把材料输送到机器里面，输送装置要根据用户现场条件进行布置；（4）材料输送到模具里面等待压制，模具设计成双工位全自动模式，可自由设定排气次数，1、2号工位轮流工作，压制效率高，脱模采用多级液压系统，脱模流畅，保证坩埚密度；（5）压制坩埚核心的机器就是坩埚成型液压机，根据产品大小定制不同型号的液压机，目前常用的就是1500吨2000吨2500吨坩埚成型液压机；（6）坩埚压制完毕脱模出来晾干再进炉子烧制，一个完整的坩埚产品就做好了。

石墨坩埚特点

国产石墨坩埚的生产技术水平已经达到或超过进口坩埚，优质的国产石墨坩埚具有以下特点：

1，石墨坩埚高的密度使得坩埚具备了良好的导热性能，其导热效能显然优于其他进口坩埚；

2、石墨坩埚外表有特制的釉层和致密的成型材料，大大提高了产品的耐腐蚀性能，延长其使用周期；

3、石墨坩埚中的石墨成分全部采用天然石墨，导热性相当好。

石墨坩埚加热后不可立刻将其置于冷的金属桌面上，以避免它因急剧冷却而破裂。

石墨坩埚预热和保养

石墨坩埚应注意防潮。石墨坩埚怕受潮，受潮后对质量有很大影响，如果使用受潮的坩埚会出现破裂、爆片、掉帮和掉底等现象，造成熔化金属的损失，以致于发生工伤事故。所以石墨坩埚在仓储保管和使用过程中，必须注意防潮。

储存石墨坩埚的库房要干燥通风，并将温度保持在5℃~25℃之间，相对湿度为50～60%，切不可把坩埚放在砖土或水泥地面上储存，以免受潮。散装的石墨坩埚应放在木架上，以离地面25～30cm为宜；以木箱、柳条筐篓或草袋包装的整装件，货垛下面须垫枕木，离地面不低于20cm，在枕木上铺垫一层油毡更利于隔潮。码放一段时期必须倒垛，把下层的倒在上层，更好是上下层相对地倒。倒垛时间间隔不可过长，一般两个月倒垛一次，如果地面潮气不大，可三个月倒垛一次。总之，勤倒垛才能收到好的防潮效能。

1、200 度时恒温3小时预热；2、700 度时恒温2小时预热；3、900 度时恒温1小时预热；4、停炉使坩埚自然冷却到不见红；5、然后升温到正常熔铝/投料温度并以垂直90度方向投入铝料；6、生产过程中请注意：①铝汤不能过满，过满时溶液易溢出损坏发热体；②铝汤不能过少，坩埚长期处于未接触铝汤的部位会因温差原因导致过早氧化；铝液严重过少时加入铝料，会使铝液急速凝固并重新受热膨胀，易造成坩埚破裂；③正常铝汤容量：从坩埚口部向下算起，与铝液平度距离不超过3cm；7、每次停炉前务必将坩埚内部的铝液铝料清理干净；8、如果停炉时间超过48小时以上（冬天24小时）或坩埚受潮，建议加料前按1-5项重复进行预热；9、为了延长坩埚使用周期和减缓传热衰减性，建议坩埚每使用2个月后按1-5项重复进行一次。

石墨坩埚的用途

使用坩埚，适合多种类少数量的合金熔解。也就是说要想改变合金的种类时，只需要交换石墨坩埚即可。其他的熔解方法像反射炉和非坩埚式感应炉进行熔解时， 适合于单一合金的大量熔解， 如果变换熔解合金种类时，如果不更换内衬的耐火材料，会发生金属污染。

1）铜合金熔解用坩埚对于铜和铜合金来说，重要的是迅速（快速）熔解。因铜在高温中容易氧化，时间拖长，熔汤 被氧化，会造成铸件品质不良原因的发生。当然坩埚炉的燃烧气雾的调整也是重要的，从石墨坩埚 的形状来看，长型的吸热性好，可以缩短熔解时间。但考虑到在从定置陆中用汤匙舀出熔汤作业时， 口部较小，有一定深度的长形也不能说有利。于是，能满足熔解时间、作业性这两方面的标准型坩 埚被广泛的采用。近年来，随着铸造工厂的环境设备不断完善，机械化程度的不断提高，油压可倾式坩埚炉也渐 渐地被采用。特别是在高温熔解和比重较大的铜合金铸造工厂内，可倾式坩埚炉的普及率较高。电炉型坩埚，在高（中）频感应炉、低频感应炉中被使用，在炉内壁与坩埚之间充填干式耐火材料。对于高频感应炉，一般使用 #100～#1500 左右的石墨坩埚较多，对于低频感应炉，使用 #1000以上的大型坩埚。对于铜合金用坩埚，在生产过程中也特别留意在 1100℃～ 1250℃的高温时熔汤的耐蚀性和在炉 内高温雾团中的耐热冲击性。

2）轻金属合金熔解用坩埚在轻金属的熔解中，占有相同高的比例是铝合金压铸及铝合金铸件的熔解，一部分是锌合金的 熔解。对于铝合金的使用坩埚进行熔解时，有投入冷材，一次全部将熔汤使用完的单炉熔解方式，也 有一边舀出熔汤， 在适当的时候补填冷材的熔解兼保温方式、 还有接受在集中熔解炉熔解后的熔汤， 只进行保温等各种方式。单炉熔解和熔解兼保温方式，适用于铝合金铸件。铝合金铸件因讨嫌 H2 的吸收和氧化物的混入，需要使用比较大的汤勺静静地舀出熔汤，因此使用口部较大的标准型坩埚 或碗型坩埚。对于接受熔汤进行保温方式，一般在压铸中比较多见，因使用比较大的给汤勺，所以 使用大型碗状坩埚多。可倾式坩埚炉，一般在集中熔解中使用。此外对于切屑废料的回收熔解，也比较多地使用 #3300 石墨坩埚。以前，压铸用铝合金熔解大部分都使用铸铁锅，因压铸的铸件的80%以上都是有高度品质要求的汽车零配件，所以渐渐地被石墨坩埚所代替。铁成分在铝合金中容易熔解，回炉料经反复熔解使用，铁成分被积累，会给铸件的品质带来影响。因此对金属没有污染的石墨坩埚被广泛的采用。同 时，石墨坩埚的耐久性也有显著提高，适应满足用户的要求，对大型坩埚的开发也得到了进展，从而促进了石墨坩埚市场需要的增大。铝合金因在 700℃～ 750℃比较低的温度进行熔解，也是石墨容易氧化的温度领域，所以特别将 重*点防在抗氧*化性方面进行配料、生产的。同时，也注意到使用含有氟化物等的除渣剂带来的影响。

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