摘要 本文概述了各种坩埚的使用性能,在新型坩埚方面着重介绍了石墨—碳化硅坩埚,并对影响其寿命的生产工艺因素进行了分析。
关键词 坩埚　寿命
1　前言
坩埚炉是目前在熔炼铸造活塞铝合金中,使用最广泛的一种熔炉。即使在大批量的生产中,坩埚炉用作合金的精炼、保温与浇铸,无论对铝合金液的温度控制、精炼净化程度,还是操作使用来讲,都是最方便的,也是最广泛的。在坩埚炉所使用的各种材料的坩埚中,使用最为普遍的是石墨坩埚和铸件铁坩埚。但随着技术的进步发展,各种新型坩埚不断出现,给我们的生产提供了便利,以下根据我们的使用情况对各种坩埚进行分析对比,并重点以石墨-碳化硅坩埚进行较为详细的介绍。
2　常用坩埚的优缺点
1　铸铁坩埚
导热性好,升温快,能耗低,但易增铁,需勤刷涂料(一般24小时一次)。现在诸多单位,包括我公司,研制一次性涂料,使用过程中,不必再刷涂料,减轻了工人的劳动强度,改善了工作环境,且避免了每次刷坩埚时升温、降温而造成的能源浪费,但其使用时间不长,连续使用,一般在15天左右。
2　石墨坩埚
其最大的优点为不增铁,但导热性比铸铁坩埚差,特别是随着使用时间的增长,石墨老化,导热性更差。一般10天后,导热性变差,甚至不升温,使用时间一般不会超过两周。为不影响使用,往往提高炉膛温度,造成能耗大,同时电热元件及炉子内衬易损坏,增加了生产成本。
3　新型坩埚的试验与应用
为了达到既不增铁,又导热性好,降低能耗,并提高使用寿命的目的。以适应大批量生产的需要,我们对坩埚进行多种方案的改进和试用,取得了较好的效果,其中较成功的是:
1　耐热铸钢坩埚
外皮为耐热铸钢,内衬一层碳化硅为主的防蚀涂料。该坩埚抗高温氧化性好,内衬碳化硅涂层较薄、光滑,传热好,寿命长,使用效果较好。但耐热铸钢贵金属的含量高,成本较高。
2　石墨—碳化硅坩埚
含碳化硅石墨坩埚导热性好,不氧化、不老化,因此使用寿命长,特别是随着碳化硅含量的增加,其抗氧化性更好,寿命更长。国外应用较多,目前国内生产的较少。我们与有关坩埚厂家联系,用新材料按我们的尺寸和结构形式进行了坩埚制造,取得了很好的效果。
碳化硅导热性好,坩埚不氧化,不老化,在炉膛温度比使用铸铁坩埚降低90度左右的情况下,熔化速度提高了近1/3,提高效率30%。而用电量增加甚微,可节电20%以上。坩埚寿命长,通过使用均在2个月以上,寿命为现坩埚的4～5倍。虽其单价与铸铁坩埚相比增加一倍,但总成本,坩埚一项可节约一半。同时避免了频繁更换坩埚,减轻了工人劳动强度,减少了电热元件及炉衬的损坏。
4　石墨-碳化硅坩埚成分分析及延长寿命的工艺方法
1　石墨-碳化硅坩埚成分对寿命的影响


   (2)成分对寿命影响的分析
1#组分,碳化硅含量为3%,导热率和密度不够,氧化速度快,造成导热率低和寿命低。6#组分,碳化硅含量为60%,由于粘土量少,造成坩埚成型后强度低。碳化硅含量在18%～40%的坩埚可确保坩埚的寿命提高50%,这类坩埚的材料密度高、强度高,在保证足够高导热率条件下,氧化率相对降低。最佳组分3#、4#,该组分可保证材料高密度条件下孔隙度小,从而使强度提高50%,试样氧化度降低,石墨含量相对提高,为提高坩埚寿命减少材料氧化减少石墨含量是完全必要的,石墨最佳含量为25%～35%。
2　制作工艺对寿命的影响。
根据不同操作可分以上几类:
(1)手工操作　全部用手工捣制,用手工刮制而成。
(2)采用简单机械　用气动工具捣制,简单机械刮制而成。
(3)高压成型　采用大吨位压力机成型。
现采用纯手工操作已不多见,采用(2)方法较多,其寿命、效率与前述介绍相一致。采用(3)方法较为先进,通过采用高的压力,并适当调整材料比例,寿命可达到4～6个月,炉膛温度可进一步降低20～30℃。但国内很少使用。
5　结论
石墨-碳化硅坩埚导热性好,不老化、不氧化,寿命长,是活塞铝合金保温炉使用的理想选择。