煉鋁鍋爐，熔鋁坩堝，專業化鋁坩堝_大城縣津大坩堝廠

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熔鋁坩堝的選用及處理

１　前言

　　鋁和鋁合金熔煉爐按加熱方式分為火焰爐、電阻爐和感應爐[1].按使用型式可分為反射爐、豎爐和坩堝爐三種，其中坩堝爐應用比較廣泛，因為它設備簡單，投資少，操作技術容易掌握，很適合中小型企業的使用。

　　坩堝爐分為焦炭坩堝爐，燃油和燃氣坩堝爐。坩堝爐中坩堝的選用直接影響鋁合金熔體的質量及生產率。因此，本文著重介紹坩堝的選用原則和處理方法。

　　2　坩堝的分類和要求

　　2.1坩堝的分類

　　熔煉鋁合金常用的坩堝有鑄鐵坩堝（常用RTSi -5.5、RQTSi-5.5牌號的耐熱鑄制造）、鋼制坩堝（鑄鋼坩堝和鋼板焊制的坩堝）、石墨坩堝（２０～６０％石墨和耐火粘土、耐火熟料等材料制成）、耐火粘土坩堝、不銹鋼坩堝（2Cr25Ni20Si12）以及SiC坩堝（由SiC、金屬硅、焦油或瀝清等原料靜壓成形）。

　　2.2 坩堝材料要求

　　坩堝材料要求應滿足下列要求：

　　 耐火度高；

　　 有足夠的強度；

　　 與所熔金屬不起化學反應；

　　 有良好的導熱性；

　　 高溫下化學穩定性好；

　　 膨脹係數小；能承受溫度急劇變化而不致至變形和破裂；

　　 致密性好。

　　３坩堝的選用

　　熔煉鋁合金常用電阻坩堝爐，所用的坩堝為鑄鐵坩堝，也可用鑄鋼及鋼板焊制的坩堝和石墨坩堝。SiC坩堝雖然價格較貴，但是使用壽命長，因此近年來其應用也越來越廣泛。

　　在鋁合金中鐵是有害雜質，通常來自爐料、坩堝及熔煉工具，它熔於鋁熔體中，影響了熔體質量。在熔煉過程中，鐵質坩堝及工具中的鐵元素會不斷溶入鋁熔體中、污染鋁熔體。因此，坩堝的選用及處理十分重要。

　　3.1坩堝的選用原則

　　 熔煉普通鋁合金，可選用經過處理的鐵質坩堝及工具。

　　 熔煉高強鋁合金或熔點較高的鋁合金，則選用石墨質坩堝和工具。

　　 當熔煉爐料量不太大，坩堝不需吊起澆注時，常選用石墨坩堝。

　　3.2坩堝的選用實例

　　3.2.1熔煉鋁一硅類合金

　　鐵對A1-Si類合金危害很大。因鐵在A1-Si係合金中通常形成粗大針狀的硬脆β相化合物（A19Fe2Si2）,它能穿過α（Al）晶粒，地削弱了基體強度，損害了合金的機械性能（尤其是塑性）。此外，β相化合物的電極電位高，與α相間的電位差大，易發生電化學腐蝕，因而鐵的溶入也降低了合金的耐蝕性。因此熔煉Ａl-Si類合金時好選用石墨質坩堝或SiC坩堝。

　　3.2.2 熔煉鋁－銅類合金

　　這類合金對鐵特別敏感。且合金的熔點較高，故好不用鐵質坩堝而用石墨坩堝。

　　3.2.3　熔煉鋁－鎂類合金

　　硅、鐵對這類合金的機械性能影響較大，如用石墨質坩堝或粘土坩堝時，其中的SiＯ２與合金液將會發生下列反應：

３SiＯ２＋４Ａl３Ｓi+2Al2O3 (1)
SiＯ２+2Mg→Si+2MgO (2)

　　反應中得到硅元素隨後進入熔液，大大提高了合金液中的硅含量，而這類合金中的硅含量上限為0.3%，故熔煉Ａl-Mg類合金只能採用鑄鐵或鑄鋼坩堝。但坩堝在使用前經過必要的處理。

　　3.2.4　熔煉鋁－鋅類合金

　　對這類合金進行熔煉，可用經過處理的鐵質坩堝，也可用石墨坩堝，視工藝要求而定。

　　４　鐵質坩堝的處理

　　處理鐵質坩堝的目的有兩個：其一是防止鐵溶入鋁熔體中，污染鋁熔體；其二是提高鐵質坩堝的使用壽命。

　　在鋁合金熔煉生產中，對鐵質坩堝和工具進行處理的主要方法有噴刷涂料法、滲鋁法和襯碳法，其中前兩種方法應用廣。

　　4.1　噴刷涂料法

　　4.1.1　涂料的工作原理

　　生產中使用的涂料一般由填充劑（白堊粉、滑石粉、氧化鋁等）、粘結劑（水玻璃、硅溶膠等)、調合劑（水）組成。對工件進行涂覆就是將填充劑和粘結劑混合後，均勻地涂在工件表面，這種涂層致密，在加熱時填充劑發生分解得到的硬殼層都能使涂層起到保護工件的目的。例如當用白堊粉作填充劑時，白堊粉在高溫時發生分解反應：

CaCO3 --加熱--------→CaO+CO2 ↑
〉500℃
MgCO3 --加熱--------→ MgO+CO2 ↑
〉300℃

　　反應產物ＣaO和MgO致密地粘在工具表面，起到了良好的保護作用。

　　4.1.2 常用涂料的組成和配比

　　４.1.3　噴涂方法

　　在生產中鑄造漏鬥和鐵質坩堝常採用簡易噴槍進行噴涂，對其它工具則進行刷涂。

　　 坩堝的噴涂：將內壁清潔的坩堝預熱到150-250℃，噴涂1.5-2毫米厚的涂料，然後加熱至暗紅色，即可使用。

　　 工具的刷涂：將表面清潔的工具預熱到150-250℃，刷覆涂料，厚度0.3-0.5毫米為宜，然後在300-550℃充分幹燥，即可使用。

　　4.1.4 噴涂注意事項

　　坩堝和工具在噴刷涂料時應注意下列幾點：

　　 涂覆前，先將坩堝及工具上的鐵銹，鋁渣及舊涂料用刮刀、鐵刷或砂紙清除幹凈，若工作量較大時，可用噴砂方法進行。

　　 將清理過的坩堝和工具預熱到150-250℃，因溫度過高，涂層不均勻；溫度過低，則涂料不易幹，會產生流痕，涂不均勻。

　　預熱後，要迅速均勻地涂覆，在噴涂漏鬥時，對於較大的平面部分，噴射距離可稍遠些，約半米左右，進行垂直噴涂；對於孔洞或彎曲面，噴射距離可縮短些。

　　 涂層表面要光滑，厚度要均勻，因涂料太厚，涂層在使用過程中易剝落。

　　涂覆完畢後的坩堝和工具要重新預熱，預熱溫度根據涂料成分而定，溫度選定的原則是填充劑反應完全，形成致密的包覆層，通常在300-550℃之間。預熱速度不要太快，加熱時間不要太長，否則涂料會剝落。

　　 連續生產時，若發現涂料剝落，應在熔次或鑄次間的間歇時間裏及時清理剝落部位，並予以補涂。

表１　常用涂料的組成和配比

編號成分和配比，% 用途
滑石粉白堊粉氧化鋅二氧化鈦水玻璃石墨粉耐火粘土石英砂（200目）氧化鎂氯化鋅硼酸硼砂蘇打水
1234567891011121314151617 2220~301539 232524．522．825 3225~3024．5 25-35 33333-555550523．22．552．5 25-3025 3027．8 6516．8 50570/140 2510 35 35 27．8 757465餘量餘量70餘量適量適量餘量適量27．84974餘量餘量餘量工具坩堝工具漏鬥坩堝和工具坩堝和工具坩堝和工具坩堝坩堝坩堝和工具工具和澆包坩堝坩堝工具坩堝坩堝坩堝

　　注：配制方法：１粉料顆料均勻；２首先往60-80℃水中緩慢加入水玻璃並攪拌均勻，然後加入混合好的粉料充分攪拌；３　使用前，應再次仔細攪拌，用噴槍噴涂時好將涂料過濾；４、　現用現配。

　　４.2 滲鋁法

　　鋁可溶於鋼中，與鐵形成固溶體，增加制品的高溫抗氧化性，使其能在工作溫度800-900℃下正常工作而不致氧化。所以滲鋁法主要用於提高碳鋼的高溫耐氧化性。

　　鐵質坩堝的滲鋁處理，主要是為了提高其使用壽命。其方法如下：

　　先對坩堝表面進行噴砂處理，除去銹蝕、油污等，預熱坩堝至150-200℃，然後將其平穩地壓入溫度為840-860℃的鋁熔體重（Ｆe含量6-8%）中，保溫45-65分鐘，隨後空冷，再往滲鋁層表面涂上一層厚度為0.5-1.0毫米的涂料（涂料成為成：石墨粉50%，石英粉30%，耐火粘土20%，用水玻璃調成糊狀），涂刷後自然幹燥24小時，而後放在爐內加熱至1000℃，保溫５小時，隨爐冷卻至600℃以下，即可使用。

　　4.3　襯碳法

　　近幾年國內一些單位對延長熔鋁坩堝的使用壽命進行了大量的研究工作。其中比較成功的一種方法是對鐵質坩堝內表面進行襯碳處理。

　　此方法要點是在鐵質坩堝內表面噴涂以石墨為主的粘性涂料，烘幹後，再噴涂一層，隨後烘幹或自然幹燥，如此反復噴涂幾次，使坩堝內表面形成一層較厚的襯碳層。用該法處理後的坩堝熔煉普通鋁合金，使用壽命可提高2-3倍。