石墨坩埚相关知识

(一)石墨坩埚的材质种类 石墨坩埚的材质大体可分为人造石墨、石墨-粘土材质(clay bonded)和石墨-炭化硅材质(carbon bonede)。人造石墨坩埚是以石墨电极素材加工而成。

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。 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， 日本坩埚株式会社首次在日本开发、 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。 (二)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）金属污染非常少：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。 (三)石墨坩埚形状及容量 在日本，1950 年公布的日本工业规格（JIS）中定义了有关坩埚的形状、容量。这是对粘土-石 墨坩埚的 JIS 规定，对于石墨-炭化硅材质的坩埚，也是参照该规定进行制造生产的。 有关容量，用 JIS 中所规定的『番』（#）来表示，定义 1 番（1#）相当于熔解 1KG 黄铜的容 量。由此可推算#300 的石墨坩埚熔铜约为 300KG。按铝合金的比重差换算，同等石墨坩埚熔铝约为 100KG。 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。容量有#8～#4500。

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。容量上有#15～#620。 3、碗型：外口径比较大，口径与高度的比例约为 1：1。容量有#250～#5200。最大的可一次熔 解铝合金约 1.5 吨。

4、带嘴型：与长型坩埚接上出汤槽的形状接近。容量有#50～#1800。 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。容量有#60～#5000。 (四)石墨坩埚的用途 使用坩埚，最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。 以下讲述占大多数使用石墨坩埚的铜合金和铝合金熔解用坩埚。 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。 （五）石墨坩埚的使用方法 每一只石墨坩埚都是贯穿着人魂之精神生产制造出来的，应该持有爱心得到正确使用。由于使 用方法的不同，有寿命长的，也有短的，也可以说石墨坩埚是具有生命的。 1）坩埚的正确定位方法

2）熔解材料的投入方法 材料应像图所示的一样，在坩埚内纵向排列装入。铝锭歪斜与坩埚侧壁接触，因热膨胀，坩埚 有发生被挤破裂的可能性。

熔汤在舀出后，请注意不应留残汤。被凝固的残汤在下次的熔解时由于急速热膨胀是造成坩埚

破裂的原因。

对于坩埚内的燃烧，一定要注意炉内设计及调整燃烧器使其在坩台和坩埚下方进行完全燃烧。 如图所示，按①～④的顺序材质变红是理想的。加热时，应注意不要在过氧化状态中进行，尽可能 在短时间内进行急速升温。

还有，除渣剂给石墨坩埚带来不良影响，也有必要应注意使用量不易过多。 （六）坩埚炉的种类及特征

坩埚炉的种类及特性详见下表：
金属 区分 铸铁 熔解· 保温区分 熔解 熔解 熔解 熔解 熔解 熔解 熔解 熔解 保温 熔解 保温 保温 设备费用 定置 ◎ ○ × ◎ ◎ ○ × ◎ ◎ ○ ○ ○ 可倾 ◎ ○ × ◎ ◎ ○ × ◎ ◎ ○ ○

燃料区分 焦碳 重油 感应 焦碳

定置、可倾区分 燃费 定置 可倾(手动) 定置 可倾(手动) 可倾(油压) 定置 可倾(手动) 定置 可倾(油压) 定置 可倾(油压) 可倾(油压) 定置 可倾(油压) 定置 可倾(油压) 定置 可倾(油压) 定置 可倾(油压) 定置 △ ○ ○ △ ◎ ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ◎ △

作业性 × ○ ◎ × ○ ◎ ◎ ○ ○ ◎ ◎ ○

铜及 铜合金

重油 燃气 感应 重油

铝及 铝合金

燃气 电阻(热)

◎：好 （七）后言

○：良

△：稍微不良

× ：不良

石墨坩埚与坩埚炉是不能分离的一体。提高坩埚炉的工作效率，对石墨坩埚来说也就是使使用 环境变得越来越残酷。相反，由于石墨坩埚的品质改良及大型化坩埚的开始，坩埚炉的性能、形态 也随之而变化。今后，吸收千变万化的用户需求，创造出石墨坩埚的新天地，还请广大客户和用户 多多支持和助言。