早期的熔金屬熔煉器具——石墨坩堝的鍛造方法

    石墨坩堝是由石墨、耐火粘土和熟料所制成的,它的耐火度高、抗渣性強(qiáng)、熱導(dǎo)性大和熱膨脹性小。一般粘土坩鍋的性能,在這幾點(diǎn)上是比不石墨坩鍋的,所以石墨坩堝是用來(lái)熔煉金屬的優(yōu)良的耐火材料。
     制造石墨坩堝的主要原料是石墨,耐火粘土、熟料和廢石墨坩堝等,石墨于非金元素礦物類(lèi),成分是純粹的碳(C)屬六方晶系的晶,往往成為屬于該系的六角精晶片。石墨的薄片有柔性,能屈,但無(wú)彈性。顏色黑色,條痕是黑色,具有金屬光澤,體質(zhì)是全不透明的。硬度(摩氏硬度計(jì))是1.5~1,比重為1.9~2.3,以手指觸時(shí)有滑膩感。耐火度很高(3000℃以上),膨脹系數(shù)低,熱傳導(dǎo)性和電氣傳導(dǎo)性都良好。在氧化焰中燒之變?yōu)槎趸?最后遺留的多是灰燼。

     用來(lái)制造坩堝的石墨,它的化學(xué)成分一般含有固定75~90%、灰份8~20%和揮發(fā)物2~5%。固定碳如果能達(dá)到80%至90%,則這種石墨是較好的。石墨中的灰分應(yīng)控制在25%以下為宜,否制制成的坩堝質(zhì)量很低,往往不能使用,勢(shì)必造成工料的浪費(fèi)。石墨坩堝要具有表面平滑、組織致密的質(zhì)量,這樣可以減少熔料粘附在坩堝上面,也能夠減少對(duì)坩堝的侵觸,因此,一般都采用晶形片狀的石墨。石墨的片狀大小以0.3~1.2公厘為最適宜。此外,晶形除了狀石墨中的微粒群不能用來(lái)制造坩堝外,而針狀荒粒結(jié)晶群的石墨同樣可以作為原料。
      耐火粘土是土狀或石狀的礦物合體,叫做泥質(zhì)巖石，顏色有白、灰、黃、綠、紅褐、棕等，它的耐火度不低于1580°C，其主要成分是水硅酸鋁-高嶺石但耐火粘土還含有雜質(zhì),這些雜質(zhì)包括有:游離石英、硫化鐵、氧化、氧化鈣、氧化鎂,還有的含有云母等。使用的耐火粘土的雜質(zhì)含量應(yīng)愈少愈好,尤其是氧化鐵不得超過(guò)3%。因?yàn)檫@些有害雜質(zhì)都能降低粘土的耐火度。
       制造時(shí)必須注意坩堝原料的混和,因?yàn)橐棍[片狀石墨均勻地分布是相當(dāng)困難的。所以必用較長(zhǎng)的時(shí)間充分混和。這樣也可以充分發(fā)揮耐火粘土的粘作用,以利成型。石墨坩堝在使用時(shí)發(fā)生裂和漏洞的毛病,往往是由于原料混和不均勻所造成。  
     制造石墨坩鍋使用的耐火粘土,它的耐火度應(yīng)1710°c(sk32)以上。由于石墨缺乏可塑性,不能單獨(dú)成型,所以必須配合具有可塑性的耐火粘土?；鹫惩敛粌H是作為石墨的結(jié)合劑,且在使用過(guò)程中也能使坩堝形成一保護(hù)性薄膜,對(duì)石墨遭受燃燒時(shí)稍有防護(hù)作用。
    經(jīng)過(guò)高溫煅燒和粉碎后的耐火粘土,稱(chēng)為熟料。加入熟料能增大坩鍋的穩(wěn)定性,當(dāng)成型后進(jìn)行干燥和成時(shí),可以減少收縮,容易使坩堝形狀正確和尺寸準(zhǔn)確;外還能提高坩堝的機(jī)械強(qiáng)度,增加抗磨性。
    
      原料混勻后須放置15~20天,使水分徹底分布,可塑性增大。坩堝的成型可以在木模或金屬模內(nèi)以手工或機(jī)壓進(jìn)行操作。如果形狀不良,將會(huì)降低坩堝的質(zhì)量。
     坩堝壁的厚薄若不均一,對(duì)機(jī)械強(qiáng)度和熱傅導(dǎo)性都有一定的影響。坩堝干燥時(shí)應(yīng)控制溫度,使它發(fā)散水份。以慢慢地進(jìn)行為宜。由于加熱過(guò)快或不均勻,都會(huì)使坩堝產(chǎn)生裂、氣泡或變形的發(fā)品。
     干燥后以手指或木棒敲擊,若發(fā)出清晰的金聲,就表示巳完干燥了。坩堝是在1000℃以下的溫度中燒成。為了防止石墨的燃燒,燒成時(shí)它的表面應(yīng)撒一些細(xì)粒焦炭或放入以焦炭充填的匣缽內(nèi)。窯內(nèi)必須保持還原焰或中性焰,不可以用氧化焰燒成墨坩堝燒成時(shí)約需4天。