坩堝爐是一種最簡單的熔煉設備，主要用於熔化熔點不太高的有色金屬，如銅、鋁及其合金等。這種熔爐，合金是在坩堝內熔化，熱量經坩堝傳給爐料，爐料種燃燒產物不直接接觸，因此合金化學成分幾乎不受爐氣的影響，合金液的溫度也較均勻，這是其主要優點。它的缺點是熱效率較低，燃料消耗大，坩堝容量較小，勞動條件也較差。
基本介紹
- 中文名：坩堝爐
- 外文名： crucible furnace
- 工作溫度：≤1100℃
- 最高溫度：1200℃
- 控溫方式：智慧型化可程式控制
- 套用學科：冶金術語
設備介紹,型式和能力,分類,技術參數,
設備介紹
坩堝爐是一種最簡單的熔煉設備，主要用於熔化熔點不太高的有色金屬，如銅、鋁及其合金等。這種熔爐，合金是在坩堝內熔化，熱量經坩堝傳給爐料，爐料種燃燒產物不直接接觸，因此合金化學成分幾乎不受爐氣的影響，合金液的溫度也較均勻，這是其主要優點。它的缺點是熱效率較低，燃料消耗大，坩堝容量較小，勞動條件也較差。
熔煉時將金屬放置在一個名叫坩堝的容器中。坩堝置於爐內，用柴油、重油、煤氣或焦炭作燃料加熱。根據不同要求，坩堝可用石墨、耐火粘土、鑄鐵等不同材料製成。爐體有地坑式、固定式和轉動式等幾種。還有一種電阻坩堝爐，一般容量很小，多用於實驗室。
坩堝爐構造簡單，投資小，投產快，廣泛用於中小型有色合金加工廠和機器製造廠的鑄造車間中。但是，坩堝爐的熱利用率低，產量小，勞動條件差，大規模生產已不適用。
坩堝爐一直以來就是熔煉銅合金的設備。現在，熔煉銅合金用坩堝爐的比例很大。熔煉的熱源，在古代用木炭而現在則依次為重油、煤氣、電、焦炭。最近，為節省能源及保護環境，向提高效率的方向發展，部分熱源也由重油改為煤氣，一部分改為感應爐。
熔煉輕合金如Al、Zn等用的坩堝爐也有同樣的趨勢。大型熔煉設備已轉用反射爐、迴轉爐、感應爐等，小批量生產或作為鑄造用的小型保溫爐現在仍為坩堝爐。由於加熱方法的改進，今後的發展趨勢為利用乾淨輕油、煤氣；小型保溫爐則可能通過陶瓷纖維爐襯和採用多層爐壁結構的方式而達到節能的目的。
型式和能力
(1)型式坩堝爐的型式，按作業方式分類如下。
①固定式坩堝爐燒重油的固定式坩堝爐的結構中助燃系統包括一次空氣和二次空氣，二次空氣經空氣調節器進入燒嘴磚。
②傾動式坩堝爐傾動式坩堝爐按其傾動支點位置大致分為中心傾動與前方傾動兩類。
除中心傾動支點用人力外，都使用電動機、液壓、水壓等。例如，稱為前方支點液壓傾動式，中心支點電力傾動式等。
前方支點液壓傾動式坩堝爐的傾動狀態表明坩堝爐在出爐作業方面，最好的是前方支點式，因為它可保證銅液出爐比值始終不變。中心支點式的出爐位置變化太大，操作條件明顯惡化。
③熔煉輕合金用的固定式保溫爐 上述①及②中的爐子，爐蓋上部是敞開式的，靠噴出的火焰預熱物料。但是專用保溫爐無須這樣做，而是要通過改善操作條件竭力減少從上部排煙，採用煙囪排煙法。
(2)燃燒裝置
目前廣泛使用的銅合金坩堝爐用透平鼓風機和透平通風機各1台，前者的作用是提供一次空氣，後者的作用是提供二次空氣。該裝置的突出特點是或者為提高熔化速度，或者為控制熔化氣氛發揮作用。燒重油及煤氣時基本採用同樣的方式。另外還使用噴嘴和鼓風機製成一體的轉杯式噴嘴，雖然控制爐內氣氛比較困難，但是卻有輕便、容易移動、除了特別規格的噴嘴之外價格便宜等優點。
(3)熔化時爐內的控制氣氛
熔化銅合金的時候，爐內氣氛對熔融金屬有很大影響，特別是容易吸收氫氣而使熔融液的質量降低。
爐內氣氛有還原性氣氛和氧化性氣氛，前者指爐內的一氧化碳(
)及氫氣(
)的濃度高，後者指氧氣(
)的濃度高，因而熔融液氧化顯著。要使爐內的控制氣氛介於兩者之間，必須保持低濃度的
和
。目前普遍採用c特性值作為大致的衡量基準。
特性值的定義是：
特性值=
。
換言之，重油爐的空氣過剩係數比煤氣爐稍大，否則就不能完全燃燒。本節省略了爐子實際操作情況的討論，但了解各種爐子的特性是很重要的，特別是完全掌握爐內氣氛的特性，對生產質量好的產品極為重要。
分類
焦炭坩堝爐
焦炭坩堝爐分為自然通風坩堝爐和人工通風坩堝爐兩種。如右圖所示右面的坩堝是自然通風的固定式坩堝爐，以焦炭為燃料。爐膛用耐火磚砌成，在爐柵上放置60～100mm高耐火材料的填塊，在填塊上安置坩堝。坩堝上蓋有用石墨或耐火材料製成的蓋子。坩堝與爐壁之間有300~500mm的間噤。在爐膛口上設有可移動、襯有耐火材料的金屬蓋。排煙口設在爐膛的上部，一般距口上140～160mm。
焦炭坩堝爐
焦炭坩堝爐熔煉時焦炭裝在坩堝四周，靠焦炭燃燒加熱坩堝。焦炭燃燒情況與送風方式有關。自然通風時，燃燒不易控制，爐溫波動較大。
強制通風坩堝，如右圖右邊的坩堝所示，因送風量可以調節，所以爐溫控制比自然通風較為容易。
熔化有色金屬用坩堝有鑄鐵坩堝，鋼製坩堝、石墨坩堝和耐火粘土坩堝等幾種。鑄鐵坩堝常用RT Si-5.5、RQT Si-5.5牌號的耐熱鑄鐵製造。鋼製坩堝又分為鑄鋼坩堝和鋼板焊制的坩堝見圖11-3口)、b)。鑄鐵坩堝和鋼製坩堝一般用來熔煉鋁合金和易熔合金。
石墨坩堝是用20～60%石墨和耐火敉土、耐火熟料等材料製成的，多用於熔化銅合金和一些熔點較高的合金。
坩堝要存放在乾燥的地方。使用前要在120～150℃溫度下烘乾。熔化合金時裝入的爐料不要過緊，以免固體爐料受熱時脹裂坩堝。
燃油坩堝爐和燃氣坩堝爐
燃油坩堝爐常以重油和柴油作為燃料．燃氣坩堝爐常以煤氣作為燃料。作為燃料的煤氣按壓力高低分為高壓煤氣(壓力為70kPa左右)和低壓煤氣(壓力為10~20kPa)，燃氣爐也相應分高壓煤氣和低壓煤氣坩堝爐。
坩堝爐
坩堝爐燃燒用油是通過噴嘴噴入爐膛的，由予所用燃油和風壓不同，噴嘴也有各種不同的形式：常用的低風壓燃油噴嘴如右圖(a)所示。這種噴嘴直接利用鼓風機送風進行油的霧化，油桶安放在高於噴嘴3m以上處，藉助油的自身重量所形成的壓力將油送入噴嘴內。油流經噴嘴時多次被流動的空氣衝擊，故霧化效果較好。如右圖(b)為高風壓燃油噴嘴，用660Pa左右的壓縮空氣做霧化劑，油壓一般在260Pa以下。這種噴嘴結構簡單，空氣直接衝擊油流而霧化，但霧化和混合條件較差，火焰長。改進型的噴嘴則在噴嘴內安設旋流裝置，這樣可改善霧化條件。
燃油坩堝爐和燃氣坩堝爐一般都由工廠自製。
電阻坩堝爐
電阻坩堝爐是用電加熱殼件所產生的熱能來加熱坩堝的。它適用於鋁、鎂，鋅、鉛、錫及軸承合金等熔點較低而質量要求較高的合金。 ’
電阻坩堝爐
電阻坩堝爐電阻坩堝爐根據使用條件做成固定式和傾斜式兩種。如右圖所示為傾斜式熔化電阻爐。
電阻坩堝爐所用的電加熱元件種類很多，其中以鐵鉻鋁合金較為常用。
技術參數
工作溫度：≤1100℃
最高溫度：1200℃
控溫方式：智慧型化可程式控制
升溫最快速率：20℃/min
恆溫精度：±1℃
爐門結構：上開式
工作電源：AC220V
額定功率：3KW
