楠木軒

為什麼上千度的鋼水卻融化不了裝它的坩堝?坩堝是什麼材質的呢?

由 戚國慶 發佈於 科技

根據明朝的《天工開物·五金》中的描述“高爐火中,坩堝足煉”。這是最早記載出現坩堝一詞。
銅是古代最早使用的金屬,因為比較容易獲取,最開始使用木柴來燒銅礦石提煉銅,後來用木炭代替木材,那個時候的熔爐就是在地上挖個坑直接開始燒,後來開始用泥土製作中空的容器,倒入銅礦石粉放入火中燒,這就是最早的坩堝。
坩堝是用以熔化及熔鍊金屬液體,或者物質化學反應的一種耐火容器,一般形狀就好像搗蒜用的搗臼,大部分都是上面大下面小的圓柱體,通過對坩堝進行高温加熱來融化一些金屬,也是通過加温讓一些物質起化學反應的重要工具。
坩堝的種類有很多,鐵坩堝,鑄鐵坩堝,石英坩堝,瓷坩堝,剛玉坩堝,石墨坩堝,碳化硅坩堝,白金坩堝,鎳坩堝,金坩堝,銀坩堝,比較常見的有石墨坩堝,碳化硅坩堝,鐵坩堝,剛玉坩堝
石墨坩堝的主要原料有石墨、碳化硅、硅石、耐火粘土、瀝青和焦油等。
以天然鱗片石墨為主體原料,以可塑性耐火粘土或炭質為粘結劑加工而成,具有耐高温、導熱性能強、抗腐蝕性能好,使用壽命長等特點。
使用石墨坩堝需要注意一些事項,怕潮濕,怕摔,遇到高温會產生氧化反應,一般使用的時候會塗一層抗氧化塗料,或者是和剛玉坩堝一起搭配使用
碳化硅坩堝
至於為什麼坩堝不會熔化
鋼材是現代社會不可或缺的材料,遍及我們生活的方方面面,我們經常看到在鍊鋼廠中,通過一個金屬一樣的容器來盛裝已經熔化的鋼水,然後倒入模型中冷卻後就成型了,但同樣是金屬,裝鋼水的這個容器為什麼就不會被熔化呢?
其實這種金屬容器是由多層結構組成的,最裏面的這一層叫絕緣層,也叫隔熱層,此外第二層還有隔温層,這層是將很多種耐高温的材料合在一起做成耐高温合金,比如鋁鎂層,而最外面的一層才是我們看到的那種普通金屬層。
鋼水温度經過裏面的一層層削弱之後,到了最外面的一層後温度就只有三百多度了,遠低於金屬熔化的温度,自然也就不會熔化了。
而這種金屬容器最裏面的那種隔熱層就是用的坩堝,它是由石英砂等材料做成的,它能承受達到1700攝氏度都不會熔化,對於那些普通的金屬來説熔化温度也才一千多度,鋼的熔點也就1500攝氏度左右,因此坩堝是不會發生熔化的。
還有就是在溶解或者盛裝金屬溶液之前,也需要選擇好坩堝的材質,就能避免金屬溶液將坩堝熔化,其實金屬溶液也會在坩堝內與其發生反應和受到高温燒灼,這些反應和燒灼會讓坩堝不斷受到侵蝕,坩堝壁的厚度會逐漸變薄,直到最後報廢。
而到了現代隨着鍊鋼技術的不斷進步,對於坩堝的要求越來越高,它除了要能夠滿足最基本的盛裝鐵水之外,它還要承受着在裝的過程中鐵水的進一步脱氧及合金的作用。
我們看到的坩堝是能承受高温又大還很笨重,表面還沾滿了各種物質殘渣的容器,但是坩堝是整個金屬的熔鍊,和一些物質加熱後的化學反應過程中不可或缺的重要容器。