用什么材料将铁水保持在熔炉中?


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当铁熔化时,我想它必须被运输和封闭。我认为容器所在的容器必须能够承受比您要熔化的容器更高的温度。

根据该网站的说法,“锻铁”的熔化温度为1482-1593°C。还有其他一些熔点更高的金属(例如Wolfram(钨),温度超过3400°C),但我能想到的价格要昂贵得多。那么烤箱/“瓶” /“盆”(或您称呼它)是由什么材料制成的呢?

(旁边的问题:铁已经融化了很长时间。我想这几年已经改变了。以前是哪种材料的?)


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“盆地”通常被称为坩埚。坩埚是用什么制成的?您可能会以陶瓷为起点。
Brian Drummond

@BrianDrummond非常感谢!这就是我所缺少的。答案现在基本上在en.wikipedia.org/wiki/Crucible中(当您知道如何调用时容易找到,而在不知道时很难找到)。您是否想在汇总en.wikipedia.org/wiki/Crucible的地方发布答案,还是我应该做出社区Wiki的答案?
Martin Thoma

继续进行社区Wiki回答。如果有人给出更明智的答案,请等待几个小时。我只是发表评论,以给您一个节省等待时间的起点。
Brian Drummond

石墨也经常用于坩埚,因为它并没有真正融化。
grfrazee

请注意,坩埚的外部不会发红光,这会浪费能量并削弱金属结构。因此,衬里不仅必须承受高温,而且还必须承受高温梯度,并希望热量传递不太多。
凯文·科斯特兰'16

Answers:


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摘要

坩埚内衬有耐火材料。钢铁加工利用石墨或铬铁矿和菱镁矿的组合与熔体直接接触。铸铁加工通常使用工程粘土,也称为氧化铝-镁-二氧化硅混合物。石墨比粘土型耐火材料更难形成。为了适合用作耐火材料,材料必须满足许多性能要求,既经济又安全。

耐火材料

如您所述,铁在以下相图的最左侧以纯铁的形式具有约1,540°C的高端熔点。有两类具有较高熔点的材料,但是这些材料中只有少数既经济又安全。通常,具有足以承受诸如铁,铜和铝的商业使用的金属的熔点的任何高熔点的材料被称为耐火材料铁碳

Fe-C相图

资料来源:ispatguru.com

难熔金属(不适用于铸造厂)

您注意到其中一种材料的第一类高熔点材料称为难熔金属。注意,这些在铸造工业中通常不称为耐火材料或耐火材料。它们由铌,钼,钨,钽和rh(Nb,Mo,W,Ta,Re)组成,熔点范围约为2500°C至3500°C。尽管熔点足够高并且它们具有足够的强度作为结构材料,并且具有一定的启动冲击韧性,但是有许多因素限制了它们的使用。

  • 与氧气的高反应活性
  • 与其他金属的高反应活性
  • 单位重量成本高
  • 高密度
  • 高热容量
  • 高导热
  • 难以成型(需要在真空或粉末冶金中精心控制的熔化)

耐火陶瓷(用于铸造)

第二类耐火材料是基于多种陶瓷的,被称为耐火陶瓷,或更普遍地称为耐火材料。但是,不仅任何陶瓷都是合适的。理想地,陶瓷将具有极高的原子键强度,或比被熔化的金属具有更高的氧亲和力。这些将使材料相对于熔融金属相对惰性。这样的陶瓷还必须易于成型,具有低的热容量和导热性,并且应该相当便宜。

碳酸镁3铬铁2Ø4

+Ø2氧化铁2

  • 铬铁矿 2Ø3

  • 二氧化硅2

  • 2Ø3氧化镁铁碳

  • 氧化钙

  • 二氧化钛2二氧化锰

Ellingham图(选择稳定的耐火材料)

出于我们的目的,阅读Ellingham图的方式是,在图表上向上移动意味着对氧的亲和力降低,而向下移动则意味着对氧的亲和力增加。具有化学方程式的对角线表示在给定温度(水平轴)下该反应的标准自由能(垂直轴)。如果在给定的温度下,一条反应线高于另一条反应线,则较高的反应将向纯金属加氧进行(化学还原),而较低的反应将向金属氧化物进行(化学氧化)。因此,与熔融金属相比对氧具有更高亲和力的耐火材料在熔化过程中将是化学稳定的。请注意,使用热力学原理和一些实验可以为非氧化物材料提供其他图表,也可以为它们制作图表,而在互联网上很难找到这些图表。

埃林厄姆图

资料来源:Cambridge Ellingham图教程


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无法在合理的时间内找到原件。我确定它们在我们的校园图书馆中的某个地方,但是需要一些搜索才能找到它们。改用辅助资源。
wwarriner

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熔融的黑色金属通常在带有耐火衬里的钢包中处理。

直到1860年代,铸铁以外的任何黑色金属(其熔点均显着低于钢)都以任何数量的熔融态进行处理。在此之前,钢铁生产通常涉及在炉中对铁进行渗碳或对铸铁进行脱碳,而锻铁不是可铸造材料。

从历史上看,锻铁是在水花炉中生产的。这些基本上是交替堆的铁矿石和木炭,外部用粘土层密封,允许长时间燃烧,空气通过底部附近的孔进入。该过程产生海绵状的金属铁与硅酸盐炉渣的混合物。物料在加热时(而不是在熔融状态)会被反复锤打,以除去孔隙并形成近似均质的铸锭,尽管上面有细微的硅渣层-这是“锻铁”。层状结构显着提高了锻铁的机械性能。

后来的工业过程,例如通过在反射炉中间接加热,用长铁棒在砂床上用长铁棒搅拌来“脱碳”铸铁。彭博熔炉能够还原矿石中的铁氧化物以生产金属,但其热量不足以将其大量熔化。

铸铁是在“冲天炉”中生产的,过去,“冲天炉”是用砖建造的,尽管现代的铸铁往往是带有耐火衬里的钢。将铁矿石和木炭(或焦炭)装料放入烟囱的顶部,熔融金属积聚在底部的井中,可以通过打孔粘土塞来“挖掘”。在炼铁(从矿石中)时,通常将这些熔炉直接放进生产“生铁”的砂锭模具中,然后将其熔炼成铸铁部件或进一步加工以生产锻铁或钢。

冲天炉向铁中引入大量碳(约5%),从而将其熔点降低到实际铸造温度,因此可以用强制空气(与纯氧相反)在一定温度下生产铸铁。在简单的耐火材料(例如耐火材料)的范围内,其机械强度不是很高,通常用作炉子/钢包实际结构的衬里。

您可以使用无衬里的钢包来铸铁,但是这种衬里大大延长了它们的寿命,并降低了熔炉和铸模之间金属的热量散失率。

用于将铁矿石熔炼成生铁和重熔ast铁的熔炉基本相似。

钢包

钢包横截面


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正如布莱恩·德拉蒙德Brian Drummond)所指出的那样,“盆地”被称为坩埚

坩埚是可以承受很高温度的容器,用于金属,玻璃和颜料的生产以及许多现代实验室过程。虽然坩埚在历史上通常是用粘土制成的,但它们可以用任何能承受足以熔化或改变其含量的高温的材料制成。

有关该问题的详细答案,请参见链接的Wikipedia文章。简短的答案是:

  • 铁器时代:黏土
  • 中世纪时期:引入用于陶瓷坩埚的新回火材料(Mullit
  • 中世纪后:石墨

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其他回收材料,例如轧制氧化皮,也可以用于耐火材料中。

耐火材料

耐火材料是通过将白云石粉碎并将其与助焊剂悬浮液或油漆混合制成的。轧机氧化皮可以用作与液体粘合剂结合的助熔剂材料,并最终用于生产耐火材料。 https://en.wikipedia.org/wiki/Mill_scale


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这没有回答什么材料可以容纳/容纳熔融金属的问题。
弗雷德
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