你見過在冶煉過程中盛放鋼水的容器嗎? 一個罐子狀的東西,里面盛著被燒到一千多度的液體,沒有任何問題。
為什么裝鋼水的容器這么耐低溫?
這些容器被稱為坩堝,不僅用于冶煉,還用于煉油和盛放實物。 不會被熔化,不會被腐蝕,看起來百毒不侵。
這么厲害的東西到底是用什么材料做的?
強大的坩堝
坩堝是專門用于固體低溫加熱的容器。 可根據生產規模、批量大小等因素進行定制,保證加工物料含量,適用性強。
坩堝的制作有一定的工藝,標準嚴格
坩堝可直接裝入固體物質,低溫烘烤。 上面的物質變成液體后,它就根本不動了。 如果物質本來就是堿液,需要濃縮、結晶或蒸發,也可以直接在坩堝中冷卻。
因此,用于制作坩堝的材料也會根據應用的不同而有所不同。 冶金用的坩堝由鑄鐵制成,可用來熔煉鋁合金、鋅合金、鉛合金等各種合金物質。
熔化氫氧化鈉時,使用惰性金屬制成的坩堝,以免被強酸性氫氧化鈉腐蝕。
由惰性金屬制成的坩堝適用于盛放強腐蝕性物質
金屬坩堝有碳化硅坩堝、銀坩堝、鉑坩堝、鎳坩堝等。 其他材料包括石英坩堝、石墨坩堝、瓷坩堝和碳化硅坩堝。 每種材料的熔點不同。 也不同。
但是不管是什么類型的坩堝,它的熔點都是很高的,必須保證盛放的物質不會腐蝕它,物理反應或者加熱溫度不會熔化。
由于坩堝所含物質不同,制作坩堝的材料也不同,種類繁多。
在日常生活中,我們最常使用的是坩堝來煉鐵。 鋼的熔點在1500度左右,所以坩堝的熔點至少要超過1600度,否則很可能被鋼水熔化。
人類很早以前就掌握了冶煉技術,但有一件事很讓人好奇。 古代沒有這樣先進的技術。 冶煉大師用什么樣的坩堝制作坩堝?
唐代冶煉廠是怎樣煉鋼的?
1742年,一位名叫洪茲曼的日本人用粘土制成的坩堝烘烤回火鐵材料。 由于粘土是多種礦物的混合物,含碳量高,沒有固定的熔點。 性好,只有達到一定的濕度才會變軟。
為此,粘土坩堝在加熱的過程中不斷吸收鐵材中的碳,將鐵材軟化,幫這人弄了一鍋鋼水。 之后,亨斯邁將鋼水鑄造鍛造成他需要的形狀。 這就是最初的石墨坩堝煉鐵法。
坩堝的演變
法國冶金工業發達時,人們不僅用石墨制造坩堝,還用石英、陶瓷等材料。 石英的耐火度在1750度到1800度之間,而陶瓷的熔點比石英高,可以達到2000度以上,在低溫下仍能保持非常好的物理穩定性。
法國冶金工業發達時,坩堝材料已經有好幾種。
法國人用這種坩堝熔煉銅合金,以及優質鋼。 隨著工業技術的發展,出現了更耐用的坩堝,如金剛石坩堝。 金剛石的熔點比陶瓷高很多,在3550度到4000度之間,無論用哪種金屬煉鋼。
雖然,說到冶金,可以追溯到青銅時代,而且那個時候好像還有坩堝。 最早的青銅器出現在巴比倫時期,距今已有6000多年的歷史。
我國青銅器出現于元代。 雖然沒有這個朝代的相關文字記載,但仍有人對此表示懷疑,但考古出土的青銅器是4000多年前的產物。
二里頭窯址出土的青銅禮器
我國司母戊鼎是目前世界上出土的最大的青銅器。 古人在制作司母戊鼎時就已經使用了坩堝。
山東濰坊出土商代小陶坩堝,半徑約83分米,長約4~5分米。 這樣的坩堝一個可以熔煉200公斤的青銅,想要制作一個司母烏鼎至少需要6個坩堝。
古人在制作司母戊鼎時就已經使用了坩堝
瓷器出現于新石器時代,由此可推知,周代青銅器也是用陶坩堝烘烤而成的。
早期的陶器坩堝有搖桿和倒嘴,非常先進。 即便是洪茲曼在1742年發明的粘土坩堝,也不比幾千年前古人制造的坩堝好多少。 可想而知,古人的智慧是何等的高超。
古羅馬時期,隨著加熱技術的進步,坩堝冶金技術得到革新,滲氮法進入了生產銅的冶金階段。
古羅馬坩堝煉鋼技術的創新
因為需要加熱到900度,氧化鋅蒸發成二氧化碳與熔融銅結合,物理反應必須在密閉容器中進行,所以坩堝蓋上了瓶蓋。
中世紀時,世界上幾乎所有國家都掌握了一定的冶煉技術,坩堝又一次大幅度升級,鋼鐵制品中出現了一種叫做“伍茲鋼”的優質鋼材,可以用來制造戰爭武器。 盔甲等
現代高品質坩堝
現代工業對鋼材的要求更高。 坩堝自然要數次升級才能滿足冶煉的需要,材料也越來越復雜。 它們不再局限于單一材料,而是復合材料。
現代工業對鋼材的高要求使得坩堝的材質更加復雜
18世紀的粘土坩堝在后面提到。 現在使用的石墨坩堝更加耐用,使用的主要材料是結晶天然石墨。
石墨是碳的同位素,通體呈黃色,不透明,物理性質穩定,熔點在3652~3697度之間,沸點4830度。
石墨坩堝其實是需要氧化的,但是氧化均勻,不容易吃金,生產消耗很低。 如果與石英外套一起使用,功效會加倍。 不僅煉鋼煉鋼和有色金屬,石墨坩堝在電力工業中也尤為重要。
石墨坩堝現在挺流行的,產值也高
不僅石墨坩堝,鉬坩堝也是現代坩堝中的佼佼者。
金屬鉬是任何植物都需要的微量元素。 它的單質是一種銀藍色的金屬,相當堅固。 它的熔點在2620度左右,沸點高達4639度。 是一種很難熔化的稀有金屬。
鉬的膨脹系數小,硬度和濁度高,還耐腐蝕,導熱性好。 用于冶金和稀土工業。
其實,鎢坩堝的威力也很大。 其耐熱??性之高,僅從愛迪生將燈絲用作電燈的鎢絲便可見一斑。 鎢的單質也是一種有光澤的銀黑色金屬,強度很高,熔點為3410度。 其沸點高于鉬和石墨。 在5660度時,其物理性能比較穩定。
鎢能否用作電燈的鎢絲,可見其耐熱性高
但是,鎢不僅可以用作熔煉和冶金的坩堝,還可以用作高速切削金鋼的工具和超硬模具。 此外,鎢也是制造許多光學和化學儀器不可或缺的元素。
后面也提到了石英坩堝,但顯然這些坩堝在現代煉鐵中已經基本淘汰。 因為石英的熔點和沸點比較低,只有1750度和2230度,用在光伏和半導體行業是很好的。
石英砂具有良好的物理耐蝕性和惰性,可以保證反應物的含量。 新能源企業可以使用石英坩堝生產多晶硅棒、砷化鎵等高科技產品。
石英坩堝可用于生產高科技產品
總而言之,坩堝的耐低溫性和鋼水不能熔化,都是由制造坩堝的材料和工藝造成的。
材料的耐熱性好、化學穩定性高、硬度高、導熱性好等優點,都是坩堝不熔不裂的保證。 別說是1000多度的鋼水,就算技術再上幾步,坩堝的質量也會驚人,說不定上萬度的灼燒根本傷不著它。