Сегодня мы напишем, как правильно расплавить алюминий в домашних условиях на газовой плите. Осуществляя плавление мы будем использовать подручные средства в частности у нас имеется отдельная часть половника который сделан из нержавеющей стали поэтому при повышении температуры он не расплавится и его можно использовать как ковш для плавления алюминия. В нашем ассортименте находится алюминиевые и дюралевые кусочки, которые были взяты из радиотехники.
Что бы правильно расплавить алюминий в домашних условиях мы на первом этапе включаем газовую плиту и оставляем гореть на 15 минут. Прогревание для того чтобы достичь максимальной температуры наших кусочков алюминия.
Конечно, расплавить алюминий средствами одной конфорки в домашних условиях у нас не получится, тем не менее, используя данную конфорку, мы прогреем алюминий до нужной температуры и затем выполним расплавление, используя китайскую газовую горелку.
При таком плавлении желательно использовать респиратор или другие средства защиты с тем, чтобы не дышать краской, которой покрыты наши куски алюминия при обжигании. Такой подход позволит правильно расплавить алюминий в домашних условиях с максимальной безопасностью.
Еще важный момент касаемо безопасности при плавлении алюминия на газовой плите в домашних условиях. Так необходимо работать под вытяжкой, которая включена. Все манипуляции с емкостью необходимо проводить с использованием плоскогубцы с тем, чтобы жестко фиксировать наш алюминий и тем самым обезопасить от высказываний. При использовании пинцетов или зажимов есть вероятность опрокинуть расплавленный алюминий в домашних условиях.
На конечной стадии плавления алюминия используем плоскогубцы и слегка встряхиваем форму и видим жидкий алюминий. Для отделения шлака мы используем тонкую проволоку которую также фиксируем пассатижами и размешиваем расплавленный металл. Что бы правильно расплавить алюминий в домашних условиях необходимо все манипуляции проводить очень аккуратно с тем чтобы не опрокинуть нашу емкость. Затем вливаем расплавленную каплю на лист металла. В нашем случае мы каплю опрокидываем на конфорку как показано на фотографии ниже.
В результате у нас получился слиток алюминия выплавленного в домашних условиях. По своему виду он достаточно сильно похож на каплю ртути. Таким видом обладают практически все выплавляемые металлы.
Шлаг или аплой необходимо вытряхнуть из нашей плавильни пока он полностью не остыл и не присох к поверхности, что затрудняет его дальнейшее удаление.
Отвечая на вопрос как правильно расплавить алюминий в домашних условиях подручными средствами, не забываем о безопасности. Так, после того как капля остынет, использует пассатижи и аккуратно опускаем каплю в воду только после этого можно брать слиток алюминия плавленый в домашних условиях руками.
Многим приходила эта идея в голову, но мало кто этим занимался. Рассмотрим, как правильно плавить алюминий в домашних условиях.
Перед началом работ
Для начала следует определиться с размерами изделия и объемами работ:
- Для небольших подойдет газовая плита.
- Для средних - самодельная небольшая печь из огнеупорного кирпича
- Для больших - муфельная печь.
При любом выборе нужно максимально закрыть емкость с расплавленным алюминием от сквозняка и максимально уплотнить стенки, чтоб сократить потери тепла. Алюминий быстро отдает тепло, поэтому его сложно нагреть в простых условиях. Рассмотрим, как этого добиться.
Какие существуют технологии для расплавки металла?
При использовании газовой плиты нужно снять имеющуюся плоскую насадку, и установить сверху на решетку специальное приспособление - цилиндр, который можно изготовить из любой железной банки подходящего размера. Снизу цилиндра делается отверстие 3-4 см, и закручиваются 3 винта - они нужны для того чтобы форма с алюминием внутри цилиндра на них стояла.
Из камфорки будет выходить факел, попадая в цилиндр, будет нагревать форму с металлом. Цилиндр нужен для экономии тепла и максимальной концентрации пламени вокруг формы. Сверху зарывается пластинкой, чтоб тепло не уходило, но оставляется небольшая щель для тяги.
Для печек используется тот же принцип, здесь можно разместить большие емкости в связи с минимальными потерями тепла и большому пространству внутри печи. Делается небольшой мангал, на который ставятся формы, после чего печь максимально закрывается со всех сторон, остаются лишь небольшие отверстия снизу и сверху для тяги.
Муфельная печь - идеальный домашний вариант для частых работ
Муфельная печь представляет собой подобие простой «буржуйки» только с толстыми стенами. Может быть как на дровах, так и на электричестве, кому как удобно. Во втором случае проволока натягивается по спирали с внутренней стороны кирпичей, поближе к форме.
Внутри посередине располагается тигель - специальная емкость для расплавки металла. В данной конструкции потери сведены к минимуму - свободное пространство занимает тигель, между которым и стенками остается небольшой зазор 5-10 см.
Благодаря большой толщине - 20-30 см, стенки можно заполнить разными теплоизоляторами, для сохранения тепла. Ее можно переносить либо сделать стационарной, в связи с чем, подбирается теплоизолятор. Внутри располагается кирпич, снаружи - железо, а чем заполнить остальное пространство остается на усмотрение каждого отдельно.
Плавка металла
При плавке важно использовать чистую посуду (из железа либо не цветного металла). Если впервые растапливать - есть смысл в следующей подготовке. Нужно емкость почистить, удалить ржавчину и мусор, пыль, тщательно сполоснуть, дать просохнуть и только после этого ее можно использовать.
Во время варки удалять всплывающий шлак - остатки краски либо загрязнения, они значительно понизят качество металла. После того, как металл хорошо расплавился ему нужно немного остыть, чтоб было поменьше брызг и удобнее было заливать в формы. Последняя должна быть не сырой, чтоб испаряющаяся влага не создавала пузырей в изделии.
Изготовить замену для сломавшейся детали или материал, чтобы ее спаять, можно самостоятельно. Ведь плавка алюминия в небольших количествах вполне осуществима даже в домашних условиях. Для этого потребуется подобрать или изготовить несколько несложных приспособлений, приобрести сырье и позаботиться о средствах индивидуальной защиты. Процесс связан с возможностью получения ожогов от брызг раскаленного металла, а при выходе расплава алюминия высокой чистоты — еще и с опасностью отравления токсичными газами. Именно поэтому изготавливать изделия из высококачественного материала, а также работать с большими объемами сырья рекомендуется только в промышленных условиях.
До начала работы нужно подготовить необходимые устройства, такие как:
- , или самодельный очаг;
- тигель или другая емкость из тугоплавкого материала (фарфор, кварц, сталь, чугун);
- тигельные щипцы;
- сырье (проволока или лом алюминия);
- древесный уголь для печи;
- газовая горелка или паяльная лампа;
- приспособление для снятия шлака;
- форма для отливки;
- защитная одежда, обувь, очки или маска сварщика, перчатки;
- ведро с водой на случай возгорания.
Температура плавления сверхчистого алюминия составляет 660 ° С, а содержащего до 1% примесей — еще ниже, около 643 ° С. Поэтому разогревать печь выше 700 ° С нецелесообразно. Кроме того, при перегреве металла значительно увеличивается скорость образования оксидной пленки на его поверхности. Чтобы уменьшить выход шлака, снизить потери металла и повысить его качество, рекомендуется применять аргоновый наддув или добавлять к углю специальный флюс. Однако при отсутствии респиратора лучше обойтись без флюса, так как в раскаленном состоянии он выделяет токсичные вещества, а фтористый натрий, входящий в его состав, приводит к быстрому разрушению зубной эмали. К тому же для бытовых нужд особо чистый металл и не требуется.
Муфельная печь защищает обрабатываемый материал от непосредственного контакта с огнем. Изделия промышленного изготовления могут быть с электрическим или газовым нагревом, встроенной защитой для нагрева в газовой среде, с автоматизированным поддерживанием заданной температуры. Но если требуется расплавить совсем немного металла, вместо дорогостоящих печей можно использовать простой очаг. Для этого из кирпичей сооружают «колодец», на дно которого загружается, а затем поджигается уголь. Когда образуются горячие угольки, сверху ставится емкость с алюминием. В качестве решетки для нее можно приспособить несколько шашлычных шампуров.
Последовательность работ и меры безопасности
Под тигель не рекомендуется использовать консервные банки: они быстро прогорают, и раскаленный металл может вытечь наружу. С этой целью необходимо взять железный чайник, медный кофейник со срезанной верхней частью, самодельный стаканчик из обожженной шамотной глины, деталь стального ковша. Главное, чтобы изделие имело толстое дно и, желательно, носик для удобства выливания металла. Оно должно быть изготовлено из материала с точкой плавления, намного превышающей температуру плавления алюминия.
Тигель заполняется сырьем достаточно плотно. Проволока с этой целью разрезается на кусочки, металлический лом слегка спрессовывается. Затем тигель помещают в предварительно разогретую печь для плавки алюминия. При переходе в жидкое состояние объем сырья значительно уменьшается, поэтому металл в тигель нужно постепенно добавлять.
При этом следует соблюдать особую осторожность, так как при попадании даже незначительного количества влаги в расплав может произойти его выплескивание из печи.Если в качестве лома используется окрашенный металл, нужно позаботиться о защите органов дыхания, так как из краски при высокой температуре испаряются токсичные вещества.
Металл начинает оплывать в течение нескольких секунд, но технология плавки требует выдержать его в печи не менее 15 минут, чтобы вся масса прогрелась равномерно. При высокой плотности сырья его нужно прогреть сверху газовой горелкой или паяльной лампой. В процессе плавления тигель периодически встряхивают, используя для этого специальные щипцы и толстые перчатки в качестве меры безопасности. Состав можно перемешивать стальной проволокой. В готовом виде он представляет собой однородную блестящую субстанцию. Для лучшей текучести его еще несколько минут выдерживают в печи.
Шлак с поверхности удаляется непосредственно перед разливом в формы. Для этого используется специальное приспособление (внешне оно напоминает шумовку для снятия пены с бульона). При определенной сноровке можно произвести литье и без снятия шлака. Если емкость сильно не наклонять, выльется только металл, а окалина останется в тигле. Формы для отливки должны быть тщательно высушены, так как иначе пары воды их разорвут. При использовании расплавленного металла в качестве припоя его выливают на заранее разогретую стальную пластину.
Алюминий – металл, который широко используется в промышленности и быту.
Из него производят не только детали самолетов и кораблей, но и посуду, и другие предметы утвари. Поэтому нередко возникает потребность в самостоятельном изготовлении алюминиевых деталей, вышедших из строя.
Производить из него литые изделия в кустарных условиях позволяет свойство алюминия плавиться при относительно невысоких температурах. Для того чтобы самостоятельно изготавливать литые изделия из алюминия, нужно знать поведение этого металла при высоких температурах и его физико-химические свойства.
Характеристики алюминия
Температура плавления алюминия зависит от степени чистоты металла и составляет приблизительно 660 °C. Его точка кипения – 2500 °C.
Алюминий отличается своей легкостью и пластичностью, поэтому хорошо гнется и поддается обработке штамповкой.
Этот металл является отличным проводником тепла и активно вступает в химическую реакцию при высоких температурах с кислородом воздуха, образуя на поверхности окисную пленку. Она защищает алюминий от дальнейшего окисления, однако при расплавлении лома существенно отражается на составе сплава. В процессе плавки металла структура алюминия меняется.
При его резком охлаждении могут возникнуть внутренние напряжения и усадка полученного сплава. Это надо учитывать при работе с алюминием в домашних условиях.
Технологии домашнего литья алюминия и необходимое оборудование
Принцип литья алюминия в домашних условиях должен исходить из технологии его получения на производстве с поправкой на условия, которые можно использовать дома.
Алюминиевые изделия путем литья получают несколькими способами. В бытовых условиях наиболее распространенным и удобным способом является технология литья алюминиевого расплава в специально изготовленные формы.
Поэтому для проведения процесса необходимо обеспечить две вещи:
- соорудить печь для расплавления алюминиевого лома;
- создать нужную форму для получения литого сплава или отдельной детали.
Процесс литья должен включать несколько этапов:
Рассмотрим, как плавить алюминий в домашних условиях, какие конструкции печей для расплавления металла можно использовать, а также варианты самостоятельного изготовления формы.
Самодельные печи и способы расплавления алюминия
Для того чтобы расплавить алюминий, нужно разогреть его до температуры, близкой к 660 °C. На открытом пламени костра такой температуры невозможно достичь. Поэтому необходимо закрытое пространство, которое может обеспечить самодельная печь. Нагревать ее можно с помощью сжигания угля и дров или использования природного газа.
Можно также использовать электрическую муфельную печь, если она есть в хозяйстве.
При самостоятельно изготовленной печи нужно обеспечить принудительную вентиляцию для поддержания процесса горения.
1. Самый простой вариант самодельного очага можно изготовить из старых кастрюль.
Его конструкция выполняется следующим образом:
- В качестве каркаса используют стальную емкость, например, старую кастрюлю, сбоку которой нужно проделать отверстие для подачи воздуха через подведенный металлический патрубок.
- Воздух через шланг принудительно может подаваться с помощью пылесоса.
- Внутрь устройства проводится закладка каменного угля.
- Затем уголь поджигают и подают воздух, чтобы огонь не погас.
- Емкость для расплавления алюминия предварительно ставят внутри импровизированной печной конструкции и обкладывают ее с боков углем. При его сгорании обеспечивается равномерное распределение тепла.
- Чтобы тепло не расходовалось на окружающий воздух, сверху «кастрюльную» печь следует неплотно накрыть крышкой, оставив небольшую щель для выхода дыма.
Идеальной конструкцией может служить топливник, имеющий овальный свод, выполненный из кладочной смеси, применяемой для жаропрочного кирпича. В качестве каркаса для создания овального свода можно использовать цветочный горшок нужного размера.
После высыхания смеси получается добротный топливник, который может выдержать несколько плавок.
2. Второй вариант печи подразумевает использование для нагрева алюминия пламени бытовой газовой горелки.
Его можно применять только для штучных изделий из алюминия весом не более 150 грамм. Имитация печи создается с помощью использования двух емкостей, вставленных друг в друга с небольшим зазором. Это могут быть обыкновенные жестяные банки из-под консервов.
Внешняя банка должна иметь больший размер. В ней проделывается отверстие, диаметром около 4 см, чтобы обеспечить подвод пламени к внутренней банке.
Струя пламени должна поступать направленно в отверстие банки. Греется непосредственно только внутренняя емкость, а наружная служит оболочкой, удерживающей тепло. Сверху конструкцию нужно прикрыть имитированной крышкой, оставив зазор для отвода продуктов сгорания.
Такая конструкция является одноразовой и можно использовать только для одной плавки, т. к. жесть тонкая и может быстро прогореть.
Способы создания формы для литья алюминия
Одной из основных задач домашнего плавления алюминия является подготовка формы, в которую сливается расплавленный металл. Существуют разные варианты заливки алюминиевого расплава. Основными являются открытый и закрытый способ литья.
Открытый способ литья
Самый простой – это слив жидкого металла в подручную форму, например металлическую кружку или банку из-под консервов.
После застывания сплава болванку из емкости достают. Чтобы облегчить этот процесс, производят простукивание по неостывшей до конца форме.
Если не требуется придавать литью четкой формы, можно просто слить жидкий расплав на приготовленную устойчивую к горению поверхность.
Закрытая форма
При необходимости получения сложной отливки сначала изготавливают для нее форму, соответствующую всем параметрам детали. Чтобы обеспечить четкое соответствие изделия заданным параметрам, ее изготавливают из составных формовочных частей.
Материалы для литых форм
При открытом способе заливки часто используется самый простой материал, который всегда под рукой, это – кремнезем. Сначала земля укладывается с послойной трамбовкой. Между слоями закладывают макет отливки, который после тщательной трамбовки оставляет отпечаток в кремнеземе. Эту форму осторожно вынимают и заливают вместо нее алюминий.
Некоторые мастера используют при приготовлении основы формы речной песок с добавлением жидкого стекла. Также иногда применяется смесь цемента с тормозной жидкостью.
Гипсовые формы
При изготовлении макета сложной формы часто используют гипс, который в основном может служить для разового процесса литья. При литье алюминия в гипсовую форму в качестве макетов используют парафин или пенопласт.
Восковой макет изделия заливается гипсом и после его сушки при высокой температуре расплавляется и сливается через специальное отверстие.
В случае изготовления макета из пенопласта его заливают гипсовой смесью и оставляют в ней до полного отвердевания формы. Горячий алюминиевый расплав заливают прямо на пенопласт. Благодаря высокой температуре металла происходит расплавление и испарение пенопласта, а его место занимает алюминиевый расплав, принимая заданную пенопластом форму.
При использовании пенопласта в качестве макета работы необходимо проводить в открытом пространстве или обеспечить хорошее проветривание помещения, т. к. продукты горения пенопласта вредны для человека.
P.S. Всё, можете начинать литье в домашних условиях!
Тигель – сосуд для плавки металла. В тиглях плавят, как правило, передельный металл, т.е. уже доведенный до нужной степени качества для отливки в форму или аффинажа (глубокой очистки от примесей). Генеральная линия развития большой металлургии – уменьшение количества переделов, вплоть до выпуска кондиционного металла сразу из плавильной печи, но в промышленности тигельная плавка до сих пор сохраняет существенное значение, а в кустарном мастерстве и ювелирном деле доминирует.
Тигель не просто достаточно жаростойкая посудина. Его химический состав и конструкция должны соответствовать виду переплавляемого металла и режиму плавки. В этой статье описывается, как сделать тигель своими руками и каким условиям он должен удовлетворять для пользования дома или в малой мастерской. В расчете на начинающих металлургов придется сперва коснуться самого процесса плавки металла, т.к. требования к тиглю определяются в основном его условиями.
Немного о плавке
В глубоком вакууме переплавляемый металл высокой чистоты можно нагреть точно до температуры плавления или чуть выше, и выдержать при ней некоторое время, чтобы расплавились крошечные, буквально в несколько атомов, остатки кристаллитов. Затем металлу возможно дать остыть чуть ниже температуры плавления – он останется жидким, как перенасыщенный раствор без кристаллика-затравки. Если теперь металл вылить, также в вакууме, в форму из химически абсолютно инертного материала, в которую помещен затравочный кристаллик того же металла, то, соблюдая все тонкости данной технологии, получим монокристаллическую отливку, обладающую уникальными свойствами.
В любительских условиях вакуумная плавка, увы, неосуществима. Чтобы правильно самому изготовить тигель для плавки металла, нужно учесть ряд особенностей плавки в не инертной химически газовой среде. Переплавляемый металл, во-первых, взаимодействует с воздухом, отчего часть его теряется на образование окисла, что особенно важно при переплавке лома драгметаллов: при своей температуре плавления (1060 градусов Цельсия) даже золото заметно окисляется. Чтобы до некоторой степени компенсировать окисление, тигель должен создавать для расплава восстановительную среду или быть химически инертным, если металл плавится чистым открытым пламенем, см. далее.
Во-вторых, чтобы металл в тигле не застыл, пока его донесут до литейной формы, чтобы остатки исходных кристаллитов не испортили отливку, и расплав приобрел достаточную текучесть, металл в тигле перегревают. Напр., температура плавления цинка – 440 градусов, а его же литейная – 600. Алюминия, соотв., 660 и 800. Поскольку перегрев металла после расплавления требует некоторого времени, заодно происходит и дегазация расплава, это в-третьих.
Восстановление
В металлургии в качестве восстановителей используют преимущественно атомарный углерод C, моноксид углерода CO (угарный газ) и водород H. Последний чаще всего случайный гость, т.к. для данной цели слишком активен и поглощается металлами, не образуя с ними химических соединений, в больших количествах, что портит литейный материал. Напр., твердая платина при комнатной температуре способна поглотить до 800 объемов водорода. Платиновая болванка в водородной атмосфере буквально на глазах вспухает, трескается и распадается на куски. Если их вынуть их водородной камеры и нагреть, водород выделится обратно.
Примечание: сходным образом, но в меньших количествах, металлы поглощают/выделяют и другие газы, напр. азот. Именно поэтому требуется дегазация расплава, см. также ниже.
Заметную долю водородное восстановление имеет место при нагреве открытым пламенем газовой горелки, при его контакте с менее нагретой поверхностью. До порчи металла дело не доходит – поглощенный водород далее в процессе плавки выделяется и сгорает. Но, если к газопоглощению склонен и материал тигля, он во время плавки может треснуть и лопнуть, это нужно обязательно иметь в виду.
Восстановление CO заметно, если металл в тигле плавится открытым пламенем жидкостной (бензиновой, керосиновой, дизельной) горелки, по тем же причинам. Жидкое топливо сгорает много медленнее газа, и зона его догорания тянется на несколько см от сопла горелки. Восстановление угарным газом – самое, с точки зрения металла, чистое: оно не портит металл и не дает побочных продуктов при сильном избытке восстановителя. Поэтому восстановление CO широко используется в металлургии при выплавке металла из руды, но как сделать тигельную печь (см. далее), в которой компенсация окисления полностью обеспечивалась бы CO, пока никто не придумал.
Атомарный углерод восстановитель достаточно энергичный для того, чтобы компенсировать окисление. Создать с помощью C восстановительную среду в тигле также несложно: достаточно ввести свободный углерод в той или иной аллотропической модификации в состав его материала или весь тигель выполнить из жаростойкого и механически достаточно прочного аллотропа C; таковым является графит. При восстановлении C существует опасность науглероживания расплава, но графит выделяет при нагреве совсем немного атомарного углерода. Если греть металл в графитовом тигле газовым пламенем, то избыточный C тут же найдет себе более «вкусный» для него H и опасность науглероживания сведется к нулю. А для прочих способов нагрева (см. далее) можно подобрать размеры, конфигурацию тигля и присадку графита к его материалу так, что лишнего C просто не будет при любом мыслимом режиме плавки. Это очень ценное свойство графита, тоже имейте в виду.
Примечание: коэффициент температурного расширения графита ТКР отрицательный, что существенно компенсирует термическое расширение тигля, повышает его стойкость и увеличивает ресурс. Тоже ценное качество.
Выдержка
Итак, почему расплав в тигле нужно перегревать и выдерживать, понятно. Хотя литье из металла совсем другая тема, здесь все же нужно упомянуть, что время выдержки расплава следует соблюдать достаточно точно. Химически чистые металлы на практике почти не применяются, напр. золото 9999 очень быстро истирается; исключение электротехническая медь и цинк для оцинкови, они чем чище, тем лучше. Чаще всего используют т. наз. эвтектические сплавы; напр. сталь это эвтектика железа с углеродом, а дюраль – сложная эвтектика из нескольких компонент. Если дать расплаву перестояться, структура эвтектики в отливке изменится и готовое изделие выйдет порченым. Особенно критично время выдержки для бронзы и латуни: лить их нужно немедленно, как только игра расплава в тигле видимо изменится, станет спокойнее. Помните, как инженер Телегин в «Хождении по мукам» А. Н. Толстого беспокоился, как бы бронза не перестоялась?
Применительно к изготовлению самодельного тигля дегазация расплава при выдержке значима тем, что в это время он (тигель) испытывает значительные динамические нагрузки от пузырьков выделяющихся газов и/или игры самого расплава. Т.е., сделать тигель выдерживающим большое количество термических деформаций и, если требуется восстановительным, мало. Его материал должен быть и достаточно вязким, чтобы выдерживать ударные волны от лопающихся пузырьков и толчки от струй расплава. Именно этим обстоятельством объясняется низкая стойкость и надежность самодельных графитовых тиглей, (см. далее).
Из чего делать
Плавильные тигли изготавливаются (см. рис. ниже):
- керамическими химически нейтральными;
- керамическими графитированными;
- графитовыми;
- чугунными;
- стальными.
Их сравнительные характеристики таковы:
- Керамические нейтральные – используются для переплавки лома ювелирных изделий с сохранением пробы, т.к. при косвенном нагреве (см. ниже) свойств металла не изменяют. Самому сделать можно, но сложновато (см. далее) и стоит ли? Тигель для золота на 50 г стоит в ювелирном магазине до 100 руб. Без проблем пригодны для плавки в индукционной печи (см. далее), т.к. почти не поглощают энергию электромагнитного поля (ЭМП). Ресурс – 10-30 плавок.
- Керамические графитированные – пригодны для плавки любого металла; в домашних условиях до 1,5-2 кг за раз. Для использования в индукционной печи ее мощность на то же количество металла придется повысить в 1,5-2 раза вследствие поглощения ЭМП токопроводящим графитом. Самому сделать можно, см. далее. Ресурс – до 50 и более плавок.
- Графитовые – пригодны для переплавки старого, окисленного лома цветных и драгоценных металлов, т.к. создают сильную восстановительную среду. Плавка серебра открытым газовым пламенем в графитовом тигле позволяет почти полностью восстановить исходный вес окисленного металла. Самостоятельно не делаются, см. ниже. Ресурс – более 100 плавок.
- Чугунные – используются в основном для переплавки красной меди в бескислородную, т.к. активно поглощают кислород. Ресурс – до 30 плавок, а потом аморфный углерод из чугуна уходит и тигель деградирует.
- Стальные – самодельный дешевый вариант для плавки небольших количеств алюминиевых и магниевых сплавов и др. химически инертных в расплаве металлов. Возможно применение для переплавки небольших количеств свинца в рыболовные грузила и т.п.
Примечание: графитовые, чугунные и стальные тигли для использования в индукционных печах (см. далее) совершенно непригодны, т.к. полностью поглощают энергию ЭМП.
О графитовых тиглях
Графитовые тигли делают или точеными из массивного природного графита (дорогие), или спеченными при высокой температуре из графитового порошка (подешевле, но все равно не очень-то дешевые). Любители часто пытаются делать «графитовые» тигли из молотого графита на связующем из каолина и т.п., но это получаются не графитовые, а чрезмерно графитированные керамические тигли – хрупкие, выдерживающие не более 10 плавок и портящие металл вследствие избыточного выделения атомарного углерода мелкодисперсным графитом. Более-менее рациональный способ использования молотого графита в любительской тигельной плавке – сделать из него настольную мини тигельную печку для керамических нейтральных тиглей, см. рис.
Холодную сварку для сборки данной печи следует использовать на температуру не ниже 800 градусов – хорошо проводящие электричество щеки за время одной плавки не греются выше 400. Не намного более нагреется без тигля и графитовый порошок, но, когда тигелек в него вдавлен, он окажется в горячем пятне свыше 1000 градусов вследствие уплотнения порошка под тиглем.
Если плавится золото, то после окончания плавки и остывания печи графитовый порошок высыпают и перетряхивают, т.к. он спекается. Для плавки серебра и мельхиора порошок удаляют и перетряхивают через 3-5 плавок, так печь быстрее нагревается. В любом случае, чтобы держать восстановительную среду, печь во время плавки накрывают слюдяной крышкой.
Способы нагрева
Если требуется переплавить за раз более 150-200 г металла, то к тиглю понадобится соорудить и тигельную печь, иначе добиться однородности расплава и высокого качества отливки будет очень трудно. Исключение – легкоплавкий и легко восстанавливающийся свинец: его за один раз в домашних условиях можно переплавить до 20-30 кг. Относительное исключение – цинк для горячей оцинковки, его расплава в тигле без печи может быть до 2-2,5 кг, но поверх него обязательно нужно сыпать буру, чтобы зеркало расплава было полностью покрыто ее кипящим слоем. Стальной крепеж бросают в расплав сквозь слой буры.
Оптимальный во всех отношениях способ нагрева тигля в печи – газом, поз. 1 на рис., но газовая тигельная печь достаточно сложное сооружение, хотя и вполне может быть изготовлена самостоятельно. Наиболее подходящий тигель для газовой печи – керамический графитированный, т.к. его материал обладает довольно высокой теплопроводностью. При особо высоких требованиях к чистоте металла лучше использовать керамический нейтральный тигель. При пониженных для легкоплавких металлов – чугунный, как лучше проводящий тепло и тем самым экономящий топливо. Графитовые тигли в газовую печь ставят, только если требуется сильное восстановление старого окисленного металла, а опасность науглероживания несущественна, напр., при переплавке извлеченного из земли серебра на аффинаж
Для легкоплавких металлов часто наиболее экономичной оказывается электрическая тигельная печь, поз. 2; она может быть т. наз. омической (с нагревом нихромовой спиралью) или индукционной, с нагревом от генератора электромагнитных колебаний, см. ниже. В индукционной печи применимы только керамические нейтральные или, в ограниченных пределах, графитированные тигли.
Если тигель боле чем на 2-2,5 кг металла, то тигельную печь по правилам безопасности нужно делать опрокидывающейся (поз. 3), т.к. и 1 кг пролитого на пол расплава это уже большая беда. Металл в мелких ювелирных тиглях, наоборот, предпочтительно греть без печи, непосредственно пламенем горелки, поз. 4. В таком случае тигель все время плавки удерживают специальным пружинным захватом, поз. 5 и 6.
Примечание: серебро и его сплавы, а также свинец на грузила, в домашних условиях в количестве до 15-20 г можно плавить, используя вместо тигля… ложку из пищевой нержавейки, см. рис. справа. Для безопасности тогда надо сделать к губкам тисков прокладки с продольными пропилами под ручку ложки. Пламя – исключительно газовое; бензиновое может сжечь ложку.
Электронагрев
Омические тигельные печи используются в основном для плавки свинца или олова. Для более тугоплавких металлов они оказываются неэкономичными, но свинца в домашней тигельной электропечи за раз можно переплавить до 20 кг; как самому сделать электрический тигель для плавки свинца см. напр. видео:
Видео: электрический тигель для плавки свинца
Плавка алюминия в тигле, оказывается выгоднее индукционная вследствие его высокой электропроводности, но с медью этот фокус уже не проходит – ее температура и скрытая теплота плавления много больше. При индукционном способе плавки металл греют вихревые токи Фуко, для чего тигель с ним помещают в ЭМП катушки из толстого медного провода, питаемой переменным током от генератора электромагнитных колебаний. Как сделать своими руками генератор для индуктивного нагрева небольших количеств металла, напр., на безделушки, описано в других материалах, или, к примеру, см. след. видео руководство.
Видео: индукционный нагрев своими руками
С увеличением количества переплавляемого металла не только растет необходимая мощность генератора, но и падает оптимальная его частота, это сказывается т. наз. поверхностный эффект (скин-эффект) в металле. Если 100-200 г алюминия можно переплавить в ЭМП от любого самодельного генератора для , то установка на 1,5-2 кг дюраля или магниевого сплава представляет собой уже солидное сооружение, см. рис. справа. Если вы намерены работать с алюминием, то хорошенько подумайте – а стоит ли нечто подобное городить? Не проще ли выйдет мини газовая печь для плавки небольших количеств алюминиевых сплавов, см. напр. ролик
Видео: мини печь для плавки алюминия
Делаем тигли
Теперь пришло время сделать своими руками плавильный тигель. Из вышесказанного ясно, что своими руками имеет смысл делать тигли:
- Стальной;
- Керамический нейтральный;
- Керамический графитированный.
О стальных тиглях особо говорить нечего – это просто посудина из стали в приваренной ручкой. Используются стальные тигли для переплавки легкоплавких металлов; иногда – цинка на горячую оцинковку с качеством до 3+. Стальные тигли для свинца, олова и цинка пригодны только для плавки одного конкретного металла, т.к. после 1-2 плавок сами покрываются им изнутри.
Керамический нейтральный
Состав смеси для формирования керамического нейтрального тигля – 7 частей шамотной глины, 1 часть мелко молотого шамота (до фракции <1,5 мм) и 10 ст. ложек жидкого стекла (силикатного канцелярского клея) на 1 л сухой смеси. Молотый шамот в небольших количествах можно получить из кусков шамотного кирпича, растолченных в фаянсовой ступке (продаються в магазинах хозяйственных, медицинского оборудования и некоторых аптеках). Не жалко денег на крутизну – можно в сувенирном купить агатовую, они более стойкие. Если же вы собираетесь лить металл регулярно и довольно много, или делать тигли на продажу, то, возможно, лучше будет сделать для размола шамота цепную или шариковую мельницу.
Мельница для шамота
Шамот тонкого помола входит в состав сырья для формовки и нейтрального, и графитированного тиглей, причем качество и долговечность тигля во многом от него зависят, а дробление шамота кустарными способами весьма трудоемко и не дает вполне доброкачественного материала. Устройство цепной мельницы для минерального сырья показано на рис. справа. Материал – сталь. Цепей – 4; их подвешивают наперекрест так, чтобы горизонтальными они провисали на прим. на 1/3 диаметра бака. Вариант вместо цепей на 1 битый шамотный кирпич – 2-3 пригоршни шариков от подшипника. Новые покупные обойдутся дороже цепей, но старые от разбитых подшипников вполне пригодны. Привод любой: ручной, электрический. И цепная, и шариковая мельницы способны размолоть шамот в пыль вроде цемента; для получения определенных фракций мельницу останавливают ранее. Зев бака, чтобы не пылило, на время помола чем-нибудь прикрывают. Кирпич для размола достаточно бросить с высоты на твердый пол и получившиеся куски загрузить в мельницу.
Подготовка формовочной массы
Смешиваем сухую глину с молотым шамотом до полной гомогенности (однородности). Идеальный вариант – прокрутить 15-20 раз в той же мельнице; если она шаровая, то шарики в бак можно не бросать. Выгружаем перемешанную массу и добавляем понемногу воды (1,5-2,5 части), перемешивая уже вручную, до консистенции: сжатая в кулаке, слипается в комок, но не прилипает к коже и не продавливается между пальцами. Добавляем жидкое стекло, также размешивая до полной однородности, это самый трудоемкий этап.
Обезвоздушивание
Всего один оставшийся в массе для керамического тигля пузырек воздуха способен привести к тому, что тигель от нагрева лопнет. Поэтому из массы нужно выбить воздух. Для этого на твердый пол стелят чистую пленку; газету, как советуют в некоторых руководствах, не надо – масса наберется бумажных волокон.
Для выбивания воздуха весь ком массы с силой бросают на пол много раз. Практически – после того, как из шлепающейся массы перестали выскакивать пузырьки, еще не менее 10 раз.
Хранение
На хранение отбитую массу кладут в стеклянную посуду с герметически закрывающейся крышкой. В пластиковой и тем более завернутая с несколько слоев пленки масса пересыхает за несколько недель, и восстановлению не подлежит, а в стекле в прохладном месте хранится более полугода.
Использование
Тигли из полученной массы просто лепят руками либо формуют в разрушаемой гипсовой форме или в разборной, как описано далее. Отформованный тигель сушат, и, что для данной массы совершенно обязательно, после сушки отжигают в муфельной печи час-два при температуре 800 градусов. Именно при такой температуре жидкое стекло расплавится и крепко свяжет остальные компоненты. Ниже – тигель разрушится при первой плавке; выше – при отжиге. Это весьма существенный недостаток данной технологии, т.к. муфельная печь оборудование не из дешевых и не из простых, хотя . Максимальная рабочая температура полученных тиглей – до 1600 градусов; ресурс, при качественном помоле шамота – до 30 плавок.
Графитированный
Технология изготовления графитированных тиглей для плавки любых металлов, в т.ч. черного лома, при любом способе нагрева, хорошо описана в статье автора А. Ramir от 2006 г, (см. dendrite-steel.narod.ru/stat-ramir-3.htm). А. Ramir, судя по всему, самоучка, но тем более ему чести – его изделия вполне соответствуют хорошим промышленным образцам. Однако, во-первых, его статья много раз переписана рерайтерами, которые явно в своей жизни отливали не металл. Во-вторых, до нее в поиске не всегда доберешься, и чертежи почему-то не скачиваются, хотя они вроде в свободной раздаче. В-третьих, к материалам А. Ramir есть что добавить, не в обиду ему. Одно из правил техники гласит: в хорошей конструкции всегда найдется, что усовершенствовать. Поэтому повторим и дополним основные моменты указанной публикации.
Чертежи тиглей из упомянутой статьи даны на рис.:
В кг указан максимальный вес переплавляемой стали; на другой металл его нужно пересчитывать. Главную трудность в данном случае представляет изготовление опоки – круглой обечайки пресс-формы. Ее внутренняя поверхность коническая, иначе готовый тигель после формовки не извлечь, поэтому А. Ramir использовал точеные опоки.
Между тем опоку для любой из этих форм можно сделать из отрезка пластиковой трубы. Его в 3-х местах, внизу, посередине и вверху, перехватывают винтовыми хомутами, и греют изнутри феном. Подтягивая хомуты, получают поверхность не вполне коническую, но с тигля опока снимется. Нужно только использовать червячные хомуты (см. рис. справа) или их самодельные аналоги. Любой другой хомут деформирует трубу поперек. Опока из нее скорее всего сойдет с тигля, но он долго не прослужит или треснет при первой же плавке.
Состав смеси, примененной автором – 7 объемных частей молотого шамота, 3 части гончарной или печной глины и 1 часть молотого графита. А. Ramir дает и рецепт с 2 частями графита, но по восстановительной способности это явный перебор, а вероятность растрескивания тигля из смеси 7:3:1 сведется к нулю, если шамот растолочь в пыль в ступке или размолоть в мельнице (см. выше).
Вымачивать шамотный кирпич, как советует А. Ramir, нужно только перед дроблением описанным им кустарным способом. Сухие компоненты смешиваются до полной однородности в указанной последовательности (шамот, глина, графит) и затворяются водой при непрерывном перемешивании до консистенции, как описано выше. Выбивать воздух из этой массы нет необходимости, т.к. она обезвоздушивается в процессе формовки. Смесь не хранится, поэтому готовить ее нужно непосредственно перед изготовлением тигля.
Для формирования внутренней поверхности тигля нужно выточить из твердого дерева болван (залит серым на поз. 1-5 рис.), ошкурить его и, весьма желательно, пройтись по нему кожей до полной гладкости поверхности. В центре поверхности болвана, формирующей дно тигля, сверлят глухое отверстие и вставляют в него зубочистку или, лучше, круглую гладкую пластиковую палочку от ушной ковырялки. Спичка, которую использовал А. Ramir, вариант не лучший – при вытаскивании часто ломается, а изделие от этого идет в брак.
Примечание: использование любых смазок при формировании тигля недопустимо – они впитаются в его материал, и тигель от нагрева лопнет.
Форма наполняется смесью слоями по 15 мм, и каждый слой трамбуется деревянной трамбовкой. Это самый ответственный этап: пузыри и неравномерное уплотнение смеси недопустимы. Когда до верха опоки останется ок. 12 мм, смесь уплотняют уже точеной крышкой с отверстием под стерженек с центре, поз. 2. Смесь добавляют слоями по 1-2 мм, пока зазор между очень сильно прижатой крышкой и верхним краем опоки не достигнет 1-1,5 мм, поз. 3. Если зазор получился больше, часть смеси можно отобрать. Далее крышку снимают и стерженек из болвана осторожно вытаскивают пассатижами, крышку ставят обратно и форму переворачивают. К днищу болвана саморезами прикрепляют рукоять и, осторожно поворачивая его туда-сюда, вытаскивают из отливки.
Примечание: если стерженек в дно болвана не вставлять, его невозможно будет снять, не разрушив отливки – вакуум под болваном не даст.
Формирование тигля с плоским дном (который на 1,2 кг) имеет особенности – его болван просто так не вытащишь. Поэтому, когда трамбуемая масса поднимется до плоского верха болвана, на него укладывают кружок из туалетной или фильтровальной бумаги.
Теперь той же массой заделывают отверстие от стерженька и мелкие дефекты внутренней поверхности тигля. Она должна быть совершенно гладкой, иначе вероятность разрушения тигля при плавке довольно велика, так что после исправления дефектов ее нужно загладить. Лучший способ для этого – выстлать ее туалетной бумагой (поз. 4), вставить болван (поз. 5), и несколько раз провернуть.
Осталось снять опоку. Для этого ее вместе с тиглем переворачивают опять в рабочее (для тигля) положение, подставляют круглую деревянную чурку и осторожно стягивают опоку, поз. 5 и 6. Если опока пластиковая, то ее выступающий верхний край в нескольких местах немного отгибают наружу пальцами; скорее всего, опока после этого сойдет как по маслу.
И, наконец, готовую отливку сушат. Оборудование – кухонная плита с духовкой. Отливку ставят вверх дном на противень и помещают в духовку. Полчаса греют на самом малом газу, потом еще полчаса на среднем (температура по встроенному термометру – ок. 150 градусов) и еще 2 часа на полном. После этого огонь выключают и оставляют отливку в духовке остывать до завтрашнего утра. Открывать духовку во все время сушки нельзя!
Перед использованием тигель нужно проверить на скрытые трещины. Для этого его, держа кончиками пальцев за дно, по кругу сверху вниз простукивают ногтями. Каждый стук должен отзываться звоном. Если где-то не зазвенело – брак, плавить с таком нельзя. Отжиг для изготовленного по данной технологии тигля не требуется. Везде звенит – можно в нем сразу плавить.
А зачем?
У читателя, интересующегося домашней металлургией «для общего развития», может возникнуть вопрос: а к чему все эти хлопоты? Не все же бродят с металлоискателем в лесу после дождя, не все увлечены выплавкой булата дома, и далеко не у всех есть на примете центнеры старой электроники, из которых можно извлечь десятки граммов золота, платины, палладия.
Поинтересуемся тут же, в интернете, сколько стоит свинец в слитках. Затем, в ближайшем рыболовном магазине, а сколько – килограмм грузил из него? Сбавим вдвое, чтобы владелец наверняка соблазнился, и подсчитаем «навар».
Удивлены? Можно подняться и круче, если есть художественный вкус и навыки литься по выплавляемой форме. Материал для сравнения – бронзовый лом и статуэтки из нее же.
Но еще больше подъем будет на бронзовых винтах для маломерных судов. Правда, и сделать гребной винт много сложнее – нужно точно выдержать профиль, шаг и конфигурацию лопастей. А в целом тигельная плавка металла в домашних условиях дело очень выгодное. Было бы желание.
