Тигель: назначение, принципы плавки, изготовление, варианты, схемы. Индукционные печи для плавки металла Мини электродуговые печи для плавки стали самодельные

Сейчас печи с индукционной системой повсеместно используются в процессе плавки металлов. Ток, производимый в поле индуктора, способствует нагреву вещества, и эта особенность таких устройств является не только основной, но и важнейшей. Обработка приводит к тому, что вещество претерпевает несколько превращений. Первым этапом преобразования является электромагнитная стадия, после нее электрическая, а потом и тепловая. Температура, которую выделяет печка, применяется практически без остатка, поэтому такое решение является самым лучшим среди всех прочих. Многих может заинтересовать печь изготовленная. Далее будет рассказано о возможностях реализации подобного решения.

Типы печей для плавки металлов

Этот вид оборудования можно условно разделить на основные категории. У первой в качестве основания выступает сердечный канал, а металл размещается в таких печах кольцевым способом вокруг индуктора. У второй категории нет такого элемента. Этот вид имеет название тигля, и металл тут размещается внутри самого индуктора. Замкнутый сердечник в этом случае использовать технически невозможно.

Базовые принципы

Плавильная печь в данном случае работает на базе явления магнитной индукции. И тут имеется несколько компонентов. Индуктор - это важнейшая составляющая этого приспособления. Он представляет собой катушку, проводниками в которой служат не обычные провода, а медные трубки. Это требование выставляет сама конструкция плавильных печей. Ток, который проходит в индукторе, порождает магнитное поле, оказывающее воздействие на тигель, внутри которого расположен металл. В этом случае на материал возложена роль вторичной трансформаторной обмотки, то есть сквозь него проходит ток, нагревающий его. Так и осуществляется плавление, даже если сделана индукционная печь своими руками. Как построить такой тип печи и увеличить ее эффективность? Это важный вопрос, на который есть ответ. Использование токов повышенной частоты позволяет заметно увеличить степень эффективности оборудования. Для этого уместно использовать специальные блоки питания.

Особенности индукционных печей

Этот тип оборудования обладает определенными характерными чертами, которые являются как преимуществами, так и недостатками.

Так как распределение металла должно быть равномерным, полученный материал характеризуется хорошей однородной массой. Этот тип печи работает за счет транспортировки энергии по зонам, при этом представлена и функция фокусировки энергии. Для использования доступны такие параметры, как емкость, рабочая частота и способ футеровки, а также регуляция температуры, при которой происходит плавление металла, что заметно облегчает рабочий процесс. Имеющийся технологический потенциал печи создает высокий темп плавки, устройства являются экологически чистыми, совершенно безопасными для человека и готовыми к работе в любой момент.

Самым заметным недостатком такого оборудования является сложность его чистки. Так как нагревание шлака происходит исключительно за счет тепла, выделяемого металлом, этой температуры не хватает для обеспечения его полноценного использования. Высокая разница в температуре металла и шлака не позволяет делать процесс удаления отходов максимально простым. В качестве еще одного недостатка принято выделять зазор, из-за которого требуется всегда уменьшать толщину футеровки. Из-за таких действий спустя некоторое время она может оказаться неисправной.

Использование индукционных печей в промышленных масштабах

В промышленности чаще всего встречаются тигельные и канальные индукционные печи. В первых осуществляется плавка любых металлов в произвольных количествах. Емкости для металла в таких вариантах способны умещать до нескольких тонн металла. Конечно, индукционные плавильные печи своими руками в данном случае сделать невозможно. Канальные печи предназначены для выплавки цветных металлов разных видов, а также чугуна.

Этой темой часто интересуются любители радио-проектирования и радио-технологий. Сейчас становится понятно, что создавать индукционные печи своими руками - это вполне реально, а сделать это удавалось очень многим. Однако для создания подобного оборудования требуется воплотить в жизнь действие электрической схемы, которая содержала бы прописанные действия самой печи. Подобные решения требуют привлечения способных производить волновые колебания. Простая индукционная печь своими руками по схеме может быть построена с использованием четырех электронных ламп в комбинации с одной неоновой, подающей сигнал о том, что система готова к работе.

В данном случае ручка конденсатора переменного тока размещается не внутри прибора. Благодаря этому может быть создана индукционная печь своими руками. Схема прибора подробно описывает расположение каждого отдельного элемента. Убедиться в том, что устройство получилось достаточно мощным, можно, если воспользоваться отверткой, которая должна доходить до раскаленного состояния буквально за несколько секунд.

Особенности

Если вами создается индукционная печь своими руками, принцип работы и сборка которой изучается и производится по соответствующей схеме, вам стоит знать, что на скорость плавления в данном случае может повлиять один или несколько факторов, перечисленных далее:

Импульсная частота;

Гистерезисные потери;

Генераторная мощность;

Период выхода тепла наружу;

Потери, связанные с возникновением вихревых токов.

Если вами собирается печь индукционная своими руками, то при использовании ламп требуется помнить, что их мощность должна распределяться так, чтобы четырех штук было достаточно. При использовании выпрямителя получится сеть примерно в 220 В.

Бытовое применение печей

В быту такие устройства используются достаточно редко, хотя подобные технологии можно встретить в отопительных системах. Их можно увидеть в форме микроволновых духовок и В среде новых технологий данная разработка нашла широкое применение. К примеру, использование вихревых индукционных токов в индукционных плитах позволяет готовить огромное разнообразие блюд. Так как для разогрева им требуется очень мало времени, конфорку нельзя включить, если на ней ничего не стоит. Однако для использования таких особых и полезных плит требуется специальная посуда.

Процесс сборки

Индукционная своими руками состоит из индуктора, который представляет собой соленоид, произведенный из водоохлаждаемой медной трубки и тигля, который может быть изготовлен из керамических материалов, а иногда из стали, графита и прочих. В таком устройстве можно выплавлять чугун, сталь, драгоценные металлы, алюминий, медь, магний. Индукционные печи своими руками изготавливаются с емкостью тигля от пары килограмм до нескольких тонн. Они могут быть вакуумными, газонаполненными, открытыми и компрессорными. Питаются печи токами высокой, средней и низкой частоты.

Итак, если вас интересует индукционная печь своими руками, схема предполагает использование таких основных узлов: плавильной ванны и индукционной единицы, в которую включаются подовый камень, индуктор и магнитный сердечник. Канальная печь отличается от тигельной тем, что электромагнитная энергия преобразуется в тепловую в канале тепловыделения, в котором постоянно должно быть электропроводящее тело. Чтобы произвести первичный пуск канальной печи, в нее заливают расплавленный металл либо вставляют шаблон из материала, способного расправиться в печи. Когда плавка завершается, металл сливается не полностью, а остается «болото», предназначенное для заполнения канала тепловыделения для пуска в будущем. Если собирается печь индукционная своими руками, то для облегчения замены подового камня для оборудования он делается отъемным.

Компоненты печи

Итак, если вас интересует индукционная мини-печь своими руками, то важно знать, что ее главным элементом является нагревательная катушка. В случае самодельного варианта достаточно использовать индуктор, выполненный из голой медной трубки, диаметр которой составляет 10 мм. Для индуктора используется внутренний диаметр 80-150 мм, а количество витков - 8-10. Важно, чтобы витки не соприкасались, а расстояние между ними было 5-7 мм. Части индуктора не должны соприкасаться с его экраном, минимальный зазор должен быть 50 мм.

Если вами собирается печь индукционная своими руками, то вы должны знать, что в промышленных масштабах охлаждением индукторов занимается вода или антифриз. В случае малой мощности и непродолжительной работы создаваемого прибора можно обойтись и без охлаждения. Но при работе индуктор сильно нагревается, а окалина на меди может не просто резко снизить КПД устройства, но и привести к полной утрате его работоспособности. Самостоятельно невозможно сделать индуктор с охлаждением, поэтому потребуется его регулярная замена. Нельзя использовать принудительное воздушное охлаждение, так как корпус вентилятора, размещенного поблизости с катушкой, «притянет» к себе ЭМП, что приведет к перегреву и падению КПД печи.

Генератор

Когда собирается индукционная печь своими руками, схема предполагает использование такого важного элемента, как генератор переменного тока. Не стоит пытаться делать печь, если вы не владеете основами радиоэлектроники хотя бы на уровне среднеквалифицированного радиолюбителя. Выбор схемы генератора должен быть таким, чтобы он не давал жесткий спектр тока.

Использование индукционных печей

Данный тип оборудования получил широкое распространение в таких областях, как литейное производство, где металл уже прошел очистку и требуется придать ему какую-то конкретную форму. Так же можно получить некоторые сплавы. В ювелирном производстве они тоже получили распространение. Несложный принцип работы и возможность того, чтобы была собрана печь индукционная своими руками, позволяют повысить рентабельность ее использования. Для этой области можно использовать приборы с емкостью тигля до 5 килограмм. Для небольших производств такой вариант будет оптимальным.

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.

закрыть ×

В отличие от промышленного оборудования, самодельная печь для плавки металла - компактное приспособление. На таком портативном оборудовании можно вести выплавку, закалку или плавку цветных металлов.

Печь для плавки металла представляет собой корпус, изготовленный из шамотного кирпича. Связующим элементом является глина. Топка предназначена для горения угля. Снизу предусматривается отверстие, через которое ведется наддув в пекло. Внизу размещается чугунная решетка, которая называется колосником. На ней выкладывается кокс или уголь. Его можно снять со старой печи. Иногда огнеупорный кирпич, при формировании корпуса, укладывается на ребро. Готовая конструкция скрепляется снаружи металлическим поясом.

Печь для переплавки металлов должна иметь тигель. Это может быть эмалированный или чугунный казанок. Месторасположение тигля - рядом с горящим коксом. С целью улучшения поддува рядом устанавливают вентилятор. Оборудование применяется для выплавки стали, но можно использовать как печь для выплавки чугуна.

Электрические печи для плавки металла

Основу такой печи составляет асбест, который можно заменить кафелем. Электроды, установленные в плавильной печи своими руками должны иметь напряжение 25 В.

Изготавливаются они в следующем порядке:

Вытачиваются из щеток электрического мотора.
Сбору сверлятся отверстия 6 мм.
В них пропускается провод, сечением 5 мм.
Для закрепления проводки вбивается гвоздь.
С целью улучшения контакта с графитом, напильником, делаются насечки.

В качестве теплоизолятора, внутри печи выкладывается слюда. При подключении к сети нужно использовать понижающий трансформатор. После изготовления, печь включается и работает некоторое время в холостом режиме.

Муфельная печь

Муфельные печи часто используются для термообработки деталей. Такое оборудование характеризуется большим температурным диапазоном, от 20 до 1000 градусов.

Муфельная печь для закалки металла работает на разных видах энергии. Однако в домашних условиях лучше применять агрегат, работающий на электроэнергии. Закаливание ведется в муфеле печи.

Муфельная печь своими руками изготавливается за несколько этапов:

Изготовление муфеля ведется из шамотного кирпича. Из-за круглой формы корпуса печи, у них скашиваются углы. В каждом кирпиче выбираются канавки, куда ведется закладка спирали.
Если муфельная печь для плавки изготавливается из духовки, то внутри она обкладывается огнестойким кирпичом. В кладке прорезаются канавки для спирали.
Изготовленная из огнеупорного кирпича камера, помещается в корпус, сделанный из стали. На дно укладывается изоляция. Зазор между боковыми стенками камеры и корпуса составляет 4 см, куда вставляется утеплитель. Верх состоит из 2 слоев металла и утеплителя.
В корпусе сверлятся отверстия, и через них выводятся концы спирали, которые подключаются к сетевому кабелю.
В случае использования духовки, утеплитель не требуется. Он в ней уже предусмотрен.

Плавка алюминия

Изготовить печь для плавки алюминия своими руками вещь реальная. В промышленном производстве, агрегаты с названием - печи карусельного типа - очень дорогостоящие.

Чтобы понять, как сделать печь для плавки алюминия, нужно понять их принцип действия. Существует несколько видов, где проводится плавление цветного металла.

Мини-печь

Берется автомобильный диск и закапывается в землю так, чтобы верхний срез не выступал наружу. Посередине изготавливается отверстие для патрубка. Один конец пропускается в отверстие, а другой выводится наружу. На него одевается кулер, для нагнетания воздуха. Плавильня заполняется углями и алюминиевым ломом. Подается воздух и температура поднимается.

Металлический бак

Изготовить печь для алюминия можно из металлического бака. Например, корпуса стиральной машины с вертикальной загрузкой. Внутренняя часть конструкции выкладывается огнеупорным кирпичом. Снизу монтируется труба для подачи воздуха. Таким образом, получается переносное оборудование.

Из бутылки

Один из необычных способов, каким расплавляют алюминий. Вокруг бутылки наматывается проволока нихром. Предварительно поверхность бутылки смазывается маслом. Сверху наносится смесь жидкого стекла и глины. Просушивание ведется в течение недели. Затем наматывается еще слой проволоки и наносится глина. После 7 дней, бутылка вынимается и остается только термостойкая оболочка. К концам проволоки подключается напряжение для накаливания нихрома, а в очаг загружается сырье.

Плавка свинца

Электрическая печь для плавки свинца состоит из следующих элементов:

Круглый кожух, сделанный из нержавейки, внутри которого проложен утеплитель. Он прикреплен кронштейнами к стене.
Снизу подводится промышленный ТЕН.
Сверху расположен клапан поворотного типа.
Датчик, который находится на расстоянии 3 см от дна.
Сбоку расположен температурный регулятор.

Устанавливая регулятор на определенную температуру, прогреваем прибор. Находящийся внутри свинец плавится. В конце плавки, под низ подводится форма и открывается клапан. Расплавленный свинец заполняет внутреннее пространство формы.

Плавка меди

В домашних условиях для плавки меди можно использовать материал пенобетон. Вырезается из такого материала 2 цилиндра, диаметром 100 мм. Высота одного 100 мм, а второго 15. Накладывая один на другой, сверлится посередине отверстие диаметром 15 мм. В большем цилиндре, посередине, изготавливается отверстие в виде воронки на глубину 85 мм. В середине цилиндра, с наружной стороны, прорезается канавка и ведется стяжка проволокой. Она нужна для того, чтобы деталь не развалилась от температуры.

На газовую плиту, ставится переходник. Сверху располагается больший цилиндр так, чтобы конусная воронка была направлена вверх. Сверху накрывается маленьким цилиндром с отверстием. Зажигая горелку, опускают кусочек медного стержня в маленькое отверстие до упора в стенку воронки. Через минуту стержень расплавится.

Плавка золота и серебра

Печь для плавки золота легко сделать в домашних условиях. Она применима и для плавки серебра.

Порядок работы следующий:

Берется шамотный кирпич и разрезается на 2 части. Победитовым сверлом диаметра 48 мм, делается в одной половинке, в середине, сквозное отверстие. А во второй отверстие сверлится на половину высоты.
Через отверстие, проводится спираль и обе половинки стягиваются болтами, отверстия для которых сверлятся с боков.
Сверху устанавливается графитовый тигель.
Изготавливается металлический каркас и обе половинки вставляются в него.
Все боковые зазоры замазываются глиной.
К выведенным концам спирали подводится напряжение.
В тигель бросаются куски золота или серебра.
В процессе нагрева идет расплавление цветного металла.

Изготовление печей для плавки металла своими руками процесс сложный, но выполнимый. Для этого нужно изучить характеристики видов оборудования. Определиться какое из них наиболее предпочтительно к данным условиям. Затраты на изготовление быстро себя окупят.

Самодельная плавильная печь может быть изготовлена из графита, цемента, слюды или кафельной плитки. Размеры печи зависят от мощности электропитания и напряжения трансформатора на выходе.

Самодельная плавильная печь нагревается постепенно, но достигает значительного нагрева. Для данной конструкции надо устанавливать на электроды напряжение в 25 В. Если в конструкции будет использоваться промышленный трансформатор, то расстояние между электродами должно составлять 160-180 мм.

Процесс изготовления самодельной плавильной печи

Можно изготовить плавильную печь своими руками. Ее размеры составят 100х65х50 мм. В такой конструкции можно расплавить 70-80 г серебра или другого металла. Такие возможности для самодельного плавильного устройства являются очень хорошими.

Материалы и инструменты:

щетки от электрического мотора высокой мощности;
графит;
электродные стержни, используемые в дугоплавильных печах;
провод из меди;
гвозди;
слюда;
цементная плитка;
кирпич;
металлический поддон;
углеграфитовый порошок;
тонкопроводящий провод;
трансформатор;
напильник.

Чтобы изготовить плавильную печь своими руками, для электродов можно применить щетки от электромотора высокой мощности. В них имеется отличный токоподводящий провод.

Если вы не сможете приобрести такие щетки, то их можно выполнить своими руками из куска графита. Можно использовать стержень-электрод, который применяется в дугоплавильных печах.

По бокам в этом стержне надо сделать 2 отверстия, имеющие диаметр 5 мм, затем для придания прочности аккуратно забить туда гвоздь, подходящий по размеру. Для улучшения контакта с графитовым порошком при помощи напильника надо выполнить сетчатую насечку на внутренней поверхности этих электродов.

Для изготовления внутренней поверхности стенок печки используют слюду. Она имеет слоистую структуру и поэтому может быть использована как хороший теплоизолирующий экран.

Снаружи поверхность конструкции надо покрыть цементной или асбестовой плиткой, которая имеет толщину в 6-8 мм. После монтажа стенок их надо обвязать медной проволокой.

В качестве изолирующей подставки для устройства нужно использовать кирпич. Снизу устанавливают металлический поддон. Он должен быть эмалированным и иметь по бокам бортики.

Затем надо изготовить углеграфитовый порошок. Его можно приготовить из ненужных стержней. Работу лучше выполнять напильником или ножовкой по металлу.

При использовании печки графитовый порошок постепенно выгорает, поэтому его нужно иногда досыпать.

Для работы устройства используют понижающий трансформатор с напряжением в 25 В.

При этом сетевая обмотка трансформатора должна иметь 620 витков медного провода, который имеет диаметр 1 мм. В свою очередь, понижающая обмотка должна иметь 70 витков медного провода. Этот провод должен иметь изоляцию из стекловолокна и прямоугольное сечение размерами 4,2х2,8 мм.

Вернуться к оглавлению

Как изготовить трансформатор?

Если вы не сможете купить трансформатор, обладающий достаточно высокой мощностью, его можно изготовить из нескольких однотипных трансформаторов с более низкой мощностью. Они должны быть рассчитаны на одинаковую величину напряжения в сети.

С этой целью необходимо соединить параллельно выходные обмотки этих трансформаторов.

Можно изготовить . Для этого надо приготовить Г-образные металлические пластины, имеющие внутреннее сечение 60х32 мм. Сетевая обмотка такого трансформатора выполняется из эмалированного провода с сечением в 1 мм. Она должна иметь 620 витков. При этом понижающая обмотка выполняется из провода, имеющего прямоугольное сечение размерами 4,2х2,8 мм. Она должна иметь 70 витков.

После монтажа печи ее подключают к трансформатору при помощи медного провода, имеющего толщину в 7-8 мм. Провод должен иметь наружную изоляцию, для того чтобы в процессе работы печи не произошло короткого замыкания.

Когда печь будет полностью готова к работе, ее надо хорошо прогреть. При этом должны выгореть органические вещества в составе конструкции. Во время этой процедуры помещение должно хорошо проветриваться.

Устройство будет работать без копоти. После этого проводят проверку работы печи. Если все работает нормально, то можно приступать к эксплуатации прибора.

Вернуться к оглавлению

Как выполняют плавку металла в печи?

Плавку металла выполняют следующим образом. При помощи маленькой лопатки (в центре печки) в графитовом порошке надо сделать небольшую лунку, положить туда металлический лом и закапать его.

Если куски металла, подлежащего плавке, имеют различные размеры, то прежде всего укладывают большой кусок. После того как он расплавится, кладут мелкие кусочки.

Для того чтобы проверить, расплавился ли уже металл, можно немного покачать агрегат. Если порошок будет колыхаться, значит, металл расплавился.

После этого надо подождать, когда заготовка остынет, затем перевернуть ее на другую сторону и опять расплавить.

Такую процедуру нужно повторять несколько раз, до тех пор, пока металл не примет форму шара. В этом случае считается, что плавка металла выполнена качественно.

Если необходимо расплавить опилки или металлическую стружку недорогих металлов, надо засыпать их в лунку порошка и выполнять обычную плавку.

Более дорогие или драгоценные металлы надо положить в стеклянную ампулу из-под лекарственных препаратов и плавить вместе с этой ампулой. При этом на поверхности расплавленного металла образуется пленка из стекла, которую легко можно удалить, поместив его в воду.

Металлы, которые плавятся легко, нужно класть в железную посуду. Если нужно выполнить сплав различных металлов, то в печь кладут сначала металл, который хуже плавится. После того как он расплавится, добавляют легкоплавкий. Например, для получения сплава меди с оловом надо сначала поместить в порошок медь, а потом – олово. Для получения сплава меди и алюминия плавят сначала медь, а потом – алюминий.

В данном устройстве можно плавить такие металлы, как олово, железо, медь, алюминий, никель, серебро, золото. После плавки металла его подвергают ковке. Его куют на наковальне при помощи молотка. При этом надо часто раскалять заготовку на огне докрасна, а затем снова ковать молотком. После этого металл помещают в холодную воду, а затем снова обрабатывают молотком, пока заготовка не приобретет необходимые размеры.

Ни в коем случае нельзя расплавлять такие металлы, как свинец, магний, цинк, кадмий, мельхиор, так как, выгорая, они образуют очень токсичный желтый дым, который губительно действует на здоровье человека. Нельзя плавить серебряные контакты от реле и других приспособлений, потому что они содержат до 50% кадмия.