В чем плавят металл

Плавка металла в домашних условиях

Уже давно мужчины стали думать о том, как создать собственную печь для плавки металла в домашних условиях. Она должна быть портативной и соответствовать всем условиям. На производстве установлены печи для плавки большого количества металла. В домашних условиях можно собрать печь для плавки до пяти килограмм алюминия. Рассмотрим, как сделать плавильню в домашних условиях.

Оборудование и материалы, которые понадобятся

Для того, чтобы произвести плавку металла необходимо купить следующие компоненты для изготовления:

• огнеупорный кирпич;
• гвозди;
• трансформатор;
• медный провод;
• графит;
• слюда;
• асбестовые и цементные плитки;
• газовая горелка;
• тигель.

Размеры будут варьироваться от желания собирающего ее. Лучше создать небольшую печь для переплавки металлов, если вы хотите ее использовать только для своих нужд. Вы потратите меньше времени на ее изготовление, и на разогрев ее будет тратиться малое количество киловатт. Если вы делаете ее на солярке или на угле, то не забудьте про установку теплоизоляции и поддува воздуха.

В электропечи плавятся такие металлы, как железо, никель, олово, медь. Напряжение на выходе в электропечи должно быть больше, а значит и расстояние между электродами будет увеличиваться. Щетки от электромотора подойдут вместо электродов.

Пошаговая инструкция

Как сделать плавильную печь в домашних условиях -прочтите в следующей инструкции:

• Устанавливается высокочастотный генератор переменного тока.
• Обмотка в виде спирали. Изготавливается из медной проволоки.
• Тигель.

Все эти элементы помещаются в один корпус. Чашечка для плавления помещается в индуктор. Обмотка подключается к источнику питания. Когда включается ток, то появляется электромагнитное поле. Образовавшиеся вихревые токи проходят сквозь метал в чашечке и нагревают его. Происходит плавление.

Самодельная муфельная печь

Положительные свойства индукционной печи в том, что при переплавке металлов получается однородный расплав, не испаряются легирующие компоненты, а плавление происходит довольно быстро. К тому же установка такой печи не вредит экосистеме и безопасна для использующего ее.

Охлаждение можно сделать с помощью вентилятора. Только последний должен располагаться как можно дальше от печи, иначе обмотка его будет служить дополнительным замыканием вихревых потоков. Это понизит качество плавления.

Печь из колесного диска

Особенности плавления некоторых металлов

Для того, чтобы расплавить металл в домашних условиях этот элемент необходимо поместить в небольшую чашечку или тигель. Чашка с материалом вставляется в печь. Затем начинается его плавка. Чтобы расплавить драгоценные элементы их помещают в ампулу из стекла. Для того, чтобы сделать сплав из нескольких компонентов следуют такой инструкции:

• Вначале в чашечку для плавления кладется тугоплавкий элемент – медь или железо.
• Затем кладется более легкоплавкий компонент – олово, алюминий.

Плавка алюминия в самодельной печи

Сталь является тугоплавким материалом. Ее температура плавления составляет тысячу четыреста градусов по Цельсию. Поэтому, чтобы расплавить сталь в домашних условиях надо следовать следующей инструкции:

• Для плавки стали в домашних условиях ввести дополнительные регенераторы. Если печь работает на электричестве, то используется электроэнергия.
• При индукционном нагреве добавляются шлаки. Они увеличивают быстроту плавки.
• Постоянно вести наблюдение за показаниями приборов. Если необходимо, то понижать температуру плавления, переходя на более умеренный режим.
• Всегда верно определять готова ли сталь к работе или к плавлению. Выдерживать все вышеперечисленные шаги. Только тогда металл на выходе будет качественного изготовления.

Для плавки железа в домашних условиях печь необходимо заранее прогреть. Вначале помещается крупный кусок, а потом мелкие. Железо необходимо вовремя переворачивать. А правильно расплавленный металл будет иметь шаровидную форму.

Если вы собираетесь сделать бронзу, то вначале необходимо поместить в лунку для плавления медь. Так как этот компонент более тугоплавкий. Когда медь расплавилась добавляется олово.

Ни в коем случае нельзя плавить такие элементы, как кадмий, свинец или цинк. При выгорании они образуют ядовитый дым желтоватого цвета.

А при плавке алюминия, олово или железа необходимо соблюдать неспешность. Расклепывать медленно и делать это надо небольшим молотком. Часто нагревайте материал до покраснения и остужайте в холодной воде. Только тогда вы получите идеальный сплав на выходе.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Производственный процесс: Как плавят металл

H&F побывал на Новолипецком меткомбинате и узнал, как там делают чугун и сталь.

Новолипецкий комбинат производит 17% всей российской стали. Его строительство началось в 1931 году, а 7 ноября 1934 года доменная печь дала первую партию чугуна. В годы войны производство эвакуировали в Челябинск, после её окончания завод вернулся обратно и в советские годы активно рос: число доменных печей увеличилось до шести, а в 1986-м заработал крупнейший на тот момент в Европе цех прокатки динамной стали. В ходе приватизации завод перешёл в частную собственность — сейчас группой НЛМК, в которую также входит несколько угольных месторождений в России и заводы за рубежом, владеют структуры Владимира Лисина. В прошлом году на липецкой площадке было произведено 12,4 млн тонн металла. Завод выпускает горячий, холодный и горячеоцинкованный прокат, прокат с полимерным покрытием, чугун, слябы и электротехническую сталь.

Новолипецкий металлургический комбинат (НЛМК)

выручка в 2013 г.

Площадь предприятия — 28 кв. км. В 2011 году на комбинате открылась новая доменная печь «Россиянка». Всего на предприятии их семь. Доменная печь состоит из пяти элементов: колошника для загрузки сырья, высокой шахты для нагрева материалов и восстановления железа, цилиндрического распара для плавки металла, заплечиков, где образуется восстановительный газ, и горна. Домна работает непрерывно — остановка производства даже на короткое время потребует длительного восстановления.

Шихтовые материалы, заполняющие всю печь, непрерывно опускаются вниз под действием силы тяжести, а снизу вверх поднимается горячий газ, который нагревает шихту и участвует в восстановительных процессах металла. В горне при температуре 1 800–2 000 °С сгорает кокс. Он соединяется с кислородом в воздухе и образует углекислый газ. Под влиянием высокой температуры газ превращается в оксид углерода, который отнимает у железорудных материалов кислород, восстанавливая железо. Так, стекая вниз через слой раскалённого кокса, железо насыщается углеродом и превращается в чугун.

Чугун скапливается в нижней части печи — горне. На его поверхности собирается шлак — более легкий слой пустой породы. Потом расплавленный металл выпускают через лётки. Чугун разливают в ковши и везут в конвертерный цех, шлак попадает в чаши, которые идут в цех переработки. Потом он может использоваться в строительстве.

Для выплавки стали на комбинате используют конвертеры — ёмкости грушевидной формы, обложенные изнутри огнеупорным кирпичом.

При производстве стали из чугуна путём окисления удаляются примеси. Через вертикальную водоохлаждаемую фурму вдувается технически чистый кислород, который окисляет примеси (углерод, кремний, марганец, фосфор и серу), переводя их в шлак или газовую фазу. После этого металл поступает в цех горячей прокатки.

Она начинается с предварительного разогрева металлических слитков (слябов) до температуры 1 150–1 250 °С в печах прокатного стана. Затем слябы выдаются на рольганг, который перевозит их к черновой группе из пяти клетей.

Гидросбивы струёй воды под давлением 12,0–16,0 МПа очищают поверхность металла.

Из черновой группы клетей прокат везут к чистовой группе клетей — здесь заготовка приобретает свою конечную толщину.

Затем полоса поступает на одну из трёх моталок, где металл сматывают в рулон (температура смотки — около 650 градусов). На выходе получается горячекатаный прокат.

Этот металл используется в строительстве, производстве оборудования, энергетическом и сельскохозяйственном машиностроении, производстве труб, автомобилей и бытовой техники.

Металлургия — как надо плавить металлы, чтобы они выдерживали любые условия

История металлургии, и в первую очередь металлургии железа, уходит в седую древность, когда древних энергетиков перестал удовлетворять каменный топор. Его сменил бронзовый, а потом и железный. Поначалу производство железа было примитивным — его выплавляли даже из болотной руды в примитивных плавильных горнах. Это железо было низкого качества.

И у оружейников, и у производителей инструмента тех времен была одна и та же проблема — изделия из твердого железа были крайне хрупкими и постоянно ломались, а те что, из мягкого, стремительно тупились. Над решением этой задачи колдовали веками лучшие кузнецы и алхимики своего времени. Больше всего расстраивал металлургов побочный продукт плавки — чугун. Этот сплав железа и углерода отличается твердостью, но и исключительной хрупкостью, то есть непригодный для производства чего-либо методом ковки — он просто рассыпался на куски. Его столетиями выбрасывали в отвалы. Но в ХIV веке кто-то вновь загрузил чугун в печь и переплавил его вместе с новой рудой. Это позволило наладить производство стали.

В начале XVIII века стали расти требования к качеству стали. Процесс придания стали различных качеств называется легированием, и он был известен достаточно давно, но был весьма сложным и хлопотным делом. То, что годилось для меча правителя, не годилось для заступов лопат, передаточных колес, шестерен и других изделий. В 1740 году Бенджамин Хантсмен в поисках рецепта стали для изготовления пружин и маятников разработал так называемую тигельную технологию изготовления стали, которая позволяла делать сталь разных свойств.

В первой половине XIX века Якоб Берцелиус и Иоганн Карстен смогли сформулировать представления о влиянии фосфора и серы, а также кислорода на свойства стали. Исследования показали также изменения свойств стали при добавке в ее состав других металлов. Чтобы объективно оценивать свойства различных сплавов, пришлось развивать раздел механики о прочностных свойствах, известный как «сопротивление материалов». Многие ученые отметились на этом поприще, в частности, значительный вклад внес в изучение сплавов известный физик Майкл Фарадей.

Во второй половине XIX века появились не только новые способы получения стали, но и новые потребности. В частности, была нужна сталь, которая использовалась бы для изготовления тех же самых труб, которые стали все шире использоваться в поиске и добыче нефти. Пионером в деле создания такого инструмента стал Робер Мюше, который создал в 1864 году легированную вольфрамом сталь, твердость которой не падала при нагревании, а даже росла. Появились сплавы устойчивые к истиранию, как, например, победит — сплав вольфрама и кобальта, созданный в СССР в 1929 году. Победит уже скоро 100 лет как используется для буровых коронок благодаря своей твердости и стойкости. Режущие элементы из победита используются также в пилах по камню и другом инструменте с особо тяжелыми условиями работы.

Таким образом, к началу ХХ века сформировался целый комплекс научных дисциплин, связанных с созданием новых сплавов с заданными свойствами, обусловленными конкретными нуждами промышленности.

Например, свои требования выдвигает буровая индустрия. Собственно бурильные трубы, обсадные, турбобуры и прочий инструмент должны быть изготовлены из соответствующих сплавов. Особые требования предъявляются и к трубам для магистральных нефте- и газопроводов.

Металлургия — как надо плавить металлы, чтобы они выдерживали любые испытания

Так, если до 50-х годов ХХ века трубы производились из обычной, легированной хромом или марганцем, стали, то уже в следующем десятилетии металлурги предложили трубопрокатчикам другую, более качественную, сталь. Причина была проста — обычная сталь склонна к хрупкому разрушению, которое становится тем более вероятным, чем ниже температура.

Именно поэтому сначала появилась новая кремнемарганцевая сталь, трубы из которой могли выдержать гораздо большее давление. А снижение содержания углерода повысило вязкость этой стали. Совершенствовалась также прокатка металла. Однако новые проекты поставили новые требования — трубы должны были быть еще более устойчивыми к низким температурам, металл должен был быть еще более вязким и прочным.

Сейчас российские производители, в частности Челябинский трубопрокатный завод, выпускают трубы из стали нового поколения. Эти новые сорта стали позволяют поднять рабочее давление и прокладывать трубопроводы в условиях Крайнего Севера и в холодных морях.

Ученые тем временем колдуют над новыми сплавами, которые будут востребованы уже очень скоро, — они потребуются для трубопроводов повышенного давления, поскольку повышение давления — это прямой путь и к повышению экономической эффективности трубопроводов. Буровики требуют новых инструментов — жаро- и хладостойких одновременно, прочных, но легких. Отдельная страница — это разработки металлов для установок нефте- и газохимических предприятий.

Плюс турбины тепловых электростанций, котельные и многое другое — все нуждается в своих металлах и их сплавах, которые надо рассчитать, создать, исследовать и только потом отправлять машиностроителям, которые создадут из них нужную продукцию. Так что то, что может показаться «простой железякой», на самом деле является продуктом серьезных научных исследований, конца-краю которым не видно.

Плавка металла

Поступающие для плавки частицы одного или нескольких металлов загружаются в специальные плавильные печи, под влиянием высокой температуры доводятся до жидкой однород­ной массы, которая отливается в формы для получения слитков.

Материал, поступающий в плавку, называется шихтовым, или шихтой. Шихта может быть в виде чистых металлов, брако­ванных слитков и изделий, лома, обрезков, стружки и опилок и других отходов ювелирного производства.

Шихтовый материал в зависимости от степени и характера загрязнения подвергается различной обработке.

Возвратные отходы от переработки драгоценных металлов своего производства (литники, высечка, стружка, обрезки и др.), не вызывающие сомнения в отношении содержания основных и легирующих компонентов, поступают в плавку без предваритель­ной подготовки.

Отходы драгоценных металлов (опилки, мелкие обрезки, стружка), загрязненные в процессе работы, проходят очиститель­ную обработку и только после этого поступают в плавку.

Шихтовые материалы, загрязненные вредными примесями (металлами, не отвечающими составу сплава; материалами, отрицательно влияющими на свойства сплава, и т.д.), подверга­ют предварительной плавке, а затем отправляют на аффинаж­ные заводы или на заводы вторичных драгоценных металлов.

Очистка шихты. Отходы драгоценных металлов, возвращаю­щиеся от рабочих (опилки, стружка, мелкие обрезки и т.д.), не могут быть не загрязнены. Очистительной обработкой этих отходов занимаются сами рабочие. Собранные опилки прокали­вают в муфельной печи для удаления всех сгорающих примесей (дерева, воска, щетины от щеток, бумажной и другой пыли). Остывшую шихту разрыхляют и тщательно промагничивают для извлечения стальных примесей (опилок, обломков лобзиковых пилок и сверл, окалины). Очищенные таким образом отходы драгоценных металлов можно считать подготовленными к плавке для определения слитка на пригодность к дальнейшему исполь­зованию.

Сплавляют для различных целей — соединения частей одного металла в один слиток, приготовления сплавов и припоев (легко­плавких, легкотекучих сплавов), освежения сплава и т. д.

Плавку драгоценных металлов производят в индукционных печах с графитовым тиглем.

Шихтовый материал загружается в тигель — огне­упорный сосуд плавильной печи, в котором расплавляют металл. Последовательность загрузки зависит от величины и состояния шихты (крупные куски, слитки или мелкие обрезки, стружка и т.д.), состава и температурных характеристик компонентов, входящих в сплав.

Порядок загрузки и плавки шихты. При плавке однородного металла шихту можно загружать в тигель одновременно, если плавильная печь обеспечивает быстрый нагрев шихты. В против­ном случае, сначала загружают крупные куски или брикеты, а по мере их расплавления добавляют мелкие обрезки и другие от­ходы. Расплав из золота нагревают до 1200…1250°С, серебра — до 1100…1150оС.

Для приготовления двойных золотосеребряных сплавов за­грузку шихты начинают с серебра. Его загружают на дно тигля, а сверху засыпают золото и расплавку ведут одновременно, если куски шихты приблизительно одного размера. Если же величина шихтовых материалов различна, то загружают сначала крупные куски, а по мере их расплавки добавляют мелкие, серебряные или золотые. Температура нагрева расплава для золотых сплавов с содержанием до 30 % Ag- 1200…1250°С, для сплава с содер­жанием 40…70 % Ag- 1180…1240°С, для сплава с содержанием 80% Ag- 1170…1230°С.

При легировании золота медью (приготовление двойных золотомедных сплавов) плавку шихты начинают с золота. Если величина шихтовых материалов различна, то плавят раньше слитки и крупные куски золота, а затем догружают мелочь. Медь загружают только после того, как полностью расплавится золо­тая шихта. Для всех сплавов с содержанием меди в качестве медной лигатуры используют прокат марок не ниже M1. Расплав, содержащий до 2 % Сu, нагревают до 1190…1250°С; 8,4 % Сu- до 1180… 1240°С; 42,7% Сu- до 1150…1230°С.

При приготовлении тройных золотосеребряномедных сплавов сначала загружают золото и серебро, а затем в золотосеребряный расплав — медь. Нагрев расплава производится: для сплава 958-й пробы до 1180…1240°С; 750-й — до 1180…1200 °С; 583-й — 1080…1200°С; 500-й — 1070…1160°С; для сплавов 375-й пробы до 1120…1230 °С.

Загрузку золотоникелевомедного сплава начинают с золота. После его расплавления догружают никель и медь. Тигель нагре­вают на 150…250° выше температуры полного расплавления.

При плавке серебряных сплавов загрузку тигля начинают с серебра и после полного расплавления загружают медь. Для сплавов серебра 875-й пробы и выше температура нагрева 1090…1140°С.

Плавку золотых припоев с содержанием легкоплавких метал­лов цинка и кадмия можно производить двумя способами: 1) цинк и кадмий вводят в расплав в последнюю очередь подо­гретыми до температуры 150°С; 2) сначала создают промежу­точные лигатуры легкоплавких металлов с медью при постепен­ном нагревании металлов, а затем сплавляют весь набор сплава.

Защитные покровы, флюсы, раскислители. При плавке драго­ценных металлов и сплавов для предохранения расплавов от окисления, насыщения кислородом и другими газами из окру­жающей среды, а также для верхней теплоизоляции расплавов (для сокращения расходов, теплоты на плавку) применяют сле­дующие защитные покровы: древесный уголь, буру, борную кис­лоту, хлористый кальций, хлористый натрий, хлористый калий, хлористый барий.

Флюсы очищают расплавы от нежелательных компонентов, загрязнений и примесей путем окисления и перевода оксидов в шлаки. В большинстве случаев в качестве флюсов используются те же вещества, что и для защитных покровов.

Раскислители восстанавливают окисленные компоненты рас­плава до металлов для повышения его жидкотекучести и качест­ва отливаемых слитков. Для драгоценных сплавов раскислителями являются цинк, фосфористая медь и марганцовокислый калий.

При выборе защитных покровов, флюсов и раскислителей необходимо учитывать характер их взаимодействия с расплава­ми и отдельными компонентами расплавов. Например, древесный уголь, один из лучших защитных покровов для серебра и его сплавов, не пригоден для платины, так как платина, металлы платиновой группы и никель, а также сплавы с содержанием этих металлов при плавке подвержены науглероживанию. Недо­пустимо также применение угля совместно с калиевой селитрой и поташом, так как эти флюсы при нагревании в присутствии углерода образуют взрывоопасные соединения.

Древесный уголь может выполнять роль как защитного по­крова, так и флюса. Для плавок драгоценных металлов и спла­вов лучшим считается хорошо прокаленный березовый уголь. Температура вспышки угля 250…300°С. Уголь прокаливается без доступа воздуха до вишнево-красного цвета. Хранится в су­шильных шкафах при температуре на 20…50° выше температуры окружающей среды. В качестве защитного покрова может быть применен при плавке серебра, серебряно-медных сплавов, золота и золотых сплавов без содержания платины, металлов платино­вой группы и никеля.

Бура (плавленая) используется в качестве флюса и защит­ного покрова при плавке драгоценных металлов. Обладает свой­ством хорошо отшлаковывать оксиды многих металлов и шлако­вых включений. Расплавленная бура обладает хорошей смачи­ваемостью. Находясь в шихте, она обволакивает нерастворимые тугоплавкие включения и оксиды и поднимает их на поверхность. Переплавленную, мелкоистолченную и прокаленную при темпе­ратуре 450°С буру хранят в сухой посуде с притертой пробкой. В качестве флюса и защитного покрова бура может применяться для всех драгоценных металлов и сплавов, как самостоятельно, так и в сочетании с другими флюсами. Для лучшего скольжения расплава по стенкам бурой покрывают рабочую часть тигля.

Борная кислота (плавленая) используется в качестве флюса при плавке золотых сплавов.

Буру или борную кислоту засыпают на дно прогретого тигля до загрузки шихты, таким образом, смачивая частицы металла до начала их окисления.

Смесь поташа с бурой (1:1 по массе) применяют как флюс при очистительных плавках. Смесь должна быть прокалена. Флюс вводят порциями. При загрязнении шихты нежелательны­ми металлами применяют смесь буры с калиевой или натриевой селитрами.

При плавке драгоценных сплавов с селитрой можно повысить пробу сплава до 20 ед. При плавке с селитрой шихту нагревают под покровом буры до температуры отливки и в расплав двумя- тремя приемами вводят селитру.

Другие флюсы — хлористый кальций, хлористый барий, хло­ристый натрий, хлористый калий — также применяют при очис­тительных плавках. Свойства и действие флюсов однотипны. Температура плавления 772…925°С. Образуют хорошие защит­ные покровы для сплавов с температурой плавления до 1300°С. Хлористый кальций, хлористый барий, хлористый натрий или хлористый калий, как и буру, применяют в переплавленном, измельченном и прокаленном виде.

Лучший раскислитель для золотых сплавов — цинк. Его вво­дят из расчета 0,05…0,1 % от массы шихты. Для серебряных сплавов используют фосфористую медь.

Процесс плавки. Перед загрузкой шихты в тигель следует проверить исправность плавильной системы и подготовить для отливки слитка изложницы. Тигель перед загрузкой в него метал­ла прогревают, на дно прогретого тигля засыпают флюс из рас­чета 1 % от массы шихты. Затем в тигель загружают шихту и задают нужную температуру. После расплавления шихты рас­плав покрывают небольшим количеством свежего флюса и пере­мешивают. Не понижая температуры нагрева, расплаву дают отстояться, чтобы флюс отшлаковал ненужные оксиды и приме­си, вводят раскислитель. В расплавы припоев и сплавов, содер­жащих цинк, раскислитель не вводится в связи с достаточным количеством компонентов, выполняющих роль раскислителя. Из­ложницы, нагретые до 100°С для удаления следов влаги, нати­рают технологической смазкой и устанавливают для отливки. После этого расплав отливают через сливной желоб тигля в изложницы, и после полной кристаллизации и выдержки слиток извлекают.

На предприятиях, оборудованных плавильными комплексами, плавку и отливку производят в центробежных или вакуумных установках.

В условиях мастерских, не оборудованных плавильными печа­ми, шихту нагревают газопламенной горелкой. Плавку проводят в специальных тигельках (плошках), рассчитанных для массы металла не более 30 г. Плошки изготовляют из смесей на основе огнеупорной глины, каолина, графита, шамота. В этих же целях можно использовать шамотный кирпич или кусок древесного угля, обмазанного огнеупорной глиной. Используют также плош­ки из кварцевого стекла. Но самой доступной в любых условиях является плошка, изготовленная из асбестового картона толщи­ной 6…8 мм. Обрезанный по размеру картон увлажняют и при­дают ему форму легкого прогиба (углубление не должно превы­шать 6…7 мм, чтобы не создать эффект отраженного пламени), сушат и перед плавкой глазуруют бурой. Асбестовый тигелек выдерживает 3…4 плавки. Однако все эти тигельки недолговечны, застывающая бура отслаивает глиняную обмазку, а кварцевый тигелек сразу после отливки резко охлаждают в воде, иначе, бура, остывая, разрывает поверхность кварца. Плавку припоя в плошках осуществляют с добавлением легкоплавкого компонента под слегка пристывший слиток с продолжением плавки.

Слитки трехкомпонентных сплавов «золото — медь — сереб­ро» при охлаждении ниже 450°С сохраняют первоначальную кубическую гранецентрированную решетку и свойства твердого раствора, поэтому слитки необходимо подвергать резкому охлаж­дению. Это придает им мягкость и пластичность.

Для отливки слитков драгоценных металлов используют чу­гунные и стальные изложницы (рис. 3). Изложница, или ингус, представляет собой металлический брусок с выфрезерованным пазом по форме будущего слитка. Нерабочая стенка изложницы делается выше, она служит экраном, направляющим расплав в паз. Размеры изложниц и толщина их стенок зависят от разме­ров слитка. Изложницы для горизонтальной отливки делают сплошными. Они могут иметь несколько ячеек. Для вертикальной отливки изготовляют разъемные изложницы, с заливной ворон­кой с торца. Изложницы рекомендуется делать из серого гематитового чугуна с малым содержанием примесей серы и фосфора или низкосортных сталей (как правило, разъемные).

Изложницы прокаливают до температуры 500…550°С с техно­логическими смазками. Роль технологических смазок — обеспе­чить хорошее качество отливаемых слитков, т. е. хорошее расте­кание расплава по ячейке, препятствовать образованию раковин и наплывов и пригоранию расплава к стенкам изложницы. В ка­честве смазок употребляют: льняное, конопляное, подсолнечное, веретенное и машинное масла, пчелиный воск и водную эмуль­сию молотого мела.

Перечисленные масла рекомендуются для отливки слитков из серебра, золота и припоев. Если смазку производят непосред­ственно перед отливкой, то перед использованием масло обяза­тельно обезвоживают кипячением на водяной бане при 110… 120°С в течение 2 ч. Смазку наносят тонким слоем на рабочую поверхность изложницы, подогретой до температуры не более 100 °С.

Пчелиный воск — одна из лучших смазок. Используется в тех же случаях, что и масла. Наносится на рабочую поверхность изложницы, нагретой до 50…70оC.

Водная эмульсия молотого мела применяется при отливке высокотемпературных металлов и сплавов — золота, платины, палладия. После нанесения слоя эмульсии на рабочую поверх­ность изложницы, нагретой до 150…200°С, ее тщательно просу­шивают до полного удаления влаги. Просушенную изложницу рекомендуется прокаливать при температуре 550°С, тогда изложница выдерживает более 100 заливок. Делают это заранее, так чтобы к моменту отливки изложница имела рабочую темпе­ратуру 150…200°С.

Плавка и отливка металлов — один из наиболее опасных процессов, при котором несоблюдение мер безопасности труда может вызвать серьезные травмы. Выполнять плавку можно только на полностью исправном и налаженном оборудовании. Вся плавиль­ная оснастка должна быть заранее подготовлена и разложена на удобных для работы участках. Плавку следует проводить в защитных очках и с предельной осторожностью. Загружать ших­ту в нагретый тигель нужно при помощи специального жестяного совочка, размеры которого позволяют безопасно провести опера­цию. Помешивание расплава и снятие шлака осуществляют специальной графитовой или кварцевой мешалкой, длина кото­рой обеспечивает удобство работы и надежную защиту рук от ожогов. Особой осторожности требует разлив металла в излож­ницы. Кроме того, что необходим навык, надо убедиться в пра­вильности установки изложницы и степени смазки ее. Лишняя смазка может вызвать разбрызгивание сплава. Плавильщик обя­зан работать в защитном фартуке из кожи, брезента или войло­ка. Выброс слитков из изложниц и охлаждение их производят в рукавицах.

Плавка металла в домашних условиях

Так поступила в голову задумка использовать для данной задачи углеграфитовый порошок, какой засыпается посреди 2-мя рабочими углеграфитовыми же электродами, к которым подводится напряжение питания в границах 25—50 В от довольно мощнейшего (типа сварочного) трансформатора. За счет существующего омического сопротивления в порошке графита становится постепенный интенсивный нагрев. Температура в подобной электропечи способна доходить до 3000 °С, что дает способность плавить абсолютно все металлы (небольшими порциями). Невзирая на такой впечатляющий нагрев изнутри печи, внешний пленку углеграфитового порошка остается темноватого или красного цвета, так что ослепляющего свечения, как это случается при электродуговой сварке, от печи не исходит.

Время разогрева печи варьируется в интервале 3—5 минут, что позволяет легко контролировать и управлять процессом плавки, включая-отключая от сети трансформатор. Так как металла плавится немного, то он особо не расплывается внутри печи и порошок достаточно хорошо держит его форму.

Электропечь делается из простых и вполне доступных материалов: графита, слюды и асбестовой плитки. В связи с тем, что асбест по медицинским соображениям запрещен и становится редкостью, его можно заменить кафельной или цементной плиткой.

Размеры печи не являются строго определенными. Все зависит от мощности имеющейся электросети и выходного напряжения трансформатора. Чем больше выходное

напряжение, тем шире должно быть расстояние между электродами. При тех размерах электропечи, что указаны на чертеже, достаточно подавать на электроды 25—30 вольт: печь разогревается в плавном режиме, но довольно интенсивно. В случае применения сварочного трансформатора промышленного образца, который обычно выдает 50—60 вольт, расстояние между электродами надо увеличить примерно вдвое, до 150—200 мм. В объеме печи, приведенном на чертеже (100х65х50 мм), можно расплавить 60—80 граммов, например, серебра, что считается уже неплохим результатом.

В качестве электродов для печи подходят щетки от мощного электромотора. Они удобны тем, что имеют хороший токоподводящий гибкий провод. Если нет возможности достать такие электроды, их несложно выпилить самому из куска графита, например, от использованного стержня-электрода, применяемого в дугоплавильных печах. В самодельном электроде надо лишь просверлить сбоку два отверстия диаметром 5—6 мм, вставить в них многожильный медный провод толщиной 5 мм и для уплотнения осторожно забить сюда еще подходящий гвоздь. На внутренней стороне электродов делается сетчатая насечка напильником — для улучшения контакта с порошком графита.

В качестве внутреннего футеровочного слоя стенок печи применяется слюда: благодаря своей слоистости^она служит хорошим теплоизолирующим экраном. Наружные стенки дополнительно укрепляются асбестовой или цементной плиткой толщиной 5—10 мм. Для предельной простоты сборки стенки обвязываются мягкой медной или вязальной проволокой. Изолирующей подставкой для печи служит обычный кирпич; под низ укладывается еще эмалированный металлический поддон с бортиками.

Углеграфитовый порошок можно получать из отслуживших стержней с помощью грубого напильника или многолезвийной ножовки по металлу. Надо учесть, что в процессе плавки порошок графита все же постепенно выгорает и его надо периодически подсыпать.

220в
Схема подключения печи.

Понижающий трансформатор на 25 вольт. Сетевая обмотка содержит 620 витков медного эмалированного проводя диаметром 1 мм. Понижающая обмотка содержит 70 витков провода прямоугольного сечения 4,2х2,8 мм в стекловолоконной изоляции.

Собранная печь подключается к трансформатору достаточно толстыми медными проводами (7—8 мм) с обязательной наружной изоляцией, чтобы избежать во время работы случайного короткого замыкания.

Готовую к работе печь вначале как следует прогревают, чтобы дать выгореть органическим включениям (обеспечив при этом соответствующую вентиляцию в помещении). В дальнейшем печь работает практически без выделения копоти и гари.

Плавку металлов проводят по следующей схеме. Вначале с помощью небольшой лопатки в середине печи в порошке делают лунку, кладут в нее первую порцию металла и закапывают. Если используемый лом разной величины, то сначала помещают самый крупный кусочек, и только после его расплавления добавляют мелкие части.

Чтобы убедиться, что металл расплавился, печь можно слегка покачать — поверхность порошка в этом случае также начинает колыхаться. После остывания металла его переворачивают и снова расплавляют. Так повторяется несколько раз, пока заготовка не примет более-менее шаровидную форму, свидетельствующую о качестве расплава.

Когда надо плавить мелкую стружку или опилки простых металлов, их засыпают прямо в лунку и плавят как обычно. Более драгоценный металл, с целью его сохранности, помещают в стеклянную ампулу из-под лекарства и плавят вместе с ней. Образовавшаяся у расплава корочка из стекла легко обсыпается при охлаждении в воде.

Легкоплавкие металлы — олово, алюминий и тому подобное — лучше помещать в железную чашечку. Для получения сплавов сначала кладут в порошок более тугоплавкий металл, а после его расплавления вводят легкоплавкий. Например: медь + олово; медь + алюминий.

В электропечи можно плавить олово, алюминий, железо, никель, медь, серебро, золото, палладий. После плавки полученные заготовки подлежат ковке. Их надо расклепывать на наковальне не спеша особенно вначале, небольшим молотком. И как можно чаще нагревать заготовку на газовой плите докрасна, затем остужать в холодной воде и снова расклепывать до нужных размеров.

Категорически нельзя плавить магний, свинец, кадмий, цинк и цинкосодержащие сплавы (цинковая латунь, мельхиор), а также серебряные контакты от различных типов реле, приборов, пускателей — в них содержится до 50% кадмия, который выгорает, образуя желтый ядовитый ды

Если нет возможности приобрести мощный трансформатор, то его можно заменить составным. Для этого надо взять несколько менее мощных однотипных трансформаторов и параллельно соединить их выходные обмотки (при условии, что все они рассчитаны на одинаковое напряжение). Возможен и самодельный трансформатор. Он собирается из Г-образных пермалоевых пластин с внутренним сечением 60х32 мм. Его сетевая обмотка наматывается эмалированным проводом толщиной 1 мм и содержит 620 витков. Понижающая обмотка наматывается проводом прямоугольного сечения 4,2х2,8 мм и содержит 70 витков.

Что касается техники безопасности при работе с этой печью, то надо помнить, что сварочный трансформатор требует крайне осторожного обращения. Нельзя допустить, чтобы произошло короткое замыкание в проводах или между электродами в самой печи. Выключатель сети трансформатора должен располагаться рядом, чтобы в любую секунду его было удобно отключить. Нельзя также ни на минуту оставлять работающую печь без присмотра. Рядом всегда должна находиться емкость с водой, где остужаются горячие заготовки.

Выплавка стали: технология, способы, сырье

Железную руду получают привычным способом: открытой или подземной добычей и последующей транспортировкой для первоначальной подготовки, где материал измельчается, промывается и перерабатывается.

Руду засыпают в доменную печь и подвергают струйной обработке горячим воздухом и теплом, который превращает ее в расплавленное железо. Далее оно извлекается из нижней части печи в формы, известные как свиньи, где происходит остывание для получения чугуна. Он превращается в кованое железо или перерабатывается в сталь несколькими способами.

Что такое сталь?

Вначале было железо. Оно является одним из наиболее распространенных металлов в земной коре. Его можно встретить почти везде, в сочетании со многими другими элементами, в виде руды. В Европе начало работы с железом датируется 1700 г. до н.э.

В 1786 году французские ученые Бертолле, Мондж и Вандермонде точно определили, что разница между железом, чугуном и сталью обусловлена различным содержанием углерода. Тем не менее сталь, изготовленная из железа, быстро стала самым важным металлом промышленной революции. В начале XX века мировое производство стали составило 28 миллионов тонн — это в шесть раз больше, чем в 1880 году. К началу Первой мировой войны ее производство составляло 85 миллионов тонн. В течение нескольких десятилетий она практически заменила железо.

Содержание углерода влияет на характеристики металла. Существует два основных вида стали: легированная и нелегированная. Сплав стали относится к химическим элементам, отличным от углерода, добавленного к железу. Таким образом, для создания нержавеющей стали используется сплав 17 % хрома и 8 % никеля.

В настоящее время существует более 3000 каталогизированных марок (химических составов), не считая тех, которые созданы для удовлетворения индивидуальных потребностей. Все они способствуют превращению стали в наиболее подходящий материал для решения задач будущего.

Сырье для выплавки стали: первичное и вторичное

Выплавка данного металла с использованием многих компонентов – самый распространенный способ добычи. Шихтовые материалы могут быть как первично используемые, так и вторично. Основной состав шихты, как правило, составляет 55 % чугуна и 45 % оставшегося металлолома. Ферросплавы, переделанный чугун и технически чистые металлы используются как основной элемент сплава, ко вторичным, как правило, относят все виды черного металла.

Железная руда является самым важным и основным сырьем в черной металлургии. Для производства тонны чугуна требуется около 1,5 тонны этого материала. Для производства одной тонны чугуна используется около 450 тонн кокса. Многие металлургические заводы применяют даже древесный уголь.

Вода — важное сырье для черной металлургии. Она в основном используется для закалки кокса, охлаждения доменных печей, производства пара в дверях угольной печи, работы гидравлического оборудования и удаления сточных вод. Для производства тонны стали требуется около 4 тонн воздуха. Флюс используется в доменной печи для извлечения загрязнений из плавильной руды. Известняк и доломит объединяются с экстрагированными примесями с образованием шлака.

Как дутьевые, так и стальные печи, облицованы огнеупорами. Они используются для облицовочных печей, предназначенных для плавки железной руды. Диоксид кремния или песок используется для формования. Для производства стали различных марок применяют цветные металлы: алюминий, хром, кобальт, медь, свинец, марганец, молибден, никель, олово, вольфрам, цинк, ванадий и др. Среди всех этих ферросплавов марганец широко используется в выплавке стали.

Железные отходы, полученные из демонтированных конструкций заводов, механизмов, старых транспортных средств и т. д., перерабатываются и широко используются в этой отрасли.

Чугун для стали

Выплавку стали с использованием чугуна производят гораздо чаще, чем с другими материалами. Чугун — это термин, который обычно относится к серому железу, однако он также идентифицирован с большой группой ферросплавов. Углерод составляет примерно от 2,1 до 4 мас.%, тогда как кремний составляет обычно от 1 до 3 мас.% в сплаве.

Выплавка чугуна и стали проходит при температуре плавления между 1150 и 1200 градусов, что примерно на 300 градусов ниже, чем температура плавления чистого железа. Чугун также демонстрирует хорошую текучесть, отличную обрабатываемость, устойчивость к деформации, окислению и отливке.

Сталь также является сплавом железа с переменным содержанием углерода. Содержание углерода в стали составляет от 0,2 до 2,1 мас.%, И это наиболее экономичный легирующий материал для железа. Выплавка стали из чугуна полезна для различных инженерных и конструкционных целей.

Железная руда для стали

Процесс выплавки стали начинается с переработки железной руды. Породу, содержащую железную руду, измельчают. Руду добывают с использованием магнитных роликов. Мелкозернистая железная руда перерабатывается в крупнозернистые комки для использования в доменной печи. Уголь очищается от примесей в коксовой печи, что дает почти чистую форму углерода. Затем смесь железной руды и угля нагревают для получения расплавленного железа или чугуна, из которого производится сталь.

В основной кислородной печи расплавленная железная руда является основным сырьем и смешивается с различными количествами стального лома и сплавов для производства различных марок стали. В электродуговой печи переработанный стальной лом расплавляется непосредственно в новую сталь. Около 12% стали изготовлено из переработанного материала.

Технология выплавки

Плавление — процесс, посредством которого металл получают либо в виде элемента, либо как простое соединение из его руды путем нагревания выше температуры плавления обычно в присутствии окислителей, таких как воздух, или восстановителей, таких как кокс.

В технологии выплавки стали металл, который сочетается с кислородом, например оксидом железа, нагревается до высокой температуры, и оксид образуется в сочетании с углеродом в топливе, выходящим как монооксид углерода или диоксид углерода.
Другие примеси, все вместе называемые жилами, удаляются добавлением потока, с которым они объединяются, образуя шлак.

В современных плавках стали используется отражательная печь. Концентрированная руда и поток (обычно известняк) загружаются в верхнюю часть, а расплавленный штейн (соединение меди, железа, серы и шлака) вытягивается снизу. Вторая термообработка в конвертерной печи необходима для удаления железа из матовой поверхности.

Кислородно-конвекторный способ

Кислородно-конвертерный процесс является ведущим процессом сталеплавильного производства в мире. Мировое производство конвертерной стали в 2003 году составило 964,8 млн тонн или 63,3 % от общего производства. Производство конвертера является источником загрязнения окружающей природной среды. Основными проблемами этого являются снижение выбросов, сбросов и уменьшение отходов. Суть их заключается в использовании вторичных энергетических и материальных ресурсов.

Экзотермическое тепло генерируется реакциями окисления во время продувки.

Основной процесс выплавки стали с использованием собственных запасов:

• Расплавленный чугун (иногда называемый горячим металлом) из доменной печи выливается в большой огнеупорный футерованный контейнер, называемый ковшом.
• Металл в ковше направляется непосредственно для основного производства стали или стадии предварительной обработки.
• Высокочистый кислород под давлением 700-1000 килопаскалей вводится со сверхзвуковой скоростью на поверхность ванны железа через охлаждаемую водой фурму, которая подвешена в сосуде и удерживается в нескольких футах над ванной.

Решение о предварительной обработке зависит от качества горячего металла и требуемого конечного качества стали. Самые первые конвертеры со съемным дном, которые могут быть отсоединены и отремонтированы, все еще используются. Были изменены копья, используемые для дутья. Для предотвращения заклинивания фурмы во время продувки применялись щелевые манжеты с длинным сужающимся медным наконечником. Кончики наконечника после сгорания сжигают CO, образующийся при выдувании в CO₂, и обеспечивают дополнительное тепло. Для отвода шлака используются дротики, огнеупорные шарики и шлаковые детекторы.

Кислородно-конвекторный способ: достоинства и недостатки

Не требует затрат на оборудование по очищению от газа, так как пылеобразование, т. е. испарение железа, снижено в 3 раза. За счет снижения выхода железа наблюдается рост выхода жидкой стали в 1,5 — 2,5 %. Преимуществом стало и то, что интенсивность продувки в таком способе увеличивается, что дает возможность повысить производительности конвертера на 18 %. Качество стали выше, потому что температура в зоне продувки снижена, что приводит к уменьшению образования азота.

Недостатки данного способа выплавки стали привели к снижению спроса на потребление, так как повышается уровень потребления кислорода на 7 % из-за большого расхода на сжигание топлива. Наблюдается повышенное содержание водорода в переработанном металле, из-за чего приходится некоторое время после окончания процесса вести продувку при помощи кислорода. Среди всех способов кислородно-конвертерный обладает самым повышенным шлакообразованием, причиной является невозможность следить за процессом окисления внутри оборудования.

Мартеновский способ

Мартеновский способ на протяжении большей части 20-го века составлял основную часть обработки всей стали, изготовленной в мире. Уильям Сименс в 1860-х годах искал средства повышения температуры в металлургической печи, воскресив старое предложение об использовании отработанного тепла, выделяемого печью. Он нагревал кирпич до высокой температуры, затем использовал тот же путь для ввода воздуха в печь. Предварительно нагретый воздух значительно увеличивал температуру пламени.

Природный газ или распыленные тяжелые масла используются в качестве топлива; воздух и топливо нагреваются до сгорания. Печь загружается жидким доменным чугуном и стальным ломом вместе с железной рудой, известняком, доломитом и флюсами.

Сама печь изготовлена из высокоогнеупорных материалов, таких как магнезитовый кирпич для очагов. Вес мартеновских печей достигает 600 тонн, и их обычно устанавливают группами, так что массивное вспомогательное оборудование, необходимое для зарядки печей и обработки жидкой стали, может быть эффективно использовано.

Хотя мартеновский процесс практически полностью заменен в большинстве промышленно развитых стран основным кислородным процессом и электродуговой печью, им изготавливают около 1/6 всей стали, произведенной во всем мире.

Достоинства и недостатки данного способа

К преимуществам относят простоту использования и легкость в получении легированной стали с примесью различных добавок, которые придают материалу различные специализированные свойства. Необходимые добавки и сплавы добавляют непосредственно перед окончанием выплавки.

К недостаткам можно отнести сниженную экономичность, по сравнению с кислородно-конверторным способом. Также качество стали более низкое, по сравнению с остальными методами выплавки металла.

Электросталеплавильный способ

Современный способ выплавки стали с использованием собственных запасов представляет собой печь, которая нагревает заряженный материал с помощью электрической дуги. Промышленные дуговые печи имеют размеры от небольших единиц грузоподъемностью около одной тонны (используются в литейных цехах для производства чугунных изделий) до 400 тонн единиц, применяемых для вторичной металлургии.

Дуговые печи, используемые в исследовательских лабораториях, могут иметь емкость всего несколько десятков граммов. Промышленные температуры электрической дуговой печи могут составлять до 1800 °C (3,272 °F), в то время как лабораторные установки могут превышать 3000 °C (5432 °F).

Дуговые печи отличаются от индукционных тем, что зарядный материал непосредственно подвергается воздействию электрической дуги, а ток в выводах проходит через заряженный материал. Электрическая дуговая печь используется для производства стали, состоит из огнеупорной футеровки, обычно водоохлаждаемой, больших размеров, покрыта раздвижной крышей.

Печь в основном разделена на три секции:

• Оболочка, состоящая из боковых стенок и нижней стальной чаши.
• Очаг состоит из огнеупора, который вытягивает нижнюю чашу.
• Крыша с огнеупорной футеровкой или водяным охлаждением может быть выполнена в виде секции шара или в виде усеченного конуса (коническая секция).

Достоинства и недостатки способа

Данный способ занимает лидирующие позиции в области производства стали. Метод выплавки стали применяется для создания высококачественного металла, который либо совсем лишен, либо содержит незначительное количество нежелательных примесей, таких как сера, фосфор и кислород.

Главным плюсом метода является использование электроэнергии для нагревания, благодаря чему можно легко контролировать температуру плавления и достичь невероятной скорости нагревания металла. Автоматизированная работа станет приятным дополнением к прекрасной возможности качественной переработки различного металлического лома.

К недостаткам можно отнести большое энергопотребление.