Печь индукционная своими руками: схема, сборка. Самодельная печь для плавки и закалки металла в домашних условиях Печь для переплавки цветных металлов

Муфельная печь для расплава или закалки металлических изделий – прибор, позволяющий домашнему мастеру выполнить определенную работу. Простой агрегат, способный работать на разных видах топлива, для самостоятельного изготовления достаточно обладать навыками выполнения слесарных и электросварочных работ.

Свернуть

Устройство и схема

Устройство муфельной печи для плавки металла состоит из:

• в большинстве случаев стального корпуса. Для домашнего использования лучше выполнить его из жаростойкого металла или нержавейки. Но можно использовать конструкционную сталь. Толщина листа 1,5-2 мм;
• слоя внутренней теплоизоляции. Для домашних печей используют шамотный кирпич или другой теплоизоляционный материал, выдерживающий температуры нагрева до 1000 0 — 1200 0 ;
• стальной корпус можно обложить наружным слоем керамических плиток или огнеупорным кирпичом;
• электрических или газовых нагревательных элементов. Газовые горелки лучше приобретать в специализированных магазинах. Электрическая печь может оснащаться самодельными спиралями из нихрома или фехраля. Толщина проволоки – 1 мм. Фехралевая проволока дешевле, но она уступает нихрому по уровню сопротивлению воздействия агрессивной среды и долговечности спирали;
• системой автоматического или ручного управления работой техники. Установив тепловые датчики вы сможете легко управлять температурным режимом и временем поддержания заданной температуры.

Вывод

Самодельные или промышленные печи для закаливания металла или его плавления – все эти конструкции должны обеспечивать безопасность и комфортность в работе с нагревательными приборами. Сделать конструкцию самостоятельно несложно, справиться сможет даже новичок. Главное внимательно и ответственно выполнять все рекомендации и правила выполнения работ.

←Предыдущая статья Следующая статья →

Чтобы изготовить муфельную печь для плавки алюминия своими силами, необходимо ознакомиться с ее основными элементами, после чего можно приступать к выбору материалов, подготовке инструментов и самой сборке. Но для начала стоит рассмотреть ее назначение, чтобы понимать, подходит ли она для выполнения поставленных целей.

Краткое описание муфельной печи

Основное предназначение муфельной печи - это нагрев металла. Использование такого устройства может помочь расплавить такие металлы, как алюминий или медь, а также другие цветные заготовки. Кроме того, с ее помощью можно успешно проводить операцию обжига керамических изделий, высушивать их. Можно также проводить кремацию. Стоит отметить, что существует большое разнообразие муфельных печей. Они могут быть электрического, газового, воздушного и некоторых других типов. Также существенно различаются по типу конструкции. Они бывают стандартными вертикальными или горизонтальными, а также трубчатыми.

Основное отличие муфельной от обычной печи для плавки алюминия своими руками состоит в том, что в ней есть специальный участок, который называется муфельным. Этот участок позволяет защищать металл, который подвергается обработке.

Основные элементы конструкции и материалы для сборки

Основной элемент - это, конечно же, нагреватель. Лучше всего выбрать электрический. Его наибольшее преимущество заключается в том, что им очень просто управлять. Кроме этого, есть такие детали, как нагревательная камера и специальный аккумулятор тепла. Для того чтобы успешно плавить алюминий, необходимо обеспечить регулирование тепла. Это поможет сделать процесс непрерывным.

В том случае, если придется плавить несколько разных материалов, то сам алюминий стоит подвергать процессу также не один раз, а несколько. При таком режиме работы нужно сделать так, чтобы выполнял еще и функцию регулятора. Это нужно для того, чтобы поддерживать нужную температура алюминия после плавки.

Для того чтобы изготовить печку для плавки алюминия, нужно подготовить такие материалы:

• болгарка, проволока и металлическое ведро;
• кирпичи в количестве семи штук;
• защитные очки строительного типа, несколько ненужных металлических кусков;
• молоток и другие стандартные инструменты.

Начало работ по сборке

Сборка самодельной печи для плавки алюминия начинается со следующего:

• Необходимо взять заготовленные 7 кирпичей, которые будут играть роль аккумулятора температуры.
• При помощи болгарки с каждой стороны кирпича сооружается по отсеку. Результатом должно стать пространство, которое будет использоваться для нагревателя электрического типа. Чтобы повысить прочность конструкции, можно взять проволоку и обмотать всю конструкцию ею.
• В качестве огнеупорной камеры можно использовать металлическое ведро, которое было подготовлено. Если подходящего нет, то сделать камеру можно своими силами.

Сборка корпуса

Даже простая печь для плавления алюминия - такая как муфельная, к примеру - требует наличия корпуса. В данном случае его можно изготовить из отрезка ненужного листа металла, толщина которого будет от 1 до 1,5 мм. Стоит отметить, что здесь понадобится слой ржавчины. Еще один важный момент касается высоты ведра. Этот параметр должен быть с определенным запасом, так как рабочая камера будет монтироваться на слой кирпичей плюс теплоизоляция. Далее придется свернуть металлический лист в трубу. Этот процесс достаточно проблемный, а потому рекомендуется использовать специальные кольца из арматуры.

Окончание сборки печи

Чтобы завершить конструирование печи для плавки алюминия своими руками, необходимо сделать следующее:

• Заготовленные кольца надеваются на скрученный лист металла и соединяются по окружности.
• Дно для корпуса печи можно собрать из того же листа металла, который уже использовался для трубы. Монтируется он при помощи сварки к самому нижнему кольцу.
• Необходимо в одном из кирпичей сделать специальное отверстие, через которое можно будет поместить электрический нагреватель непосредственно внутрь рабочей камеры.
• Для удобства выкладки стоит сразу пронумеровать кирпичи, а потом уже начать их выкладывать. Необходимо, чтобы они очень плотно прилегали друг к другу. Полученная конструкция печи для плавки алюминия, своими руками сделанная, должна быть очень устойчивой.
• К кирпичам необходимо также прикрепить нагревательную спираль.
• Чтобы установить спиральный нагреватель, необходимо делать несколько канавок и по ним устанавливать кирпичи.
• Также канавки можно пропилить в нужных местах при помощи болгарки. Во время работы рекомендуется использовать средства защиты глаз и дыхательных путей.
• Чаще всего материалом для спирали служит либо нихром, либо фехраль.
• Спираль наматывать нужно очень аккуратно и таким образом, чтобы витки были недалеко друг от друга. Расстояние необходимо для того, чтобы избежать замыкания.
• Всю конструкцию следует обмазать раствором.

Таким образом можно сделать печь для плавки алюминия своими руками муфельного типа.

Небольшая печь

Универсальность заключается в том, что в таком случае мини-печь собирается из подручных средств.

В качестве корпуса печки будет использоваться жестяная банка от консервов, супа или чего-либо еще, то есть она фактически готова, в отличие от предыдущего типа устройства. Единственное, что важно - это выбрать банку, металл в которой будет как можно толще. В нижней части банки делается отверстие, через которое при помощи трубы можно будет подключить фен, выступающий в качестве нагревательного элемента. Диаметр отверстия должен быть точно равен диаметру трубы. Оно может быть квадратным, но тогда будут потери тепла, а потому лучше немного повозиться, но сделать его круглым.

Как уже говорилось ранее, в качестве нагревателя применяется бытовой фен. Важно, чтобы он имел минимум две скорости работы. При помощи скотча можно прикрепить к фену трубу, которая и будет вставляться в нижнее отверстие банки. Важно проверить, чтобы в месте стыковки не было потерь воздуха. Также стоит отметить, что кнопка подачи холодного воздуха должна быть все время нажата. Для этого ее можно зафиксировать все тем же скотчем.

Люди, использующие такие типы печей, остались довольны. Судя по отзывам, печи достаточно компактны, их легко собрать своими руками. Электрический нагреватель хорошо помогает поднимать температуру до нужного уровня. Муфельные печи хороши еще и тем, что в них можно плавить сразу большое количество алюминия.

Домашнее декоративное растение, которое показано на видео, на самом деле искусно замаскированная плавильня. Эта идея станет настоящей находкой для тех, кто время от времени работает с металлом, чтобы изготовить на этой очередную поделку из алюминия или другого металла, но в мастерской или дома мало места, чтобы под каждую вещь иметь свое место.

Кое-какие изобретения для себя вы найдете в в этом китайском магазине .

Необходимые средства.

В этом проекте мы используем в одинаковых пропорциях песок и гипс, чтобы сделать простую плавильню, достаточно мощную, чтобы за секунду расплавить металлический лом и приятную на вид, чтобы не приходилось ее прятать. Это мини плавильня для металла.

Для начала нам понадобятся большие мешки с песком и гипсом. И то и другое можно купить в строительном магазине. Также нужно металлическое ведро на 9 с половиной литров и покрывало чтобы накрыть им рабочие место, потому что, скорее всего, мы его немного запачкаем. Ведро на два с половиной литра можно использовать как мерное, но вы скоро увидите что у него есть и более важное значение.

Для нашей огнеупорной футеровки используем следующий рецепт 4,2 литра гипса, 4,2 литра песка, а также 3 литра воды. Когда вода соприкоснется с сухой смесью, начнется обратный отсчет. У нас будет около 15. Так что, начнем все перемешивать. Очень важно чтобы вся сухая смесь намокла, избавляетесь от комков как можно быстрее.

После пары минут перемешивания смесь должна стать довольно жидкой и примерно одного цвета. Убедившись, что не осталось никаких комков, переходим к переливанию. Осторожно перелейте смесь в металлическое ведро, стараясь ничего не расплескать. Смеси хватит, чтобы заполнить ведро, оставив сверху примерно 8 см.

Теперь мы можем взять пластиковое мерное ведро и использовать его для формирования центра плавильни. Можно заполнить его водой,чтобы придать вес, но подойдут также песок или камни. Когда мы вталкиваем ведро, смесь поднимается, но не выливаестя. Смесь уже начала твердеть. Так что давайте подвигаем ведро вверх и вниз, чтобы разровнять. Нужно удерживать ведро в таком положении 2-3 минуты, за это время гипс достаточно затвердеет, чтобы ведро оставалась на месте.

Для полного затвердевания нужно около одного часа, но гипс достаточно мягкий, чтобы подровнять его. Если смочить тряпку и осторожно провести ее сверху, можно очень хорошо подровнять гипс и придать ему красивую текстуру. Когда все закончите, оставьте все сохнуть примерно на час.

Плавильный тигель из огнетушителя.

Почему бы не превратить этот старый огнетушитель в плавильный тигель? Можно понять, что он сделан из стали, потому что, если поднести магнит, он притягивается. С алюминием такого не происходит.

Сбросив давление в баллоне, открутим верхний клапан, чтобы легко и безопасно распилить его слесарной ножовкой, на что ушло меньше минуты. Для тигеля мы будем использовать нижнюю часть, потому что это по сути стальная емкость 8 см в диаметре и 13 см высотой. Хороший размер для нашей самодельной мини плавильни.

К этому моменту гипс должен хорошо затвердеть. Выльем воду. Далее используйте щипцы или нечто подобное, чтобы осторожно притянуть одну из сторон ведра к центру Теперь, если взяться обеими руками и немного покрутить, ведро освободится и его будет легко вытащить.

Мы получили удивительно гладкую поверхность, благодаря которой наши самодельная плавильная выглядит на удивление профессионально.

Отверстие для подвода воздуха.

Нам не хватает только отверстия для подвода воздуха и крышки. Давайте ими займемся. Насадка для кольцевой пилы на три с половиной сантиметра отлично подходит для этой трубки. Если установить центр насадки на верхней линии ведра, можно начать осторожно прорезать металл. Когда мы пройдем сквозь металл, нужно наклонить инструмент вниз примерно на 30 см, что легко, потому что гипс еще не полностью затвердел и режется, как масло. Теперь у нас есть отверстие, в которое отлично входит трубка воздуходувки. Она будет размещена в нескольких сантиметрах от дна.

Воздуходувка.

Теперь, если тигель не выдержит и выльет расплавленный металл, в плавильне металл остается внутри, а не польется по трубке наружу. Воздуходувку сделать очень просто. Для начала нужно взять трубку на 3 см, она будет находиться рядом с горячими углями.

Также понадобится трубка из ПВХ на 3 см. Как видите, нарезка с одного конца муфта накручивается на металлическую трубку, а адаптер с другой стороны просто накручивается на трубку из ПВХ.

Крышка.

Давайте пойдем еще дальше. Сделаем крышку, которая поможет сохранить температуру. Нужна пара U-болтов на 10 см. Поместим их вертикально в широкое ведро, наполненное половиной начального объема нашей смеси. Спустя час гипс затвердеет и его легко можно достать из ведра. И вот крышка для плавильни готова.

Отверстие для сброса давления.

Нужно сделать отверстие для сброса давления. его можно сделать до затвердевания, но можно просверлить дрелью с насадкой на 8 сантиметров. Когда отверстие будет сделано, у вас получится крышка, которая похожа на огромный пончик. Такая конструкция позволяет сбрасывать давление и плавить металл даже не снимая крышку.

Заключение.

Если развести огонь, можно увидеть,что внутри становится так жарко, что банка из под газировки плавится за секунду и тигель наполняется жидким алюминием. С такой миниплавильней мы можем расплавить алюминий у себя во дворе и отливать все, что может прийти на ум.

Лучше всего то, что когда вы не плавите лом, плавильня не занимает место и не бросается в глаза. Вы можете вставить внутрь горшок с растением и мгновенно превратить ее в часть декора. Эта превращающаяся в горшок плавильня нечто большее, чем кажется. Только сделайте вашу плавильню устойчивой , это крайне важно для техники безопасности.

Кстати, вы можете попробовать применить плавильную печь как кузнечный горн или даже как барбекю, ведь в конце концов она работает на угле.

Теперь вы знаете, как из широко доступных материалов сделать мини плавильню, достаточно мощную, чтобы плавить металл за секунды и при этом достаточно приятную на вид, чтобы не приходилось ее прятать. Переведено и озвучено каналом Наука и техника.

В другой публикации еще полезное про .

Если вы хотите плавить металл и придавать ему различную форму, вам понадобится печь, способная разогреться до достаточно высокой температуры, чтобы расплавить металл. Можно купить готовую печь или сделать ее самостоятельно из герметичного ведра для мусора. Для начала обрежьте ведро, чтобы оно имело подходящие размеры, и застелите внутреннюю поверхность термостойким изоляционным материалом. Затем покройте крышку теплоизоляцией и плотно приладьте ее, чтобы она удерживала тепло и избыточное давление. Наконец, установите нагревательный элемент, и вы сможете плавить металл!

Шаги

Часть 1

Корпус печи

Обрежьте с помощью угловой шлифовальной машины стальное мусорное ведро так, чтобы его высота составляла 45 сантиметров. Найдите стальное ведро для мусора высотой хотя бы 45 сантиметров и диаметром не меньше 40 сантиметров. Если ведро выше 45 сантиметров, поставьте на угловую шлифовальную машину круг для резки металла и включите ее. Осторожно обрежьте верхнюю кромку ведра до нужной высоты.

• При работе с угловой шлифовальной машиной наденьте защитные очки, чтобы прикрыть глаза от металлической стружки.
• Будьте осторожны и не порежьтесь об острые обрезанные края мусорного ведра.
• Если у вас нет угловой шлифовальной машины или вы хотите сделать меньшую печь, можно использовать стальное ведро объемом 10 литров и высотой около 30 сантиметров.

1. Просверлите в боковой стенке мусорного ведра отверстие на расстоянии 10 сантиметров от дна. Прикрепите к дрели кольцевую пилу диаметром 2,5 сантиметра и плотно зажмите ее. Отметьте место отверстия сбоку ведра примерно на 10 сантиметров выше дна. Просверлите боковую стенку ведра насквозь.

   • Через боковое отверстие в печь будет поступать воздух или другой газ.
   • Не делайте отверстие возле самого дна, иначе оно может забиться, если в печи разольется жидкость.

2. Выстелите внутреннюю поверхность ведра слоем ваты из керамического волокна толщиной 5 сантиметров. Вата из керамического волокна обладает теплоизоляционными и огнеупорными свойствами и хорошо подходит для самодельных печей. С помощью универсального ножа вырежьте круглый кусок ваты из керамического волокна такого же диаметра, что и дно мусорного ведра. Протолкните этот кусок в ведро и плотно прижмите его ко дну. После этого плотно оберните ватой внутреннюю сторону боковых стенок мусорного ведра.

   • Вату из керамического волокна можно приобрести в магазине хозяйственных товаров или заказать через интернет.
   • При контакте с кожей вата из керамического волокна может вызвать раздражение. Чтобы избежать этого, наденьте одежду с длинными рукавами и рабочие перчатки.

   Предупреждение: при разрезании ваты из керамического волокна выделяется пыль, которая может нанести вред, если попадет в легкие, поэтому обязательно наденьте респиратор.

   Вырежьте вату в том месте, где она закрывает отверстие в мусорном ведре. Найдите отверстие, которое вы проделали в стенке мусорного ведра, и вырежьте в этом месте вату универсальным ножом. Для этого пройдитесь ножом вдоль края отверстия. После того как вы вырежете вату по всей окружности, вытяните ее из отверстия.

   Распылите на вату отвердитель и подождите 24 часа. Отвердитель представляет собой химическое соединение, которое активирует частицы керамической ваты, в результате чего она становится тверже и сохраняет свою форму. Залейте отвердитель в бутылку с распылителем и нанесите его на всю поверхность ваты. Подождите хотя бы 24 часа, пока отвердитель застынет на воздухе и укрепит слой ваты.

   • Отвердитель можно заказать в интернете.
   • Пометьте бутылку, которую вы использовали для отвердителя, чтобы не спутать ее с другими бутылками.
   • Некоторые виды керамической ваты уже обработаны отвердителем и начинают затвердевать на воздухе. Проверьте, нет ли на упаковке ваты каких-либо указаний насчет этого.

3. Нанесите на поверхность ваты печной цемент и дайте ему полностью затвердеть. Перемешайте печной цемент палочкой, чтобы получить однородную смесь. После этого нанесите цемент на поверхность ваты с помощью кисти для краски с 5-сантиметровой щетиной. Необходимо покрыть всю поверхность, чтобы из печи не выходило тепло. Подождите хотя бы 24 часа, чтобы цемент застыл, прежде чем использовать печь.

   • Уже разведенный печной цемент можно приобрести в магазине хозяйственных товаров или заказать через интернет.
   • Можно обойтись и без печного цемента, однако он поможет продлить срок службы печи и получить гладкую чистую поверхность.

   Часть 2

   Теплоизоляция крышки

   1. Просверлите вентиляционное отверстие диаметром 5 сантиметров в крышке мусорного ведра. Возьмите крышку к тому ведру, которое вы использовали для корпуса печи. Прикрепите к дрели кольцевую пилу диаметром 5 сантиметров и плотно зажмите ее. Просверлите в крышке вентиляционное отверстие в 7,5–10 сантиметрах в стороне от ручки.

      • Используйте кольцевую пилу, предназначенную для сверления металла, чтобы не повредить инструмент.
      • Ни в коем случае не используйте крышку, в которой нет вентиляционного отверстия, иначе возросшее давление внутри печи может привести к ее взрыву и разрушению.

   2. Заполните нижнюю часть крышки 5-сантиметровым слоем керамической ваты. Вырежьте круглый кусок ваты из керамического волокна диаметром на 2,5–5 сантиметров больше нижней стороны крышки. Вдавите вату в дно крышки, чтобы она прижалась к бокам и крепко держалась на месте. Продолжайте добавлять слои керамической ваты, пока ее толщина не достигнет 5 сантиметров, чтобы обеспечить максимальную термостойкость.

      • При работе с керамической ватой наденьте одежду с длинными рукавами и респиратор N95 или более высокой степени защиты, чтобы предотвратить раздражение и зуд.
      • Обязательно изучите этикетку на керамической вате и соблюдайте все рекомендованные меры предосторожности.
      • Если керамическая вата не пристает к дну крышки, можно предварительно напылить на него термостойкий клей. Термостойкий клей можно приобрести в магазине хозяйственных товаров или заказать через интернет.

   3. Вырежьте вату там, где она закрывает отверстие в крышке. Переверните крышку ручкой кверху и найдите отверстие, которое вы просверлили в ней. Просуньте универсальный нож вдоль края отверстия и проткните им слой ваты. Разрежьте вату вдоль края отверстия и достаньте вырезанный кусок.

      • Отверстие в крышке не должно быть закрыто ватой, иначе в печи не будет нужной вентиляции.

      Совет: если вам сложно вырезать вату в отверстии с помощью универсального ножа, попробуйте использовать зазубренный нож для хлеба - возможно, им легче будет разрезать вату.

   4. Нанесите на вату отвердитель и оставьте его застывать на 24 часа. Залейте отвердитель в бутылку с распылителем и нанесите его прямо на керамическую вату на дне крышки. Покройте отвердителем всю поверхность ваты, чтобы она как следует затвердела. После того как вы нанесете отвердитель на вату, оставьте крышку хотя бы на 24 часа в хорошо проветриваемом месте, чтобы он застыл.

      • Если у вас нет под рукой бутылки с распылителем, можно нанести отвердитель с помощью кисти для краски.

   5. Нанесите печной цемент на всю поверхность ваты для лучшей теплоизоляции. Перемешайте печной цемент палочкой, чтобы получилась однородная смесь. С помощью 5-сантиметровой кисти нанесите цемент на внешнюю поверхность ваты. Разровняйте цемент кистью и оставьте его хотя бы на 24 часа, чтобы он застыл.

      • Прежде чем наносить цемент, подложите под крышку лист картона или салфетки, чтобы не испачкать рабочую поверхность.

   Часть 3

   Нагревательный элемент

   1. Проденьте через отверстие в стенке печи стальную трубу или форсунку. Тип трубы зависит от того, что вы собираетесь использовать в качестве источника тепла. Если вы хотите разогревать печь древесным углем, пропустите через отверстие стальную трубу длиной 30 сантиметров и диаметром 2,5 сантиметра. При этом труба должна выступать из внутренней стенки печи хотя бы на 3 сантиметра. Если вы собираетесь использовать пропан, поместите горелку внутрь печи и пропустите конец клапана через боковое отверстие. Расположите конец горелки внутри печи так, чтобы он был направлен от центра.

      • Пропановую горелку для печей можно заказать через интернет.
      • Не используйте для пропана обычную стальную трубу, так как в этом случае вам будет сложно контролировать пламя.
   2. • К печи можно подсоединить любой баллон с пропаном, однако учтите, что в небольших баллонах быстрее закончится газ.

   3. Разогрейте печь. Если вы используете древесный уголь, заполните дно печи на 5–8 сантиметров брикетами и подожгите их с помощью зажигалки. Включите воздуходувку на минимальной мощности, чтобы печь разогревалась. Если вы используете пропан, откройте вентили на баллоне и горелке. Просуньте зажигалку в середину печи и подожгите пропан. Накройте печь крышкой, чтобы из нее не выходило тепло.

      • Регулируйте интенсивность пламени с помощью вентилей на баллоне с пропаном и горелке.
      • Пламя может выходить из вентиляционного отверстия в крышке, поэтому будьте осторожны.
      • Как правило, печи на угле могут разогреваться примерно до 650 °C, в то время как при использовании пропана температура может достигать 1250 °C.

   4. Расплавьте металл в тигле. Тигель представляет собой металлическую емкость внутри печи, в которой находится расплавленный металл. Положите в тигель металл, который вы хотите расплавить, и поместите его в центр печи с помощью жаростойких щипцов. Подождите, пока печь разогреет тигель и расплавит металл, а затем достаньте его щипцами, чтобы залить в форму.

      • С помощью подобной печи можно расплавить легкоплавкие металлы, например алюминий или латунь.

© При использовании материалов сайта (цитат, изображений) указание источника обязательно.

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):

1. керамическими химически нейтральными;
2. керамическими графитированными;
3. графитовыми;
4. чугунными;
5. 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:

1. Стальной;
2. Керамический нейтральный;
3. 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.