Глиняные тигли
Популярность глиняных тиглей обусловлена не столько их положительными эксплуатационными качествами, сколько доступностью и легкостью изготовления. Обычно для таких нужд используется шамотная глина, которая в процессе изготовления подвергается трем этапам обработки – созданию рабочей массы, лепке и сушке. Данная технология пришла на смену фарфоровым емкостям. Они тоже без особых усилий поддавались формовке, однако на практике использования не соответствовали требованиям прочности и стойкости перед высокими температурами. Как результат, появлялись трещины и сколы. Что такое тигли из глины на практике применения? Это более крепкий материал по сравнению с фарфором даже в условиях повышенных температур. Однако по другим качествам того же взаимодействия с металлическими сплавами глина не так безобидна – по крайней мере, на фоне алундовых и графитовых изделий. Тем не менее экономически применение глиняных тиглей более чем оправдывает себя, если речь идет о мелких типовых операциях расплава.
Изготовление тигеля своими руками
Изготовление тигеля не трудоемкое занятие. Чтобы его изготовить своими руками на основе мартеля потребуется:
- измельченный графит;
- целый графит;
- трубка графитовая;
- мартель шамотный;
- магнезит;
- фетр.
https://youtube.com/watch?v=IQuBnPbZTKI
Технологическая последовательность:
- Взять плотную бумагу. Из нее свернуть два цилиндра разного диаметра. Внешний цилиндр полый и большего диаметра, а внутренний закрытый с обоих сторон и меньше по размеру.
- Мартель и остальные компоненты перемешать в отдельной емкости. Далее смешать с жидким стеклом до получения однородной массы, консистенция которой сопоставима с песочным тестом.
- Часть полученной массы распределяется на ровной и гладкой поверхности. Затем на нее установить бумажные цилиндры один в другой для получения формы тигеля. Расстояние между бумажными цилиндрами – толщина стенок тигеля.
- Оставшейся массой заполняется приготовленная форма.
- После формирования удаляются бумажные элементы формы и заготовку необходимо немного просушить при комнатной температуре.
- Затем тигель помещается в индукционную печь для того, чтобы из смеси выгнать оставшуюся влагу. Прогревать следует при невысоких температурах, чтобы форма не лопнула. Процесс занимает значительное время.
- После сушки тигель обжигается при температуре не более 600 °С.
- Качество тигеля проверяется простукиванием, как хрустальный бокал.
Конструкция тиглей
Тигель имеет достаточно простое устройство. Его главная задача заключается в содержании материалов при воздействии на них экстремальных температур, а особенности логично выражаются термозащитными свойствами. Другое дело, что, в зависимости от обслуживаемого материала, тигель может иметь разные эксплуатационные качества в плане химического взаимодействия с металлами. Итак, что такое тигли с конструкционной точки зрения? Это небольшой резервуар конусной формы, который условно можно разделить на две части – верхнюю и нижнюю. В плане функциональных возможностей важнее нижняя часть, поскольку на нее возлагаются наибольшие физические и термические нагрузки. Что касается верхней части, то и она может иметь высокую степень технологической ответственности, если планируется использовать полную емкость для плавки.
Материал изготовления тигля
Наиболее широкое распространение получили следующие варианты тиглей:
- Керамические
- Графитовые
- Чугунные
- Стальные
Каждая из разновидностей тигля применима в определенных условиях и при использовании определенных металлов.
Как выбрать тигель из керамики.
Ключевой особенностью керамики является возможность использования таких тиглей в индукционной печи. Керамика не взаимодействует с электромагнитной силой, что обеспечивает плавке высокий уровень КПД.
Керамические тигли часто используются для плавки лома драгоценных металлов. Возможность косвенного нагрева, без прямого контакта с нагревательным элементом, позволяет расплаву сохранять изначальную пробу, какой обладал лом драгметалла.
Керамика является абсолютно инертной по отношению к металлам. Расплав остается чистым, без дополнительных примесей.
Конечно, в керамических тиглях для плавки металла не обошлось без существенных недостатков. Дело в том, что такие формы являются весьма хрупкими. В процессе плавки металлический расплав может повредить стенки тигля.
Керамические формы обычно рассчитываются на 10-30 плавок. После этого керамический тигель требует замены.
Какие еще виды тиглей существуют.
Разновидностью керамики является керамо-графит. Керамические тигли с добавлением графита обладают более высокой прочностью. В таких формах можно плавить практически любые металлы и сплавы.
Керамический графитовый тигель допустимо использовать в индукционной печи. Но в этом случае придется заметно увеличить мощность нагрева. Ведь графит проводит ток, а значит форма будет взаимодействовать с электромагнитными силами.
Как правило, мощность нагрева индукционной печи приходится увеличивать в 2 раза, по сравнению с простым керамическим тиглем для плавки металла.
Формы из керамики с добавлением графита хороши тем, что в них можно плавить как чугун, так и сталь. Входящий в состав тигля графит выступает в качестве восстановителя окисленного металла.
Как и в случае с инертной керамикой, керамо-графит является хрупким. С ним нужно крайне аккуратно обращаться.
Графит – такие тигли получили широкое распространение при плавке лома как цветных, так и драгоценных металлов.
Графитовые тигли хорошо совместимы с плавкой при помощи прямого нагрева. Данный метод плавки идеально подходит для лома старого серебра. Газ и графит позволяют серебру полностью восстановить окислы, что увеличивает массовый выход драгметалла.
Если керамику или керамо-графит можно изготовить в домашних условиях, то графитовые тигли создаются лишь в заводских условиях.
Графитовые тигли для плавки металла демонстрируют неплохую долговечность. Рабочего ресурса такого тигля обычно хватает на 100 плавок, а в некоторых случаях и более того.
Чугун – такие тигли отлично подходят для плавки меди. В чугунном тигле можно получить высококачественную бескислородную медь. Чугун из формы хорошо поглощает кислород.
Чугунные тигли физически не рассчитаны на большое количество плавок. В среднем такие формы используются до 30 раз. После этого чугунные стенки формы практически полностью утрачивают атомарный углерод.
Как выбрать тигель из стали.
Сталь – такие тигли рассчитаны на плавку алюминиевых и магниевых сплавов. Стальные формы весьма долговечны и достаточно просты в изготовлении.
Общие этапы изготовления
Для начала подготавливается сырьё, и тут всё зависит от модели грядущего резервуара. Брать компоненты лучше с запасом, ведь первая вещь вряд ли получиться. Также, в целях безопасности, следует заниматься производством в дали от открытого огня, и выбирать хорошо проветриваемое помещение.
Вторым этапом идёт смешивание материалов и придание отливке необходимых параметров. Для этих целей применяют гипсовые формочки. Создать очертания не составит труда, и такую информацию легко найти в интернете. Затем однородной материей обклеивают наружную часть макета, формируя будущий самодельный огнеупорный тигель
Ещё ему важно придать требуемую глубину и толщину
Глиняный тигель в процессе сушки
И последним действием идёт процесс сушки: заготовка ложится в картонную коробку и накрывается крышкой. Это позволит отливке просохнуть, и удалит из неё лишнюю воду. Иногда может потребоваться термическая обработка, однако, ответственный пункт – контроль температуры отжига, и защита кожи рук и лица. Если будет слишком сильный жар, то предмет лопнет, и есть шанс получения сильных ожогов. Подробную инструкцию о том, как сделать тигель самому и в домашних условиях будет рассказано в следующих главах.
Отличия самодельного и заводского агрегата
Чтобы понять разницу, нужно взять за точку отсчета цель использования оборудования. Агрегаты домашней сборки обычно нужны для периодического применения (перерывы могут быть существенными), поэтому на первый план в них выходит минимальная себестоимость, возможность выполнения простейших манипуляций, нетребовательность в обслуживании.
В том случае, если результаты плавки используются для получения заработка, целесообразнее приобрести заводскую индукционную модель – такое оборудование способствует аккуратной работе, помогает точно соблюдать замеры, сводит к нулю вероятность попадания нежелательных примесей.Такое же оборудование сложно выполнить своими руками – сборка индуктора, выбор тигля, обустройство экрана требует профильных навыков. Создать конденсаторную батарею и генератор сможет не каждый.
Тигельная печь своими руками
Нельзя упускать из внимания эргономические показатели печей. В кустарных заготовках им уделяется минимум ресурсов, как правило, такие вариации неудобны в использовании, зачастую опасны ввиду применения подручных материалов. В заводских линейках для обеспечения комфортной работы применяются проверенные технологии, в частности, это касается конфигурации и поворотного механизма тигля
Важно, что в них созданы условия для предотвращения травматизма
Тигель для плавки металла – почему не стоит делать его своими руками?
Суббота, 18 Февраля 2017 г. 23:52 + в цитатник
Многие умельцы делают тигли для плавки металлов своими руками, отработали свои технологии, и качество таких изделий бывает довольно неплохое. Если для Вас изготовление тигля своими руками – дело новое, то этот обзор поможет определиться по какому пути дальше двигаться: делать тигель самому или купить его у непосредственного производителя без посредников.
Начнем с того, что материалом для изготовления тигля своими руками могут служить куски труб из нержавеющей стали, чугуна, глина, шамотная крошка, древесный уголь, графит и др. Казалось бы, дешевые материалы, себестоимость самодельного тигля тоже должна быть невелика. Однако на практике, при изготовлении качественного и дешевого тигля в домашних условиях умельцы сталкиваются с целым рядом проблем. В данном обзоре мы не будем останавливаться на графитовых тиглях и их проблемах выгорания при плавке металлов. Здесь мы подробнее остановимся на проблемах изготовления керамических тиглей своими руками. Опишу наиболее распространенные из них:
- Основная проблема – неоднородный состав глиняных масс. Разные месторождения глин характеризуются разным составом, при этом для получения качественных керамических изделий требуются глины определенного качественного и количественного состава.
- Глины, используемые для изготовления керамических тиглей, дают усадку, разные глины – разная усадка. Если Вы готовите тигли крупными партиями и закупаете глину одного типа в большом количестве, то это не проблема. Усадка глины заранее высчитывается, и готовое изделие получается заданной формы и разбег габаритных размеров крайне мал. Но если керамические тигли изготавливаются от случая к случаю, используются разные партии глины, то выдержать нужные размеры оказывается проблематично, повышается процент брака.
- Самодельные керамические тигли выдерживают небольшое количество плавок, при использовании тетрабората натрия (буры) самодельные керамические тигли довольно быстро покрываются микротрещинами и становятся непригодными для дальнейшей плавки металла.
- Самодельные тигли зачастую недостаточно просушены, из-за чего, при плавлении металла в теле тигля появляются дополнительные напряжения и тигель лопается.
- Самодельные керамические тигли получаются толстостенные и требуют большего времени на нагрев, увеличиваются энергозатраты при плавлении металла.
Оптимальным вариантом для плавки большинства металлов является керамический тигель, но не всякий керамический тигель подойдет для плавления металла. Рассмотрим этот вопрос подробнее. Начнем с того, что керамические тигли, которые наиболее часто встречаются на российском рынке, делятся на фарфоровые, корундовые и тигли из кварцевой керамики. Фарфоровые тигли не подходят для плавки многих металлов из-за своей относительно небольшой огнестойкости
Корундовые тигли огнестойки и прочны, но при плавлении металла есть одно очень важное ограничение: корундовый тигель нельзя резко нагревать и охлаждать, скорость охлаждения корундового тигля 2-3 ° С/минуту. Для плавления металла в режиме смены температур подойдет тигель из спеченной кварцевой керамики
Тигель из кварцевой керамики инертен по отношению к металлам, огнеупорен, химически стоек, выдерживает резкие перепады температур
Для неискушенного человека для изготовления качественного тигля из спеченной кварцевой керамики потребуются неоправданно большие затраты времени, материала и энергии на экспериментальную работу. Таким образом, для новичка гораздо выгоднее не делать тигель для плавки металлов своими руками, а купить его непосредственно у производителя тиглей. Цены на тигли из кварцевой керамики можно посмотреть здесь (прайс-лист)
Тигель из кварцевой керамики инертен по отношению к металлам, огнеупорен, химически стоек, выдерживает резкие перепады температур. Для неискушенного человека для изготовления качественного тигля из спеченной кварцевой керамики потребуются неоправданно большие затраты времени, материала и энергии на экспериментальную работу. Таким образом, для новичка гораздо выгоднее не делать тигель для плавки металлов своими руками, а купить его непосредственно у производителя тиглей. Цены на тигли из кварцевой керамики можно посмотреть здесь (прайс-лист).
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
Способы плавки металла в тигле
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
https://youtube.com/watch?v=NcqOpDRNhpM
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
Индукторная тигельная печь для плавки алюминия
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 индуктивного нагрева, 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
А зачем?
У читателя, интересующегося домашней металлургией «для общего развития», может возникнуть вопрос: а к чему все эти хлопоты? Не все же бродят с металлоискателем в лесу после дождя, не все увлечены выплавкой булата дома, и далеко не у всех есть на примете центнеры старой электроники, из которых можно извлечь десятки граммов золота, платины, палладия.
Поинтересуемся тут же, в интернете, сколько стоит свинец в слитках. Затем, в ближайшем рыболовном магазине, а сколько – килограмм грузил из него? Сбавим вдвое, чтобы владелец наверняка соблазнился, и подсчитаем «навар».
Удивлены? Можно подняться и круче, если есть художественный вкус и навыки литься по выплавляемой форме. Материал для сравнения – бронзовый лом и статуэтки из нее же.
Но еще больше подъем будет на бронзовых винтах для маломерных судов. Правда, и сделать гребной винт много сложнее – нужно точно выдержать профиль, шаг и конфигурацию лопастей. А в целом тигельная плавка металла в домашних условиях дело очень выгодное. Было бы желание.
Ниже Вы можете поделиться своими мыслями и результатами с нашими читателями и постоянными посетителями.
Также можно задать вопросы автору*, он постарается на них ответить.
Изготовление тигля из глины
Можно изготовить тигель из шамотной глины. Это недорогой вариант и к тому же обладающий высокой стойкостью к большим температурам. Такую глину используют при кладке печей и ее можно купить в любом строительном магазине. Шамотная глина способна выдержать температуру до 1600 градусов по Цельсию.
Итак, понадобится шамотная глина (продается в мешках в строительных магазинах), жидкое стекло (продается там же) и молотый шамот. Его можно купить или изготовить из шамотного кирпича.
Для того чтобы сделать смесь, из которой в будущем будет вылеплен тигель, берется 7 частей глины, 3 части шамота и на литр сухой смеси 10 ложек жидкого стекла. Смешивается шамот и глина до однородного состояния. После этого потихоньку доливается вода. Чтобы не испортить заготовку можно часть смеси отсыпать, а в случае большого количества воды — добавить сухого порошка. Месить нужно до момента, когда глина перестанет липнуть к рукам.
Только после того, как будет замешана глина нужной консистенции, можно добавлять стекло. При добавлении стекла нужно тщательно все вымешивать до состояния, когда глина перестанет трескаться. Лучше всего в ком глины добавить стекло и раскатать в рулон, потом несколько раз сложить и повторять процедуру до тех пор, пока не перестанет трескаться. Материал для тигля готов. До того момента когда он будет использован, хранить нужно в нескольких слоях целлофана.
Глина есть, теперь чтобы изготовить тигель нужно взять форму, самый простой способ – это использование гипсовой формы. Как сделать такую форму можно найти на любом сайте по лепке из гипса. Итак, непосредственно изготовление тигля.
Перед началом лепки нужно отбить весь воздух из глины, для этого на пол можно постелить газету и несколько раз с силой бросить ком на него, раз десять будет достаточно. Теперь берется ком глины и тщательно вминается в дно формы, после этого небольшими комочками формируются стены изделия. Их толщину можно контролировать по краю формы
Очень важно тщательно приминать глину к форме, чтобы там не образовалось воздушных подушек. После того как тигель вылеплен, нужно сделать ровной внутреннюю поверхность. Для этого достаточно смочить глину водой
Для этого достаточно смочить глину водой.
После этого наступает момент сушки. Форма с глиной помещается картонную коробку и накрывается крышкой. Часов через семь вся вода из глины испарится и форма будущего тигля немного «сядет», так что достать ее из формы не особо сложно. После этого тигель продолжает сушиться в той же коробке, по мере сушки все дефекты сами собой устранятся и горшочек приобретет серый окрас. Иногда могут появиться небольшие трещинки. Их можно замазать мокрой глиной. Далее горшки обжигаются при температуре 800 градусов в муфельной печи. После обжига тигель готов к использованию.
Устройство
Самодельная печь для плавки металлов имеет довольно простую конструкцию и состоит из трех основных блоков, помещенных в общий корпус:
генератор переменного тока высокой частоты; индуктор — спиралевидная обмотка из медной проволоки или трубки, выполненная своими руками; тигель.
Тигель помещают в индуктор, концы обмотки подключают к источнику тока. При протекании тока по обмотке вокруг нее возникает электромагнитное поле с переменным вектором. В магнитном поле возникают вихревые токи, направленные перпендикулярно его вектору и проходящие по замкнутому контуру внутри обмотки. Они проходят через металл, положенный в тигель, при этом нагревая его до температуры плавления.
Достоинства индукционной печи:
- быстрый и равномерный нагрев металла сразу после включения установки;
- направленность нагрева — греется только металл, а не вся установка;
- высокая скорость плавления и однородность расплава;
- отсутствует испарение легирующих компонентов металла;
- установка экологически чиста и безопасна.
В качестве генератора индукционной печи для плавки металла может быть использован сварочный инвертор. Также можно собрать генератор по представленным ниже схемам своими руками.
Печь для плавки металла на сварочном инверторе
Эта конструкция отличается простотой и безопасностью, так как все инверторы оборудованы внутренними защитами от перегрузок. Вся сборка печи в этом случае сводится к изготовлению своими руками индуктора.
Выполняют его обычно в форме спирали из медной тонкостенной трубки диаметром 8-10 мм. Ее сгибают по шаблону нужного диаметра, располагая витки на расстоянии 5-8 мм. Количество витков — от 7 до 12, в зависимости от диаметра и характеристик инвертора. Общее сопротивление индуктора должно быть таким, чтобы не вызывать перегрузки по току в инверторе, иначе он будет отключаться внутренней защитой.
Индуктор можно закрепить в корпусе из графита или текстолита и установить внутрь тигель. Можно просто поставить индуктор на термостойкую поверхность. Корпус не должен проводить ток, иначе замыкание вихревых токов будет проходить через него, и мощность установки снизится. По этой же причине не рекомендуется располагать в зоне плавления посторонние предметы.
При работе от сварочного инвертора его корпус нужно обязательно заземлять! Розетка и проводка должны быть рассчитаны на потребляемый инвертором ток.
Индукционная печь на транзисторах: схема
Существует множество различных способов собрать индукционный нагреватель своими руками. Достаточно простая и проверенная схема печи для плавки металла представлена на рисунке:
Чтобы собрать установку своими руками, понадобятся следующие детали и материалы:
два полевых транзистора типа IRFZ44V; два диода UF4007 (можно также использовать UF4001); резистор 470 Ом, 1 Вт (можно взять два последовательно соединенных по 0,5 Вт); пленочные конденсаторы на 250 В: 3 штуки емкостью 1 мкФ; 4 штуки — 220 нФ; 1 штука — 470 нФ; 1 штука — 330 нФ; медный обмоточный провод в эмалевой изоляции Ø1,2 мм; медный обмоточный провод в эмалевой изоляции Ø2 мм; два кольца от дросселей, снятых с компьютерного блока питания.
Маркировка тиглей
Тигель (VIII—IX век). Археологические раскопки 1970-х годов, городище Камно, Псковская область. Государственный музей истории Санкт-Петербурга
Каждый тигель имеет марку (номер), и этот номер означает ёмкость тигля. Тигли маркируются от 1 до 300. В металлургии, как наиболее массовой отрасли промышленности, потребляющей тигли, за одну условную единицу ёмкости (1) принимается объём, равный 0,142 дм³ (или удельная вместимость 1 кг бронзы) при условии, что тигель наполнен металлом на 85 %. Например, вместимость тигля марки 20 соответствует 2,84 дм³, или, иными словами, — 20 кг расплавленной бронзы.
