Как расплавить металл до жидкого состояния

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.

Плавка металла 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.

Читайте также:  Машиностроительные стали что такое

Источник

Как расплавить железо в домашних условиях

Дуговая плавка металла в электрических печах является самым совершенным способом ее производства. Угар металла и, особенно, легирующих элементов при выплавке стали в электрических печах значительно меньше, чем при других способах ее производства. В электрических печах можно выплавлять стали высочайшего качества, поэтому в наше время в них выплавляют большинство марок легированных сталей.

Исходные материалы для плавки стали в электрических печах такие:

  • стальной лом,
  • чугун,
  • железная руда,
  • флюсы,
  • раскислители,
  • ферросплавы.

Основной вид сырья — это лом углеродистых и легированных сталей. Чугун составляет 5-10% всей шихты. Железную руду используют ограничено — для окисления примесей в металле. Как флюс в основных печах применяется свежее выпаленная известь, а в кислых — кварцевый песок. Раскислители и ферросплавы применяют такие же, как и при производстве стали в мартеновских печах.

Подготовительный этап перед плавлением

Крупные организации, специализирующиеся на переработке металлолома, автоматизируют процесс отбора и сортировки, что значительно ускоряет его. С этой целью используют погрузочную технику. Химический состав определяется при оценке качества и внешнего вида металлического лома, а также по факту наличия примесей легирующих и углеродных включений. Известно, что ломкость стали, при воздействии высоких или низких температур, обуславливают примеси серы, кремния или фосфора. Следовательно, их обязательно определяют, чтобы в процессе переплавки выжечь с помощью специальных присадок.

В подготовительном процессе для формирования нужной формы и размера используют следующие виды оборудования:

  • плазморез;
  • механизированные резаки;
  • шредеры для измельчения листов черного металлолома;
  • прессовочное оборудование;
  • устройство для пакетирования.



Строение электрических печей для плавки металла

Электродуговая плавка металла производится в электропечи вместимостью от 0,5 до 200 т. Разрабатываются печи на 300 и 400 т. Принципиальная схема устройства дуговой электрической печи показана на рис. 1.

Корпус печи имеет форму цилиндра со сферическим или плоским днищем. Внешне он имеет защитный кожух из стального листа толщиной 10…40 мм, внутренняя поверхность футерована основными или кислыми огнеупорами. Угольные или графитовые электроды пропускаются через отверстия в своде печи. В стенке корпуса имеется рабочее окно, через которое сливают шлак, загружают ферросплавы, отбирают пробы металла.

Применяют два типа сталеплавильных электропечей: дуговые, и индукционные высокой частоты. Дуговые печи, в которых шихтовые материалы расплавляются теплом электрической дуги, наиболее распространенные благодаря высокому коэффициенту полезного действия, возможности выплавлять в них стали различных марок, простоте строения и удобства обслуживания.

Футеруют печи основными или кислыми огнеупорными материалами. Более распространены печи с основной футеровкой, так как в них можно удалять из жидких сталей серу и фосфор. Современные электродуговые печи оборудованы специальными устройствами, чтобы подводить кислород, используемый для окисления примесей во время плавления стали.

Технология плавки стали в основной дуговой электропечи

В зависимости от состава шихты в электрических печах с основной футеровкой можно плавить сталь тремя методами:

  • с полным окислением примесей,
  • с частичным их окислением,
  • без окисления.

Расплавленный металл

К металлам относятся элементы, атомы которых имеют небольшое число сравнительно легко отделяемых валентных электронов. В твёрдых металлах между атомами возникают значительные силы взаимодействия, превращающие атомы в катионы, которые размещаются в узлах кристаллической решетки. Валентные электроны перестают принадлежать каждому атому в отдельности. Непрерывно переходя от одного атома к другому, они осуществляют связь между катионами в кристаллической решетке. Наличием таких свободных электронов объясняются специфические свойства металлов (электропроводность, теплопроводность и др.).

Жидкие металлы, не сильно перегретые выше температуры плавления, имеют примерно такую же электро- и теплопроводность, как кристаллы. Это даёт основание считать, что жидкие металлы, так же как и твёрдые представляют собой системы, состоящие из положительных ионов и свободных электронов. Однако в расплавах дальнейший порядок разрушен.

Чёрные металлы, получаемые в производственных процессах, содержат различные примеси. По форме существования в железе примеси можно разбить на следующие группы:

1. Марганец, хром, никель и др.

Читайте также:  Какова оптимальная температура отпуска для стали 70

К этой группе относятся металлы, у которых атомные радиусы отличаются от атомного радиуса железа не более, чем на 10…15%. Они расположены с железом в одной или смежных группах периодической системы. Эти примеси обладают неограниченной растворимостью в жидком железе и высокой (часто неограниченной) в твёрдом. Они образуют с железом твёрдые растворы замещения, занимая часть узлов кристаллической решетки растворителя, и отдают свои валентные электроны, превращаясь в катионы. Поэтому считают, что в расплаве марганец, хром, никель и подобные им элементы находятся в таком же состоянии, как железо.

2. Углерод, азот, водород.

Атомы этих элементов имеют радиусы ( Читайте также: Лучшие сварочные инверторы российского производства

3. Кремний, фосфор.

Эти элементы неограниченно растворимы в жидком железе, имеют значительную растворимость в твёрдом железе ( до 19% Si

и 33,3 ат. %
Р
образуются прочные соединения – силицид железа
FeSi
, и фосфид железа
Fe
2
Р
, которые сохраняются и расплаве.

4. Кислород, сера.

Обладают очень малой растворимостью в твердом железе (менее 0,01 % О

и менее 0,015 %
S
). В жидком железе кислород растворяется ограниченно (

0,23 % при 1600 ºС), сера — неограниченно. С железом эти элементы образуют прочные соединения — оксиды и сульфиды. Разница в электроотрицательности у железа и кислорода больше, чем у железа и серы. В кристаллах оксидов преобладает ионная связь, а у сульфидов повышена доля ковалентности. Растворение кислорода и серы в жидким железе тоже сопровождается значительным химическим взаимодействием. Исследования показывают, что в расплаве железа кислород и сера присутствуют в одноатомном состоянии. В расплаве железа молекулы
FeO
отсутствуют.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАСТВОРОВ

Вакуумно-дуговая, плазмо-дуговая и электронно-лучевая переплавка

Вакуумно-дуговую переплавку (ВДП) проводят в вакуумных дуговых печах с электродом 6, что переплавляется (рис. 4, б), при этом слиток 3 образуется, как и в охлаждаемом водой кристаллизаторе 2. В корпусе 7 печи поддерживается вакуум около 1,5 Па, что способствует качественному очищению металла от газов, а направлена кристаллизация обеспечивает удаление неметаллических примесей, образование плотной структуры и исключает образование усадочной раковины. Вместимость печей для ВДП достигает 60 т.

  • а — электрошлаковая;
  • б — вакуумно-дуговая;
  • в – плазмо-дуговая;
  • г — электронно-лучевая;
  1. — охлаждаемый водой поддон;
  2. — кристаллизатор;
  3. — слиток;
  4. — металлическая ванна;
  5. — расплавленный шлак;
  6. — заготовка (электрод);
  7. — вакуумная камера;
  8. — плазмотрон;
  9. — электронная пушка;
  10. — устройство для извлечения слитка.

Плазмо-дуговую переплавку (ПДП) применяют для производства сталей и сплавов особо высокой чистоты. Источником нагрева является плазменная дуга с температурой 10 000-15 000 °С (рис. 4, в).

Переплавка производится в вакуумных установках, подобных тем, что используются для ПДП при остаточном давлении 0,001 Па (рис. 4, г).

Руда, кокс и домна = чугун

Всем нам хорошо известно со школьной скамьи, что любой металл добывают из руды. Руда есть не что иное, как горная порода с высоким содержанием необходимого нам металла. Впрочем, в природе в чистом виде встречаются только золото и редкоземельные металлы, которые не окисляются и могут сохраняться в виде чистых металлов неограниченные промежутки времени. Все остальные металлы находятся в руде в виде различных соединений. Чаще всего это оксиды.

Железная руда – не исключение. Она состоит практически целиком из оксида железа Fe2O3 с добавлением посторонних примесей и пустой породы. По сути – это есть грязная ржавчина. И в чистом виде руду в доменную печь отправлять нельзя. Полученный металл будет очень низкого качества, а основным продуктом печи станет шлак.

Для того чтобы руда стала пригодной для загрузки в плавильную печь, её обогащают на горно-обогатительном комбинате. В старые времена руда была с высоким содержанием железа. На сегодняшний день мы практически вынуждены перерабатывать старые отвалы и перерабатывать руду с малым содержанием железа, что, безусловно, сказывается на стоимости стали.

При обогащении руда проходит множество стадий очистки от посторонних примесей. На выходе из цехов ГОК получаются окатыши с высоким содержанием оксида железа, готовые к загрузке в печь. Как правило, ГОК и сталелитейный комбинат находятся в одном месте, чтобы снизить затраты на транспортировку окатышей.

Второй компонент, необходимый для плавки металла – кокс, который является твердым топливом и источником моноксида углерода, посредством которого и восстанавливается железо из оксида в два этапа. Кокс – это каменный уголь, прошедший пиролиз. Изначально в качестве топлива и источника угарного газа применяли древесный уголь. Он получается путем пиролиза древесины, но древесный уголь слишком дорог и непригоден для промышленного производства металла. Хотя древесный уголь лишен посторонних примесей, которыми насыщен обычный каменный уголь. Чтобы очистить каменный уголь от газов и примесей его тоже стали подвергать пиролизу – то есть, нагреву без доступа воздуха с отводом образующихся газов. В результате получается кокс – чистое топливо, пригодное для плавки металлов. Для получения кокса подходят не все марки угля, а только так называемые коксующиеся угли. Кокс на сталелитейный завод может поступать за тысячи километров, так как практически никогда не бывает того, чтобы уголь и руда залегали в одном месте.

Читайте также:  Забилась потовая железа что делать

Третий элемент, необходимый для получения металла – доменная печь. Это грандиозное сооружение было придумано еще в 14 веке, но тогда она не имела таких размеров как сейчас. Однако принцип действия древней печи и современной одинаков – восстановление железа из оксида под действием монооксида углерода при высокой температуре.

Доменная печь может работать непрерывно сколь угодно долго. Во всяком случае, пока в неё загружают шихту и кокс, а её футеровка не нарушена настолько, что требует ремонта. Это сооружение представляет собой шахтовую печь с минимальной высотой около 35 метров, в которой имеется несколько зон. Самая нижняя зона – это горн, в котором собирается жидкий чугун, над ним расположены заплечики. Это высокотемпературная часть печи. Выше расположен распар – зона восстановления FeO, где из окиси железа под действием высокой температуры и угарного газа выделяется в виде капель жидкого металла железо и стекает в горн, где окончательно расплавляется. Ещё выше расположена зона восстановления Fe2O3– это так называемая шахта, в которой температура ниже, но под действием угарного газа происходит первый этап восстановления железа из оксида в окись. В самой верхней части доменной печи расположен колошник – устройство, в котором разделяются доменные газы и через которое загружают шихту. Загрузка шихты – смеси в определенных пропорциях руды, кокса и различных вспомогательных добавок в современных печах происходит автоматически, а раньше для этого использовался ручной труд. Важно понимать, что даже самая маленькая доменная печь вмещает не менее 300 тонн шихты. И загрузить их вручную достаточно проблематично, а ведь эту массу нужно постоянно поддерживать, чтобы печь не остывала. Современные доменные печи имеют объемы загрузки более 12 тысяч тонн. Естественно, что вручную такую массу загрузить невозможно.

В нижней части печи имеются летки для выпуска расплавленного металла и слива шлаков, а так же фурмы для подачи подогретого воздуха. Для обеспечения нормального режима работы печи воздух должен быть подогрет до температуры 1100 – 1200 градусов. При такой температуре важно, чтобы сопла фурм не повело. Для этого внутри них циркулирует охлаждающая жидкость.

Горновая часть доменной печи имеет многослойную футеровку, которая тоже охлаждается проложенным внутри контуром. А сама печь опирается на фундамент из железобетона толщиной 4 метра. Поддерживают печь в вертикальном положении стальные колонны.

По мере того как в горновой части скапливается достаточное количество жидкого металла, его сливают, выбивая пробку в летке горна. Металл отводится от печи по каналам и поступает в термостатированные емкости для дальнейшей транспортировки по технологической цепочке. Доменные шлаки могут спускать как через летку для металла, так и через специальные шлаковые летки. Шлаки в расплавленном виде вывозят на специально оборудованную площадку и там сливают. В дальнейшем шлаки перерабатывают в минеральную вату, так как они по большей части представляют собой минеральную основу.

Из доменной печи выходит чугун. Его свойства далеки от требуемых, так как он содержит слишком много углерода, вкрапления фосфора и серы. Чтобы получить из него сталь, требуется выжечь лишнее и ввести легирующие присадки. Тогда получится сталь с требуемыми характеристиками. Все это происходит в мартеновском или кислородно-конвертерном цехах.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни