Плавка алюминия в домашних условиях при высокой температуре

Долгие годы алюминий применяется в быту и промышленности. Благодаря его свойствам, из него можно делать разнообразные изделия.
Плавить алюминий допустимо в домашних условиях, так как для этого не нужна высокая температура. Для проведения такой процедуры, нужно знать только свойства металла.

Прочитав статью, вы узнаете, как происходит плавка алюминия в домашних условиях — пошаговая инструкция.

• 1 Характеристика
• 2 Подробности 2.1 Технологический процесс — инструкция видео
• 2.2 Используемые источники тепла
• 2.3 Изготовление формы для отливки — инструкция

Характеристика

Температура плавления материалов определяется их чистотой. Из-за своей легкости и хорошей пластичности, алюминий подходит для различных технологических процедур. Под действием высоких температур идет реакция с кислородом.

На поверхности металла появляется оксидная пленка, защищающая его от окисления и коррозии. Во время плавления алюминий изменяет свою структуру, поэтому защитное покрытие ему необходимо. При резком охлаждении появляется дополнительное внутреннее напряжение и усадка.

Плавка алюминия в домашних условиях пошаговая инструкция

Алюминий и его сплавы используются почти во всех сферах промышленности, а также в процессе изготовления предметов домашнего обихода.

В условиях комнатной температуры на алюминии образуется тонкая пленка окиси (А12O3), прочно защищающая его от последующего окисления. Время окисления алюминия с ростом температуры резко увеличивается.

Именно по этой причине в процессе плавки алюминия и его сплавов в плавильных печах поверхность расплавляемого материала и зеркало ванны очень быстро покрывается пленкой окиси.

Подробности

Технологический процесс — инструкция видео

Для разогрева металла используется тугоплавкая емкость (тигель). Изделия применяются из таких материалов, как сталь, фарфор, корунд, чугун. В домашних условиях используется емкость, сделанная из широкой железной трубы или готовый тигель. Для ее изготовления нужна только болгарка и сварочный аппарат. Объем тигеля может быть разным и выбирается индивидуально, прогревается он равномерно. Металл должен быть измельчен и плавится он в ходе теплопередачи.
Температура плавления должна быть уменьшена перед термообработкой для того, чтобы состояние металла изменялось быстрее. Для этого его измельчают на мелкие детали. Часто после этого происходит окисление или воспламенение. Образуется оксид алюминия, который меняет свое состояние при более высоких температурах. Данное вещество удаляется после переплавки металла вместе с остальными шлаками.

СПРАВКА! Во время плавки алюминия дома нужно избегать попадания в тигель жидкости. Это обусловлено тем, что испарение воды может стать причиной взрыва. Поэтому перед тем, как опускать металл в тигель, нужно убедиться в его абсолютной сухости.

В основном плавят проволоку из алюминия. Для этого ее разделяют ножницами на кусочки, а потом сдавливается пассатижами. С помощью данного способа предотвращается воздействие на металл кислорода. Если вы не планируете получение деталей высокого качества, то измельчать сырье не обязательно.

Технология литья при необходимости получения расплавленного алюминия в домашних условиях придется смоделировать самостоятельно. Материал нужно сначала очистить от грязи, шлаков и примесей. Большие заготовки необходимо разделить на несколько небольших. Отливку совершают по инструкции, для плавки применяют наиболее удобный вариант. С поверхности текучего вещества нужно удалить шлак. Расплавленный алюминий наливают в форму, которую после застывания металла нужно разбить.

Используемые источники тепла

Для того, чтобы переплавить алюминий в бытовых условиях, можно применять:

1. Плавка алюминия в муфельной печи, которая может быть сделана самостоятельно. Этот способ очень эффективен и позволяет быстро перевести металл в жидкую форму.
2. Паяльную лампу. С ее помощью можно расплавить небольшие количества алюминия.
3. Газовый резак — используется редко.

Очаг делается из кирпичей, из металлической емкости делается каркас. С одной стороны с помощью сверла делается отверстие для подачи кислорода. К трубке из металла присоединяется фен, пылесос или другой подобный прибор. Тигель ставят в очаг после разведения костра. Для лучшей термообработки угли можно выложить еще и по бокам. Чтобы не потерять тепло, можно сделать крышку, оставив отверстие для выхода дыма. Делать печь не стоит, если металл необходимо расплавить всего один раз.

Плавка алюминия на газовой плите также имеет место быть. Обычная газовая плита способна раскалить металл до необходимой температуры. Маленькие кусочки алюминия расплавятся где-то за полчаса.

В качестве тигеля обычно используется жестяная банка. Банку ставят в другую банку так, чтобы зазор между ними двумя составлял около одного сантиметра. Это нужно для равномерного распределения температуры. В той банке, которая побольше, нужно проделать несколько отверстий для обеспечения доступа огня. Диаметр этих отверстий должен быть 3-4 см в диаметре. При этом рассекатель на конфорке можно не убирать. Таким способом можно добиться равномерного нагрева банки с алюминием. Банку, которая больше, накрывают крышкой, чтобы тепло не выходило.

Изготовление формы для отливки — инструкция

Если вам нужно сделать что-то простое, то изготовление специальной формы не потребуется, металл можно вылить на стальной лист.

Если же изделие будет более сложным, то нужна форма, которую можно сделать из следующих материалов:

• — глина;
• — гипс;
• — жидкое стекло;
• — песок;
• — каменноугольный пепел.

Заливать сплав в форму можно двумя способами — открытым и закрытым.

Открытый — простой способ. Металл, который расплавили, переливают в обыкновенную емкость, чашку, консервную банку и так далее. После остывания сплава, болванку вынимают из емкости. Если неважно, какая форма будет у металлического предмета, алюминий оставляют на прочной поверхности.

Формировочные элементы используются для сложной отливки, когда изделие должно соответствовать указанным параметрам. При открытой заливки часто используется кремнезем. Предмет сделан из двух емкостей, в которых находится утрамбованная земля. Части кремнезема сжимаются, а между ними кладется макет для отливки. Таким образом получают четкий отпечаток нужной детали. Макет убирается, а в форму заливают раскаленный алюминий. При закрытом методе отливки берут речной песок и смешивают его с жидким стеклом.

Для одноразового литья можно пользоваться гипсом. Макеты делают из пенопласта или парафина.

ВАЖНО! Использование этих материалов возможно только на открытом пространстве с хорошим доступом воздуха.

Пенопласт не вынимается из твердого гипса, заполняется расплавленным алюминием. Продукты его горения наносят вред для здоровья человека.

ПЛАВКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 1 глава

2>

Отливки из алюминиевых сплавов занимают ведущее положение в цветном литье. Их доля в общем выпуске отливок из цветных сплавов достигает 75 %. В связи с этим при разработке технологии плавки алюминиевых сплавов необходимо добиваться максимальной экономичности процессов, снижения затрат металла, труда и энергии на тонну годных отливок.

Развитие технологии плавки и литья алюминиевых сплавов проводится с учетом физико-химических особенностей взаимодействия всех твердых, жидких и газообразных фаз, участвующих в процессе плавки.

3.1. Физико-химические особенности плавки

Алюминий имеет малую плотность (2,7 г/см3 )и невысокую температуру плавления (660 оС).

Из физических свойств алюминия следует отметить высокие теплоемкость, теплопроводность и скрытую теплоту плавления. В связи с этим плавление алюминия и его сплавов является довольно энергозатратной операцией. Количество теплоты, необходимой для нагрева и расплавления 1 кг алюминия (660 оС) сопоставимо с теплотой, затрачиваемой на расплавление такого же количества чугуна (1250 оС). Малое удельное электросопротивление алюминия уменьшает тепловой КПД индукционных печей.

Процесс плавления алюминиевых сплавов ускоряется при погружении щихты в расплав, когда одновременно с прогревом шихты идет ее растворение в расплаве. Трудность растворения в алюминии других более тугоплавких элементов вызывает необходимость использования лигатур.

Главные сложности при плавке вызывает повышенная химическая активность алюминия, особенно высокое сродство к кислороду. Алюминий и его сплавы склонны к взаимодействию с газами печной атмосферы, огнеупорными материалами и флюсами.

При плавке на воздухе алюминиевые сплавы окисляются, и на поверхности твердого и жидкого алюминия образуется плотная, прочная пленка А1203 толщиной от 0,1 до 10 мкм в зависимости от времени и температуры. Основными окислителями являются кислород воздуха и пары воды.

Кинетика дальнейшего взаимодействия будет зависеть от соотношения объемов оксида (Vмео) и металла (Vме), израсходованного на его образование. Ниже приведены указанные соотношения для некоторых металлов:

Если объем оксида меньше объема металла (Vмео/Vме <1) то оксидный слой будет неплотным, рыхлым, способным свободно пропускать газ к поверхности металла. Взаимодействие кислорода с таким металлом (Mg) будет проходить с постоянной скоростью или даже усиливаться. Если объем оксида больше объема металла (Vмео/Vме >1), то оксидная пленка становится плотной и при определенной толщине доступ кислорода в зону реакции прекращается. На поверхности алюминия и алюминиевых сплавов образуются именно такие защитные оксидные пленки.

Большинство легирующих элементов (Cu, Si, Mn) не оказывают существенного влияния на процесс окисления и защитные свойства окисной плены. При обычных концентрациях этих элементов в сплавах окисная плена состоит только из А1203 .Окисляемость увеличивается под влиянием щелочных и щелочноземельных металлов (K, Na, Li, Ca, Sr, Mg) и Zn. С их участием образуются рыхлые оксидные плены. Так при содержании Mg более 1 % окисная плена почти полностью состоит из MgО, которая не обладает защитными свойствами. Бериллий и лантан (до 0,01 %) снижают окисляемость таких сплавов. Снизить окисляемость алюминия можно и путем добавления в атмосферу (до 0,1 %) газообразных фтористых соединений SiF4, BF3, SiF6 и др. Фториды адсорбируются на поверхности оксидной плены и уменьшают скорость проникновения кислорода к металлу.

Введение в расплав дополнительных порций шихты, перемешивание расплава в процессе плавки, забор сплава ковшом при разливке нарушают сплошность защитной оксидной пленки. Она неизбежно замешивается в расплав, и длительное время находится во взвешенном состоянии, а на ее месте появляется новая.

Алюминий является хорошим восстановителем для окислов большинства металлов, что затрудняет выбор огнеупорного материала для футеровки плавильных печей. Из-за восстанавливающего действия алюминия по отношению к материалам плавки и футеровки окислы образуются и в объеме сплава. Наиболее существенное влияние на степень загрязнения расплава оксидами оказывает поверхностная окисленность шихтовых материалов. Чем мельче шихта, тем больше удельная поверхность шихты и выше степень загрязнения сплава оксидами.

Кроме кислорода алюминий может вступать в химическое взаимодействие с азотом и углеродом с образованием нитридов и карбидов. Таким образом, кроме оксидов А1203 и MgО в расплаве могут находиться нитриды алюминия, магния и титана (AlN, TiN, Mg3N2) и карбид Al4C3. Эти соединения встречаются в расплаве в виде дисперсных частиц с размерами 0,03 – 0,5 мкм, равномерно распределенных по всему объему. Несмотря на разность в плотностях они очень медленно отделяются от расплава. Окисные плены более крупные с толщиной 0,1 – 1,0 мкм, и протяженностью до нескольких мм. При выстаивании сплава крупные включения должны оседать на дно или всплывать на поверхность, но этот процесс протекает медленно. Таким образом, при заполнении форм алюминиевым расплавом всегда велика вероятность попадания в отливку плен и мелкодисперсных неметаллических включений. Это приводит к образованию несплошностей, снижению механических свойств и появлению очагов коррозии.

Расплавленный алюминий и алюминиевые сплавы растворяют водород, содержание которого может достигать до 1,0 – 1,5 см3/100 г.

Содержание газа в металле может быть выражено в процентах по массе, в атомных процентах, а также объемом водорода, растворенного в 100 г металла (см3/100 г). В последнем случае предполагается, что весь растворенный водород выделен из раствора и находится в молекулярном состоянии при нормальных условиях: Рн2 = 105 Па, Т = 273,15 К. Пересчет единиц измерения производится с учетом закона Авогадро, согласно которому в нормальных условиях 1 моль газа занимает объем 22 413 см3. Масса 1моля водорода 2 г. Таким образом, если содержание водорода составляет 0,0001 % по массе, то в 100 г металла будет 0,0001 г водорода. Его объем х можно найти из пропорции: 2 : 22 413 = 0,0001 : х . Отсюда находим х = 1,12 см3 , т.е. 1 см3/100 г @ 0,0001 %.

Основным источником водорода являются пары воды, парциальное давление которых в атмосфере печи может достигать 8 – 16 кПа. При контакте расплавленного алюминия с влагой протекает реакция:

2 Al + 3 Н2О = Al2О3 + 6 [ H ] Ме.

Водород в атомарном виде растворяется в металле, а кислород образует оксид, нерастворимый в расплаве.

Влага содержится в шихтовых материалах, подлежащих плавке, во флюсах, в свежей футеровке печей и ковшей, адсорбируется на плавильном инструменте. Оксидная плена на шихтовых материалах, хранившихся во влажных помещениях, содержит гидрооксид алюминия Аl(OH)3. Химически связанная влага плохо удаляется с поверхности шихтовых материалов даже при 900 оС. В связи с этим необходимо хранить отходы и возвраты таким образом, чтобы исключить их окисление и коррозию. Мелкие отходы с развитой поверхностью желательно подвергать предварительному переплаву. Углеводороды жидкого и газообразного топлива, например, метан, также служат источником поступления водорода к расплаву.

Как известно, влияние растворенного водорода на качество отливки оценивается не по его количеству в жидком металле, а по так называемому коэффициенту потенциального перенасыщения металла водородом при кристаллизации n, который определяется из соотношения:

n = (H Ме.ж–HМе.тв) / HМе.тв.

Чем больше численное значение этого коэффициента, тем больше склонность металла к образованию газовых дефектов из-за уменьшения растворимости газа при затвердевании. В алюминии растворимость водорода меньше, чем в других металлах Несмотря на это алюминий наиболее подвержен образованию газовой пористости, так как у него самое большое значение коэффициента потенциального перенасыщения (n = 13). В твердом алюминии растворимость водорода всего лишь 0,05 см3/100 г, поэтому он будет выделяться из жидкого раствора более интенсивно, чем из других металлов.

Взаимодействие водорода не с чистым алюминием, а со сплавами на его основе, определяется их составом. Если в сплав входят компоненты, обладающие большей растворимостью газа, чем у основы, то растворимость газа в сплаве будет возрастать и наоборот. Так, например, в алюминиевых сплавах, содержащих магний растворимость водорода больше, чем в алюминии или в сплавах алюминия с медью.

Перечисленные особенности алюминиевых сплавов указывают на необходимость защиты расплава от контакта с атмосферой и проведения тщательного рафинирования или дегазации расплава.

3.2. Технологические особенности плавки

Знание перечисленных физико-химических особенностей алюминия позволяет составить общую схему технологического процесса плавки: выбрать плавильный агрегат, шихтовые материалы, способы рафинирования и модифицирования расплава, установить температурный режим плавки

3.2.1. Печи для плавки алюминиевых сплавов

Выбор типа печей осуществляется в зависимости от масштабов производства, характера литья (требований к качеству отливки) и энергетических возможностей. Плавка алюминиевых сплавов может производиться в разнообразных электрических и топливных печах.

Топливные печи могут быть тигельными, отражательными и шахтно-ванными. Наибольшее применение для алюминиевых сплавов нашли тигельные и ванные печи на газовом и жидком топливе.

При небольших объемах производства удобно использовать тигельные поворотные печи с мазутным или газовым обогревом. В них можно легко перейти от приготовления одного сплава к другому, провести рафинирование и модифицирование. В этих печах происходит минимальный угар металла (0,5 – 1,0 %). К недостаткам можно отнести малый тепловой кпд и необходимость частой замены тиглей. Тигельные топливные печи (рис. 10) состоят из следующих элементов: металлического корпуса 1, горелок или форсунок 2 и плавильного тигля 3. Корпус печи защищен теплоизоляционным слоем и огнеупорной кладкой. Над печью устанавливают вытяжной зонт для отвода дымовых газов. Для слива металла корпус имеет ручное поворотное устройство.

Тигельные топливные печи также применяют для плавки магниевых, медных, цинковых и других сплавов.

Из электрических печей для плавки алюминиевых сплавов подходят тигельные или отражательные печи электросопротивления) и индукционные печи.

Тигельные печи сопротивления типа САТ (рис. 11, а) используют для плавки небольших количеств (до 250 кг) алюминиевых сплавов. Чаще всего их применяют в качестве плавильно-раздаточных для поддержания температуры металла во время разливки по формам. Нагреватели печей САТ изготовляют из нихромовой проволоки.

В камерных отражательных печах типа САК (рис. 11,б) емкостью до 650 кг нагревательные элементы из нихрома или карборунда установлены в своде печи. Разбор металла производится через рабочее окно. Шихта загружается с противоположной стороны.

Рис. 10. Поворотная тигельная печь

Электропечи типа САН (рис. 11,в) наиболее металлоемкие (до 3000 кг). Они имеют механизм наклона для слива металла через сливной носок. Нагреватели изготовляют из нихромовой проволоки. Эти печи отличаются большой производительностью. Их экономически выгодно использовать при крупносерийном и массовом производстве, а также при переплаве отходов. Доводку и рафинирование сплавов осуществляют в раздаточных печах малой емкости.

Наиболее прогрессивным способом плавки алюминиевых сплавов в литейных цехах с серийным производством является индукционный нагрев токами промышленной, средней и высокой частоты. Для алюминиевых сплавов наиболее подходят открытые индукционные тигельные печи. Они имеют следующие преимущества:

1. высокая производительность;

2. интенсивная циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая выравнивание температуры и химического состава по всему объему ванны;

3. возможность проведения плавки при любом давлении (от атмосферного до вакуума) и в любой атмосфере (окислительной, восстановительной или нейтральной);

4. простота и удобство обслуживания печи, управления и регулирования процессом плавки;

5. хорошие санитарно – гигиенические условия труда.

Рис. 11. Электрические печи сопротивления для плавки алюминиевых сплавов: а – тигельная печь типа САТ; б – отражательная печь типа САК; в – отражательная печь типа САН; 1 – термопара; 2 – крышка; 3 – нагреватели; 4 – тигель; 5 – вытяжной зонт

В настоящее время ряд специализированных отечественных и зарубежных фирм поставляет комплектные индукционные плавильные установки (УИП). Так отечественная группа компаний РЭЛТЕК поставляет установки в состав которых входят: одна или две индукционные плавильные печи (ППИ), двухконтурная станция охлаждения индуктора с ионно-обменным фильтром, пульт дистанционного управления, гидропривод поворота печи, системы контроля футеровки тигля и охлаждающей воды.

Если в состав УИП входит одна печь, то комплект электрооборудования (рис. 12) включает в себя: устройство ввода высокого напряжения (УВН), силовой трансформатор (Тр), тиристорный преобразователь частоты (ТПЧП) и блок компенсирующих конденсаторов (БК).

Рис. 12. Схемы комплектования электрооборудования индукционных плавильных печей

Для более гибкого снабжения литейного цеха жидким металлом, повышения коэффициента использования печей и повышения производительности можно реализовать двухпостовую тандемную схему плавки. В этом случае в состав УИП входят две печи. Возможны три варианта электроснабжения тандемной плавки. Наиболее простой из них предусматривает один ТПЧП и дополнительное силовое переключающее устройство (СПУ). Когда в одной печи подготовлен расплав, то электроснабжение переключается на вторую печь. Такая система способствует снижению простоя УИП, производительность возрастает незначительно.

Более производительная работа УИП достигается при наличии второго ТПЧП малой мощности не более 10 % основного канала или при использовании двухэнергоканальных преобразователей частоты, которые дополнительно включают в себя дроссели (ДР) и инверторы (И).

Современные УИП позволяют автоматизировать процесс плавки и вести статистическую обработку параметров процесса плавки. С этой целью предусмотрена возможность постоянного точного взвешивания расплава в печи на любой стадии работы, а значит, регулировать химический состав и осуществлять учет загружаемой шихты и слитого металла.

Печи, входящие в состав УИП, могут иметь емкость от нескольких килограммов до нескольких тонн. Независимо от емкости индукционные тигельные печи имеют одинаковые конструктивные узлы и отличаются мощностью электрооборудования и производительностью. На рис. 13 показана печь ИАТ – 2,5 емкостью 2,5 т.

В связи с высокой химической активностью алюминиевого расплава большое значение уделяется материалам для футеровки и тиглей.

Футеровку отражательных печей выполняют из магнезита или шамота. Для уменьшения взаимодействия с расплавом футеровку покрывают обмазкой из флюса (23 — 25 % Na3AlF6, 20 – 27 % B2O3, ост. NaCl), смешанного с жидкой глиной. Обмазку прокаливают при 900 – 950 оС.

Тигли для плавки алюминиевых сплавов изготовляют из серого или легированного чугуна. Можно использовать и графитошамотные тигли, предназначенные для плавки меди и медных сплавов. Их емкость от 0,5 до 500 марок. Условная единица емкости – марка, показывает объем, занимаемый 1 кг расплавленной меди. Зная плотности меди и сплава, можно определить массу сплава в тигле.

Рис.13. Индукционная тигельная печь ИАТ – 2,5 для плавки алюминиевых сплавов: 1 – магнитопроводы; 2 – индуктор; 3 – набивной тигель; 4 – каркас печи; 5 – рабочая площадка; 6 – сливной носок; 7 – ось поворотного устройства

Для защиты от насыщения расплава железом рабочие поверхности литых чугунных тиглей покрывают защитными огнеупорными обмазками, а весь плавильный инструмент – огнеупорными красками.

Для чугунных тиглей применяют обмазку, состоящую из (%, по массе): 17 – графита; 18 – огнеупорной глины; 5 – жидкого стекла и 60 – воды. Обмазку наносят слоем толщиной не менее 5 мм

В состав красок для инструмента входят мел, оксид цинка, огнеупорная глина, тальк, коллоидный графит и другие вещества. Чаще всего используют краску, состоящую из 50 частей (по массе) отмученного мела, 50 ч оксида цинка, 5 ч жидкого стекла, 100 ч воды или краску из 32,5 ч отмученного мела или окиси цинка, 1,5 ч жидкого стекла и 66 ч воды. Краску наносят на подогретые до 90 – 150 оС поверхности при помощи распылителя или кистью.

Футеровку индукционных тигельных печей для алюминиевых сплавов рекомендуется выполнять набивкой из жаростойких бетонов. Хорошо зарекомендовали себя бетоны на жидком стекле с кремнефтористым натрием. Они имеют следующий состав, %: 28,8 — тонкомолотый магнезит; 25,0 — шамотная крошка размером 0,15 – 0,50 мм; 30,0 – шамотная крошка размером 5 – 10 мм; 15 – жидкое стекло с плотностью 1,36 – 1,38 и 1,2 – кремнефтористый натрий. Высокую прочность жаропрочный бетон приобретает после обжига при температуре выше 800 оС.

3.2.2. Выбор и подготовка шихтовых материалов

В качестве исходных шихтовых материалов применяют первичные и вторичные металлы и сплавы, лигатуры, возврат и отходы. Соотношение этих материалов зависит от назначения отливок. Чем выше требования к их качеству, тем больше доля первичных материалов. Основное внимание обращается на содержание примесей. Для рядовых отливок обычно используют первичный алюминий технической чистоты марок от А0 до А85. Для отливок ответственного назначения – алюминий высокой чистоты А99 или А995. Для введения всех легирующих добавок необходимо использовать лигатуры, состав которых приведен в табл. 2. В чистом виде можно вводить только цинк марок Ц1, Ц2 и магний марок Мг90, Мг95, Мг96, температура плавления которых ниже чем у чистого алюминия. При необходимости можно заказать любой первичный алюминиевый сплав с заданным содержанием примесей. Самые дешевые составляющие шихты – вторичные чушковые сплавы и собственные отходы.

Шихтовые материалы для плавки алюминиевых сплавов, а также флюсы, рафинирующие и модифицирующие материалы должны храниться в специально оборудованном сухом помещении – складе шихтовых материалов раздельно по маркам. Собственные отходы и возврат очищают от песка в очистных устройствах вместе с отливками и маркируют клеймом плавки или красками. Мелкие отходы и стружку, а также отходы, загрязненные маслом и эмульсией, необходимо переплавлять и хранить в виде маркированных чушек.

Все компоненты шихты перед загрузкой в расплавленный металл должны быть нагреты до 150 – 200 оС на борту печи во избежание выбросов металла.

3.2.3. Защита от окисления и насыщения газами

Для предохранения от окисления и насыщения водородом можно вести плавку в вакууме, под защитной атмосферой инертных или нейтральных газов, в воздушной среде, содержащей фториды, и под покровными флюсами. Если при плавлении приоритет отдается защите от насыщения водородом, то применяют плавку под слабоокислительной атмосферой. В производственных условиях наиболее распространена защита расплава покровными флюсами из смеси хлоридов и фторидов натрия, калия, кальция и магния. Состав некоторых покровных флюсов приведен в табл. 8.

Таблица 8.

Состав покровных флюсов для плавки алюминиевых сплавов

Флюс номер 1 имеет температуру плавления 650 оС, хорошо смачивает поверхность расплава и оксиды алюминия. Расход флюса 1 – 2 % от массы шихты. Его всегда используют при плавке в отражательных печах. При больших скоростях плавления в тигельных печах покровный флюс можно не применять.

Для сплавов, содержащих магний, применяют флюсы на основе карналлита (MgCl2×KCl), которые смачивают оксид магния.

Несмотря на меры предосторожности, расплав в той или иной степени загрязняется металлическими и неметаллическими включениями и насыщается водородом. Для получения качественных отливок его необходимо рафинировать.

3.2.4. Рафинирование алюминиевых сплавов.

Очистка алюминиевых сплавов от различных включений и водорода может быть проведена отстаиванием расплава, продувкой инертными и активными газами, обработкой хлористыми солями и флюсами, вакуумированием и фильтрацией.

Отстаивание

основано на всплывании или осаждении включений за счет различия в плотности с расплавом. Эта разница невелика, невелика и эффективность данного метода. Даже при длительной выдержке удаляются только крупные частицы. Если выдерживать расплав в выключенной печи и охладить расплав до температуры плавления (произвести вымораживание расплава) то можно частично удалить растворенный водород.

Продувка расплавов газами

сопровождается диффузией растворенного газа (водорода) в пузырьки продуваемого газа и флотирующим действием пузырьков по отношению к некоторым включениям. Используют инертные (аргон, гелий) или нейтральные газы (азот) и активный газ – хлор или смесь азота с хлором. Для алюминиевых сплавов обычно выбирают более дешевый азот. При температурах до 800 °С, азот не вступает во взаимодействие с расплавленным алюминием, т.е. является нейтральным газом по отношению к алюминию. При более высоких температурах образуются нитриды алюминия.

Механизм рафинирования продувкой инертными или нейтральными газами, в частности азотом, приведен на рис. 14. Газ можно подавать в расплав при помощи керамических (или футерованных металлических) трубок с пористыми наконечниками (рис. 14, а) в плавильный тигель или разливочный ковш, а также через пористые керамические вставки, смонтированные в дно ковша (рис. 14, б). Трубку с газом необходимо перемещать по всему объему расплава. Газ поступает из баллона через редуктор. Давление газа увеличивают постепенно до появления легкого бурления над расплавом. В систему подачи газа должен быть встроен осушитель, наполненный гранулами силикагеля.

Рис. 14. Способы продувки расплава азотом через трубку с пористым наконечником (а) и через пористую вставку (б): 1 – тигель (ковш); 2 – трубка; 3 – пористая вставка; 4 – пористая вставка; 5 – кожух для подачи газа

На рис. 15 показано распределение парциальных давлений в поднимающемся пузырьке азота. Так как парциальное давление водорода во вновь образованном пузырьке равно нулю, то начинается диффузия растворенного в расплаве водорода в этот пузырек, несмотря на то, что давление азота в нем больше атмосферного (иначе он не будет всплывать). Растворенный газ будет переходить из расплава в пузырек до тех пор, пока не наступит равновесие между газовой фазой и расплавом – раствором. Чем больше суммарная поверхность пузырьков инертного газа (меньше размер пузырьков), тем выше скорость дегазации. Этим объясняется использование при продувке пористых материалов с диаметром пор не более 0,1 – 0,5 мм.

Всплывающие газовые пузырьки всегда оказывают флотирующий эффект по отношению к неметаллическим включениям, которые плохо смачиваются расплавом (являются гидрофобными телами). Пузырьки «прилипают» к поверхности включений. Этот процесс энергетически выгоден. В результате в расплаве образуются целые агрегаты из пузырьков газа и неметаллических включений, (рис. 16). В агрегате может быть один пузырек и одна или несколько частиц, а может быть несколько пузырьков и одна или несколько частиц. Как только суммарная плотность такого агрегата станет меньше плотности расплава, он поднимется на поверхность и перейдет в шлак.

Высокие результаты достигаются при продувке активным хлором. Пузырьки хлора, введенного в расплав, в первую очередь взаимодействуют с алюминием по реакции:

2 Al + 3 Cl2 = 2 AlCl3

Хлористый алюминий (температура кипения 180 оС) мгновенно превращается в пар и образует дополнительные газовые пузырьки. Часть хлора вступает в реакцию с растворенным водородом:

Cl2 + 2 Н = 2 НCl

Хлористый водород также находится в парообразном состоянии. Пузырьки AlCl3 и НCl будут всплывать на поверхность. Так как парциальное давление водорода в них в начальный момент равно нулю, то водород, растворенный в металле, вследствие разности парциальных давлений будет диффундировать в пузырьки рафинирующих газов. Так же, как и при использовании инертного или нейтрального газа, этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не сравняются парциальные давления водорода в расплаве и в газовом пузырьке.

Если на пути газовых пузырьков встретятся твердые частицы, смачиваемые газом, то они также будут всплывать на поверхность расплава.

Расход хлора 0,3 – 0,5 м3 на тонну сплава, длительность продувки при 710 – 730 °С может составлять 10 – 12 мин. Давление хлора поддерживают на уровне 0,11 – 0,12 МПа, при котором наблюдается легкое бурление на поверхности расплава. Обработку хлором проводят в герметичных камерах или в ковшах с крышкой, соединенной с вентиляционной системой.

Хлор — токсичный газ, поэтому необходимо тщательно соблюдать меры по охране труда. По этой причине продувка хлором в настоящее время практически не применяется на производстве.

Продувку азотом или аргоном ведут при 720 – 730 °С в течение 5-20 мин. Расход этих газов составляет 0,5 – 1,0 м3 на тонну сплава. Эффективность метода возрастает, если продувку вести через пористые керамические вставки. Чем меньше размеры пузырьков продуваемого газа и равномернее распределение по объему расплава, тем чище расплав.

Продувку расплава газами целесообразнее проводить при плавке в тигельных печах. В отражательных печах глубина ванны мала и пузырьки всплывают очень быстро.

Обработка хлористыми слоями

сопровождается протеканием обменных, реакций с расплавом. Применят хлористые цинк и марганец (0,05-0,2 % при температуре 700 – 730 °С), гексахлорэтан С2Cl6 (0,3 – 0,7 % при температуре 740 – 750 °С), а также TiCl4, и другие хлориды. При протекании реакций

3 TiCl4 + 4 Al = 4 AlCl3 + 3 Ti

3ZnCl2 + 2 Al = 2 AlCl3 + 3 Zn

3MnCl2 + 2 Al 2 AlCl3 + 3 Mn

образуются газообразные продукты реакции (AlCl3), которые оказывают рафинирующее действие, как при продувке газами.

Хлористые неорганические соли обладают высокой гигроскопичностью. Для удаления влаги соли подвергают сушке (МnС12) или переплавляют (ZnСl2) и вводят в расплав при помощи колокольчика в несколько приемов. После обработки расплав выстаивают 10-15 мин. Подготовленные соли после переплава или сушки необходимо хранить в термостате при 120 – 150 °С. Металлы, восстановленные из солей, остаются в расплаве. Некоторые из них полезны и могут играть роль модификаторов, но для ряда сплавов могут оказаться вредными примесями.

Органические хлориды, и в первую очередь гексахлорэтан, отличаются пониженной гигроскопичностью, недефицитны и обладают хорошей дегазирующей способностью. Гексахлорэтан С2Cl6 (бесцветное кристаллическое вещество с температурой возгонки 187 °С и плотностью 2,1 г/см3) постепенно вытесняет другие соли. При взаимодействии с расплавленным алюминием образуются два газообразных продукта:

2>

Дата добавления: 2019-05-21; просмотров: 527; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Узнать еще:

Возможные ошибки и способы и избежать

Формы из гипса очень удобны и обладают высокой чувствительностью к влаге. Обычная сушка не удаляет влагу, поэтому качество отливки становится хуже. Чтобы добиться полного высыхания формы из гипса, придется ждать несколько дней. Алюминий надо подогревать на огне до момента заливки в форму, чтобы потом успеть распределить его по форме до застывания.

Не стоит пользоваться водой для охлаждения изделия. Это обусловлено тем, что под воздействием воды появляются трещины — нарушается внутренняя структура вещества.

Меры предосторожности

Для работы с расплавленным алюминием необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты. Все открытые участки тела, руки, лицо должны быть защищены.

СПРАВКА! Лучше всего пользоваться перчатками сварщика, они выдерживают температуру более 600 0 С. Это средство защиты является самым основным, так как возможность попадания расплавленного металла на руки очень высока.

Также лучше пользоваться очками и маской во избежание попадания раскаленных элементов на лицо и в глаза. Для защиты всего тела можно найти костюм металлурга, имеющим высокую огнестойкость. При очистке алюминия сварочных флюсом используется химический респиратор.

Источник

Полезные советы

1. Расплав должен быть горячим, чтобы форма заполнялась равномерно. Его заливают, когда он приобретает консистенцию ртути.
2. Сложные по конфигурации отливки делают быстро, стараются сразу залить формы, чтобы металл не успел схватиться, не образовалось перегородок и пустот.
3. В гипс металл можно заливать по воску или пенопласту, от высокой температуры воск и пенопласт выгорают. Поверхность отливки будет ровной.
4. Для охлаждения отливку не опускают в воду, литье потрескается.
5. При расплавлении чистого алюминия применяется технология использования защитных флюсов, они предохраняют металл от окисления.

Необходимо соблюдать противопожарную безопасность, процесс литья связан с использованием открытого пламени. Важно использовать индивидуальные средства защиты: перчатки, очки.

Источник

Перед началом работ

Для начала следует определиться с размерами изделия и объемами работ:

• Для небольших подойдет газовая плита.
• Для средних – самодельная небольшая печь из огнеупорного кирпича
• Для больших – муфельная печь.

При любом выборе нужно максимально закрыть емкость с расплавленным алюминием от сквозняка и максимально уплотнить стенки, чтоб сократить потери тепла. Алюминий быстро отдает тепло, поэтому его сложно нагреть в простых условиях. Рассмотрим, как этого добиться.

Результат

Не спешите взять металл у бочки! Он сейчас очень раскалён контактом сварочным аппаратом. Стоит пойти отдохнуть, позволить металлу остыть. Обычно трёх часов с лихвой хватает, чтобы нагретая металлическая бочка охладились. Полтонна сырья обычно даёт четверть тонны алюминия. Полученный из бокситов металл, конечно, вряд ли будет чистым настолько же, насколько получают на специальных предприятиях по очистке руды. У нас по итогу выйдет некая смесь, у которой доля алюминия будет от 80% до 90% примерно. Такой чистоты достаточно, чтобы отнести полученное ближайшему пункту, куда принимают цветные металлов да получить деньги за это. Правда, полной стоимости, конечно там никто не заплатит, но даже при таком условии за месяц заработать под сотню тысяч рублей реально.

Теперь известна буквальным образом находившаяся на поверхности технологии химии. А вообще, подумайте. Готовы ли взять риск или для вас привычная скучная каждодневная рутина официального трудоустройства приятнее, чем открывшаяся перспектива? Решайте.

Характеристики алюминия

Необязательно знать все характеристики алюминия, но чтобы знать, как расплавить алюминий в домашних условиях, необходимо иметь в виду некоторые особенности, исключающие технологические ошибки. Кроме того, при работе необходимо соблюдать повышенную осторожность, в связи с высокой травмоопасностью процесса отливки.

В домашних условиях плавить металл на газовой плите вряд ли получится, поскольку температура плавления алюминия составляет 660,3C, а бытовые газовые приборы не в состоянии создать нужную температуру.

Снижения температуры плавления сырья можно добиться, растерев его в порошок. Кроме того, можно использовать готовое сырьё в виде порошка. Однако здесь необходимо учесть ещё один момент. Алюминий является довольно активным металлом и, при взаимодействии с кислородом, содержащемся в воздухе, может окисляться либо даже воспламеняться. В процессе плавления, в незначительном количестве, образуется оксид, который способствует образованию окалины. Ещё один неприятный сюрприз в виде взрыва может произойти при попадании воды в расплавленный металл. Поэтому при добавлении необходимых компонентов, необходимо убедиться, что они сухие.

Сырьё для плавки

Если планируется плавка металла в бытовых условиях, не стоит использовать для плавки порошковый алюминий. Лучше использовать алюминиевую проволоку, нарезанную небольшими кусками, спрессованными при помощи пассатижей, для снижения площади взаимодействия с воздухом.

Если требования к качеству изделия невысоки, то для получения сырья допустимо использование любых предметов, состоящих из алюминия.

Можно ли расплавить алюминий на костре

Алюминий весьма распространенный металл как в промышленности, так и бытовой сфере. Не редко при поломке какой-либо детали возникает потребность в выплавке замены.

Плавка алюминия в домашних условиях привлекательна тем, что возможна при сравнительно невысокой температуре.

Чтобы провести операцию своими руками необходимо знать характеристики металла при воздействии температуры и физико-химические свойства.

Как отлить деталь из алюминия в домашних условиях

Для многих термин «литейное производство» тесно связано с непосильным трудом и специальными профессиональными умениями и навыками.

На самом деле отлить деталь из необходимого металла реально для самого обычного человека без профессиональной подготовки в домашних условиях. Процесс имеет свои тонкости, но по силам для выполнения в домашних условиях своими руками.

Внешне напоминает изготовление свинцовых грузов для рыбалки. Особенности процесса литья алюминия связаны с техническими характеристиками материала.

Как отлить алюминий

Характеристика алюминия.

Алюминий один из самых распространённых металлов.

Он серебристо-белого цвета, достаточно хорошо поддаётся литью и механической обработке. В силу своих особенностей алюминий оснащён высокой теплопроводимостью и электропроводимостью, а также обладает коррозионной стойкостью.

У технического алюминия температура плавления равна 658 градусам, у алюминия высокой чистоты — 660, температура кипения алюминия составляет 2500 градусов.

Для отливки алюминия домашние нагревательные приборы вряд ли будут полезны и обеспечат нужной температурой. Нужно расплавить алюминий, нагревая его до температуры свыше 660 градусов.

Какие существуют технологии для расплавки металла?

При использовании газовой плиты нужно снять имеющуюся плоскую насадку, и установить сверху на решетку специальное приспособление – цилиндр, который можно изготовить из любой железной банки подходящего размера. Снизу цилиндра делается отверстие 3-4 см, и закручиваются 3 винта – они нужны для того чтобы форма с алюминием внутри цилиндра на них стояла.

Из камфорки будет выходить факел, попадая в цилиндр, будет нагревать форму с металлом. Цилиндр нужен для экономии тепла и максимальной концентрации пламени вокруг формы. Сверху зарывается пластинкой, чтоб тепло не уходило, но оставляется небольшая щель для тяги.

Для печек используется тот же принцип, здесь можно разместить большие емкости в связи с минимальными потерями тепла и большому пространству внутри печи. Делается небольшой мангал, на который ставятся формы, после чего печь максимально закрывается со всех сторон, остаются лишь небольшие отверстия снизу и сверху для тяги.

Способы переработки

Потери при рециклинге алюминия низкие, из одной старой банки получается практически целая новая. Этот вид бизнеса приносит прибыль и пользу экономико-промышленной отрасли. Существует несколько способов получения алюминия из банок:

• Прессование. Отсортированные банки очищают от мусора и примесей. Освобожденную от напитков и еды тару разрезают на мелкие части, и при помощи магнита извлекают из нее железо. Получившееся сырье прессуют в плиты и отправляют на завод обработки вторичного сырья. После такого способа требуются дополнительные меры по очистке тары от примесей и красок.
• Превращение алюминия в порошок. Этот способ более эффективный, ведь тщательная очистка производится сразу. В отличие от прессования, в нем применяются многоэтапные схемы измельчения и удаления примесей. Стоимость такого способа выше, ведь оборудование обходится недешево, и для него требуются большие помещения для размещения. Потери при переработке этим способом низкие, затраты окупаются.
• Методом пиролиза. Начальный этап: сортировка, измельчение, очистка. Получившиеся элементы помещают в пиролизную печь и нагревают до 750 градусов, температура плавления алюминия на 90 градусов меньше. Органические примеси выгорают, полученный чистый металл разливают по формам и отправляют на вторичное производство.
• Температура плавления алюминия позволяет работать с ним в домашних условиях. Для этого нужно приобрести или соорудить самостоятельно маленькую печь для переработки. Она функционирует на угольных брикетах и расплавит банку за 3-4 секунды. Для ее конструирования понадобится термостойкий сосуд, в котором разгораются угли, и тигель, для размещения самого металла. Тигель можно сделать из обрезанного корпуса огнетушителя. Создать качественный обдув, для увеличения температуры, поможет обыкновенный пылесос или фен. Получить килограмм алюминия можно из 90 банок.

Для переработки алюминиевого лома в домашних условиях, обязательно наличие огнетушителя.

Как расплавить дома алюминиевые банки

Алюминий является обычным и полезным металлом, известным своей коррозионной стойкостью, ковкостью и легким весом. Это достаточно безопасно для использования для пищи и при контакте с кожей. Гораздо проще перерабатывать этот металл, чем очищать его от руды.

Вы можете расплавить старые алюминиевые банки, чтобы получить алюминий. Налейте металл в подходящую форму для изготовления ювелирных изделий, посуды, украшений, скульптур или другого проекта по металлообработке. Это отличное введение в домашнюю переработку.

Материалы для плавки алюминиевых банок

Плавильные банки не сложны, но это проект для взрослых, потому что задействованы высокие температуры. Вы захотите работать в чистом, хорошо проветриваемом помещении. Нет необходимости чистить банки перед их таянием, поскольку органические вещества (пластиковое покрытие, остаточная сода и т.д.) Будут гореть во время процесса.

алюминиевые банки; небольшая печь электрической печи (или другой источник тепла, который достигает соответствующей температуры, такой как пропановая горелка); стальной тигель (или другой металл с температурой плавления намного выше, чем алюминий, но ниже, чем ваша печь), может быть прочной чашей из нержавеющей стали или чугунной сковородкой); термостойкие перчатки; металлические щипцы; формы, в которые вы будете наливать алюминий (сталь, железо и т. д. – быть творческими);

Необходимые компоненты

Вот список вещей:

• графитовый порошок
• металлическая бочка
• сварочный аппарат
• бетономешалка
• бокситная глина

Сегодня, вышеперечисленное, за исключением бокситов, легко можно отыскать среди хозяйственных рынков и магазинов стройматериалов. Так давайте же от праздного теоретизирования перейдём к практике данной технологии. Правда, для старта необходимо найти место, откуда будете брать требуемое сырьё. Подгоните туда машину, которая может перевозить грузы весом полтонны. Именно такое количества бокситов предстоит набрать. Меньше пяти центнеров брать смысла нет. Складывая бокситы, учитывайте свои силы. Теперь отвезите собранное.

Муфельная печь – идеальный домашний вариант для частых работ

Муфельная печь представляет собой подобие простой «буржуйки» только с толстыми стенами. Может быть как на дровах, так и на электричестве, кому как удобно. Во втором случае проволока натягивается по спирали с внутренней стороны кирпичей, поближе к форме.

Внутри посередине располагается тигель – специальная емкость для расплавки металла. В данной конструкции потери сведены к минимуму – свободное пространство занимает тигель, между которым и стенками остается небольшой зазор 5-10 см.

Благодаря большой толщине – 20-30 см, стенки можно заполнить разными теплоизоляторами, для сохранения тепла. Ее можно переносить либо сделать стационарной, в связи с чем, подбирается теплоизолятор. Внутри располагается кирпич, снаружи – железо, а чем заполнить остальное пространство остается на усмотрение каждого отдельно.

Плавка металла

При плавке важно использовать чистую посуду (из железа либо не цветного металла). Если впервые растапливать – есть смысл в следующей подготовке. Нужно емкость почистить, удалить ржавчину и мусор, пыль, тщательно сполоснуть, дать просохнуть и только после этого ее можно использовать.

Во время варки удалять всплывающий шлак – остатки краски либо загрязнения, они значительно понизят качество металла. После того, как металл хорошо расплавился ему нужно немного остыть, чтоб было поменьше брызг и удобнее было заливать в формы. Последняя должна быть не сырой, чтоб испаряющаяся влага не создавала пузырей в изделии.

Материалы для литых форм

При открытом способе заливки часто используется самый простой материал, который всегда под рукой, это – кремнезем. Сначала земля укладывается с послойной трамбовкой. Между слоями закладывают макет отливки, который после тщательной трамбовки оставляет отпечаток в кремнеземе. Эту форму осторожно вынимают и заливают вместо нее алюминий.

Некоторые мастера используют при приготовлении основы формы речной песок с добавлением жидкого стекла. Также иногда применяется смесь цемента с тормозной жидкостью.

Гипсовые формы

При изготовлении макета сложной формы часто используют гипс, который в основном может служить для разового процесса литья. При литье алюминия в гипсовую форму в качестве макетов используют парафин или пенопласт.

Восковой макет изделия заливается гипсом и после его сушки при высокой температуре расплавляется и сливается через специальное отверстие.

Читать также: Метрическая резьба что это такое

В случае изготовления макета из пенопласта его заливают гипсовой смесью и оставляют в ней до полного отвердевания формы. Горячий алюминиевый расплав заливают прямо на пенопласт. Благодаря высокой температуре металла происходит расплавление и испарение пенопласта, а его место занимает алюминиевый расплав, принимая заданную пенопластом форму.

При использовании пенопласта в качестве макета работы необходимо проводить в открытом пространстве или обеспечить хорошее проветривание помещения, т. к. продукты горения пенопласта вредны для человека.

Типичные ошибки и советы для правильного проведения литья

1. При работе с гипсом следует избегать типичных ошибок. Несмотря на то, что гипсовые формы являются удобным способом отливки нужных конфигураций деталей, этот материал очень чувствителен к влаге. При обычной сушке на воздухе она остается в составе гипса. Это вредит качеству алюминиевой отливки, т. к. может спровоцировать образование мелких раковин и пузырьков. Поэтому сушить гипсовые формы нужно несколько суток.
2. Металл перед заливкой должен быть достаточно горячим, чтобы успеть заполнить всю форму, прежде чем начать отвердевать. Поэтому после достижения температуры расплавления с учетом быстрого остывания алюминия не надо затягивать с его разливкой в форму.
3. Не рекомендуется окунать полученную отливку в холодную воду для ускорения процесса отвердевания. Это может нарушить внутреннюю структуру металла и приведет к трещинам.

Алюминий – один из самых распространенных металлов на земле. Он присутствует даже в человеческом организме, так что уж говорить об окружающей действительности. В каждом доме или личном автомобиле есть алюминиевые функциональные элементы, детали или узлы, которые, увы, достаточно часто ломаются. Это мебельная и оконная фурнитура, направляющие для дверей и ставен, защелки замков и другие нужные мелочи.

Их можно заменить покупными новыми изделиями, отремонтировать или изготовить самостоятельно. В последних двух случаях и может понадобиться плавка алюминия в домашних условиях.

Источник

Из чего сделать тигель

Следующим моментом будет тигель, то есть металлическая ёмкость, имеющая параметры тугоплавкости значительно превышающие показатели тугоплавкости алюминия. То есть если алюминий расплавится при 600 градусах Цельсия, то металл, из которого будет сделан тигель, должен выдержать как минимум 1000 градусов. Идеальным вариантом для этой цели будет старый огнетушитель, разрезанный пополам. Нижнюю его часть будем наполнять ломом и разогревать до нужной нам температуры, конечно же, в домашних условиях.