Плавка металла требует определенных условий, при которых расплав будет подвергаться минимальному окислению и засорению сторонними примесями. Для этой цели обычно используют специализированные тигли.
Первые упоминания о тигельной плавке датируются XI веком. Технология плавки в тигле появилась в Иране. Тигельная плавка использовалась для получения булатной оружейной стали.
Тигель – специальная емкость из огнеупорного или жаростойкого материала. Тигельная плавка металла позволяет хорошо дегазировать расплав и разрушить кристаллическую решетку на атомарном уровне.
В обзоре пойдет речь о том, как выбрать тигель.
Сфера применение тигля
Тигли используются на различных этапах технологического процесса получения чистых металлических отливок, различных заготовок и металлоизделий. Тигли применяются в следующих случаях:
- Расплав чистых металлов перед отливкой
- Проведение окислительно-восстановительных реакций
- Отжиг и отпуск металлоизделий
- Получение формованных металлических отливок в тигле-форме
Тигли для плавки металла нашли широкое применение в ювелирном деле. Благодаря огнеупорным формам можно осуществлять расплав лома драгоценных металлов с минимальными потерями на окисление.
Тигли применимы при выплавке изделий из: стали, чугуна, меди, алюминия, золота, серебра, свинца, сурьмы, цинка и многих других металлов и сплавов.
Разумеется, тигли используются не только для плавки и получения металлоизделий. Существует специальная серия тиглей для химической обработки металлов кислотами и прочими реагентами. Дополнительно различают тигли для выращивания технических, полудрагоценных и драгоценных кристаллов.
Какие виды тиглей существуют.
Разновидности тигля
Существует широчайшее разнообразие тиглей. Емкости могут различаться между собой:
- Материалом изготовления
- Формой чаши
- Размером
При выборе тигля для плавки металла следует учесть все вышеперечисленные факторы. При неправильном подборе материала или формы чаши металлическая отливка может получить дефекты и загрязниться на химическом уровне.
Нередко страдает и сама долговечность тигля.
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.
- Керамика – такие тигли отличаются хорошими огнеупорными свойствами. Керамическая форма легко выдерживает нагрев свыше 2000 С.
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.
Как изготовить керамический тигель
Многие сталевары смотрят в сторону керамических тиглей для плавки металла. Особенно актуальна керамика в тех случаях, когда нужно плавить драгоценные металлы: золото, серебро, палладий и пр.
Разумеется, керамические инертные тигли продаются в любом специализированном магазине, да и стоят они весьма недорого. Но иной раз универсальные формы не подходят для плавки, так как изделию нужно придать определенный профиль.
В данном случае следует изготовить тигле-форму.
В основе керамического тигля находятся следующие компоненты:
- Шамотная глина (7 частей)
- Вода (2 части)
- Жидкое стекло (10 столовых ложек на 1 кг смеси)
Шамотную глину обычно берут из шамотного кирпича. В данном случае шамот следует подвергнуть тонкому помолу. Чем тоньше помол шамота, тем на больше плавок хватит тигля.
При серийном изготовлении тиглей для плавки металла нередко используют шариковую дробильную машину. Специализированное оборудование дает возможность превратить шамот в пыль.
- Этап замеса – шамот смешивают с водой. Консистенция должна получиться такой, чтобы ком смоченного шамота не распадался, но и не продавливался сквозь пальцы.
Далее в шамотную консистенцию вводится жидкое стекло. Замешать шамот нужно до однородного состояния. Данный этап замеса является весьма трудоемким. Будет хорошо, если вымешивать раствор в специальной месильной машинке или хотя бы при помощи кухонного блендера.
- Этап отбивания – следующим шагом после замеса является извлечение из консистенции воздуха. Дело в том, что если в стенках формы окажется хотя бы 1 пузырек воздуха, то тигель лопнет уже на первой плавке.
Отбивать шамотную массу просто. Нужно слепить шар, который будет помещаться в ладони. Далее шар просто бросается на твердую поверхность. Поверхность лучше застелить полиэтиленовой пленкой.
Отбивать следует интенсивно и длительно. Массу без воздуха определяют по гладкой влажной поверхности.
- Этап настаивания – после извлечения из консистенции воздуха шамотную смесь нужно выдержать в прохладном месте. Обычно массу помещают в стеклянную закрывающуюся крышкой емкость.
В процессе настаивания масса становится еще более однородной.
- Формование тигля – из сырой массы делают форму будущего тигля для плавки металла. Для формования массы обычно используют пластиковую емкость и груз с обтекаемой конструкцией. Груз должен быть меньше по размеру, чем основная емкость.
Шамотную смесь равномерно распределяют по емкости и придавливают сверху сферическим грузом. Внутреннюю поверхность тигля можно доработать вручную, при помощи скребка и прочих инструментов.
В этом случае можно изготовить уникальную форму, которая даст возможность получить полностью сформованное металлоизделие.
Некоторые мастера отдают предпочтение ручной лепке. Керамические тигли лепятся по такой же технологии, как и кувшины.
- Этап сушки — сырой керамический тигель нужно хорошо высушить. Обычно сушка производится просто в теплом сухом помещении. Можно сушить и на открытом воздухе, если на улице теплая сухая погода.
- Обжиг – данный этап изготовления керамического тигля является завершающим. Для обжига потребуется муфельная печь.
Температура отжига керамического тигля для плавки металла должна находиться в пределах 800 С. Именно при такой температуре жидкое стекло набирает свои эталонные свойства. В данном случае стекло спекается, превращаясь с шамотом в огнеупорную керамику повышенной прочности.
