✅ графитовый тигель для индукционной печи

Тигель: назначение, принципы плавки, изготовление, варианты, схемы

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

Тигель – сосуд для плавки металла. В тиглях плавят, как правило, передельный металл, т.е. уже доведенный до нужной степени качества для отливки в форму или аффинажа (глубокой очистки от примесей). Генеральная линия развития большой металлургии – уменьшение количества переделов, вплоть до выпуска кондиционного металла сразу из плавильной печи, но в промышленности тигельная плавка до сих пор сохраняет существенное значение, а в кустарном мастерстве и ювелирном деле доминирует.

Тигель не просто достаточно жаростойкая посудина. Его химический состав и конструкция должны соответствовать виду переплавляемого металла и режиму плавки. В этой статье описывается, как сделать тигель своими руками и каким условиям он должен удовлетворять для пользования дома или в малой мастерской. В расчете на начинающих металлургов придется сперва коснуться самого процесса плавки металла, т.к. требования к тиглю определяются в основном его условиями.

Плавка металла в тигле в домашних условиях

Из чего делать

Плавильные тигли изготавливаются (см. рис. ниже):

керамическими химически нейтральными;
керамическими графитированными;
графитовыми;
чугунными;
стальными.

Тигли для плавки металла из различных материалов

Их сравнительные характеристики таковы:

Керамические нейтральные – используются для переплавки лома ювелирных изделий с сохранением пробы, т.к. при косвенном нагреве (см. ниже) свойств металла не изменяют. Самому сделать можно, но сложновато (см. далее) и стоит ли? Тигель для золота на 50 г стоит в ювелирном магазине до 100 руб. Без проблем пригодны для плавки в индукционной печи (см. далее), т.к. почти не поглощают энергию электромагнитного поля (ЭМП). Ресурс – 10-30 плавок.
Керамические графитированные – пригодны для плавки любого металла; в домашних условиях до 1,5-2 кг за раз. Для использования в индукционной печи ее мощность на то же количество металла придется повысить в 1,5-2 раза вследствие поглощения ЭМП токопроводящим графитом. Самому сделать можно, см. далее. Ресурс – до 50 и более плавок.
Графитовые – пригодны для переплавки старого, окисленного лома цветных и драгоценных металлов, т.к. создают сильную восстановительную среду. Плавка серебра открытым газовым пламенем в графитовом тигле позволяет почти полностью восстановить исходный вес окисленного металла. Самостоятельно не делаются, см. ниже. Ресурс – более 100 плавок.
Чугунные – используются в основном для переплавки красной меди в бескислородную, т.к. активно поглощают кислород. Ресурс – до 30 плавок, а потом аморфный углерод из чугуна уходит и тигель деградирует.
Стальные – самодельный дешевый вариант для плавки небольших количеств алюминиевых и магниевых сплавов и др. химически инертных в расплаве металлов. Возможно применение для переплавки небольших количеств свинца в рыболовные грузила и т.п.

О графитовых тиглях

Графитовые тигли делают или точеными из массивного природного графита (дорогие), или спеченными при высокой температуре из графитового порошка (подешевле, но все равно не очень-то дешевые). Любители часто пытаются делать «графитовые» тигли из молотого графита на связующем из каолина и т.п., но это получаются не графитовые, а чрезмерно графитированные керамические тигли – хрупкие, выдерживающие не более 10 плавок и портящие металл вследствие избыточного выделения атомарного углерода мелкодисперсным графитом. Более-менее рациональный способ использования молотого графита в любительской тигельной плавке – сделать из него настольную мини тигельную печку для керамических нейтральных тиглей, см. рис.

Графитовая мини-печь для нагрева ювелирного тигля

Холодную сварку для сборки данной печи следует использовать на температуру не ниже 800 градусов – хорошо проводящие электричество щеки за время одной плавки не греются выше 400. Не намного более нагреется без тигля и графитовый порошок, но, когда тигелек в него вдавлен, он окажется в горячем пятне свыше 1000 градусов вследствие уплотнения порошка под тиглем.

Если плавится золото, то после окончания плавки и остывания печи графитовый порошок высыпают и перетряхивают, т.к. он спекается. Для плавки серебра и мельхиора порошок удаляют и перетряхивают через 3-5 плавок, так печь быстрее нагревается. В любом случае, чтобы держать восстановительную среду, печь во время плавки накрывают слюдяной крышкой.

Подготовительные работы для плавки серебра

Лунный металл относится к числу материалов, используемых для изготовления различных предметов быта и ювелирных украшений. Часто изношенным и морально устаревшим вещам хочется придать новый вид или переделать.

Серебро, которое устарело и надоело, всегда можно переплавить

Для этого можно их просто расплавить и изготовить другое изделие, воспользовавшись услугами мастера или в кустарных условиях. Плавка серебра в домашних условиях требует четкого соблюдения техники безопасности и последовательности технологического процесса.

Добывать серебряный компонент в промышленных масштабах можно с помощью специально разработанных технологий, связанных с обогащением руды. Для того чтобы переплавить небольшое количество металла в домашних условиях, достаточно иметь минимальный набор приспособлений, включающий:

металлическую ложку;
асбест;
буру;
горелку;
весы;
лом металла;
графитный порошок;
микроволновую или муфельную печь;
шамотную глину.

В домашних условиях необходимо учесть, что расплавленный материал необходимо охладить. Поэтому, приступая к работе, необходимо предварительно изготовить форму для отлива изделия. Серебряный материал, подвергающийся плавке, называется шихтой.

Если необходимо расплавить большой кусок материала, то его можно разделить на мелкие куски с помощью инструмента.

Изготовление формы для отлива является составной частью подготовительных работ. Для этого необходимо изготовить металлический короб, в который будет заливаться смесь из гипса и талька. Предварительно он изготавливается из пчелиного воска, который можно добыть у пчеловодов. Макет изделия помещается в короб и заливается смесью. После застывания массы форму прогревают и полностью вытапливают из нее воск. Остатки воска могут образовать на изделии дефекты. В процессе нагрева из нее испаряются остатки влаги. Форма готова к отливу.

Чтобы получить фигурное изделие, нужна форма для отлива

Конструкция индукционного тигля с холодными стенками

Химические реакции с керамикой или графитом образуют примеси в расплаве. Эти примеси способствуют характерной деградации металлов при последующем использовании. Например, плавка титана (сплавов) внутри тигля на основе оксидной керамики сопровождается поглощением кислорода из материала. Это приводит к дефекту охрупчивания металла.

Совсем иное дело — медный тигель индукционного нагрева с водяным охлаждением (картинка ниже). На границе контакта металлического расплава и стенки тигля тепло резко отбирается от расплава, за счёт чего образуется твёрдый металлический слой — барьер между стенкой тигля и металлическим расплавом.

Промежуточный слой исключает непосредственный контакт рабочего металла с материалом тигля, предотвращает ход химической реакции. Соответственно, исключается диффузия примесных элементов. Таким образом, тугоплавкие металлы успешно обрабатываются установкой подобного типа без нарушения чистоты расплава.

Примерно такой выглядит конструкция палисада тигля (сегментированная), благодаря которой удаётся осуществлять работу с тугоплавкими металлами без потерь чистоты сплава Плавление металлов внутри тиглей с холодными стенками представляет собой особый вид нагрева электропроводящих материалов переменными электрическими полями.

Согласно теории Ампера, электрический ток, следующий по виткам индукционной катушки, создаёт магнитное поле, действующее на электрический проводник.

В данном случае проводник, — это холодная стенка медного тигля, помещаемого во внутренней области катушки индуктивности, через которую пропускается переменный ток.

Необходимые материалы

Прежде чем переплавить золото в домашних условиях необходимо подготовить специальные приспособления, которые могут понадобиться во время процедуры.

В список необходимого инструментария входит:

Тигель. При какой температуре плавится золото в домашних условиях, полностью зависит от самого изделия. Для плавки чистого золота будет достаточно нагрева в 1065 градусов, если в сплаве содержится медь, то градус должен быть выше. Именно поэтому для проведения процедуры необходимо подготовить специальную емкость, которая выдержит такой температурный режим. Тигель вполне можно заменить сырым картофелем, достаточно сделать в овоще небольшое углубление и уложить туда золотой предмет.
Щипчики. Так как этот инструмент напрямую контактирует с тиглем, то лучше отдавать предпочтение приспособлениям, которые изготовлены из термостойких материалов.
Карбонат натрия и бура. Этот состав применяется в качестве флюса. Чтоб очистить 1 унцию металла, понадобится ½ чайной ложки смеси, для обработки лома потребуется гораздо больше. Для изготовления флюса можно также использовать смесь на основе гидрокарбоната и пищевой соды.
Печка для плавки. Можно приобрести специальное печное оборудование, предназначенное для плавления драгметаллов, но, как правило, такие устройства стоят недешево. Можно использовать старую микроволновую печь, мощность которой не меньше 1200 Вт. Единственное условие, чтобы магнетрон был расположен в задней или боковой части.

Изготовление глиняного тигля

Тут не обойтись без глины шамотного типа, которая продаётся в любом магазине стройматериалов. Она прекрасно переносит экстремальное термическое воздействие, стоит дёшево и проблем с её поиском вряд ли возникнет. В крайнем случае можно изготовить тигель из дроблёного шамотного кирпича. Также придётся прикупить жидкое стекло, и все составляющие смешать для однородной основы. Пропорции выглядят примерно так:

7 единиц глины;
3 единицы шамота;
10 ложек жидкого стекла.

Глиняные тигели

Все компоненты добавляются поэтапно: глина вместе с шамотом смешиваются до однородной консистенции, и к ним постепенно доливается вода. Основная цель – создать смесь, которая не будет прилипать к рукам. Когда получена требуемая консистенция добавляется стекло, и всё тщательно перемешивается. Тут главное довести объект до состояния, когда плоскость перестанет трескаться. Смесь готова, а для хранения советуется воспользоваться плотным целлофаном, или обернуть её в 7-10 слоёв плёнки.

Смешанный материал наносится внутрь макета, формируются его глубина и толщина. Дно лучше создать полукруглым, что даст больший эффект при будущей плавке железных стружек. Также субстанцию нужно плотно прижимать к макету, чтобы между плоскостями не образовывался воздух, а для большего удобства рекомендуется смачивать руки водой.

После резервуар отправляется на сушку: кладется в тару из картона или пластика, и помещается в сухое место. Нескольких часов хватит, чтобы удалить остатки влаги. Также изделие немного осядет, и его будет просто изъять из формочки. Огнеупорного сосуда из шамотного кирпича хватит на долгое время использования, однако, последним пунктом создания должна идти процедура обжига в печи и при Т=800 °С. И вещь можно применять по своему назначению. Для удобства эксплуатации понадобиться тигельная печь, которая делается своими руками. Для простого монтажа можно сварить конструкцию из нескольких труб, чтобы получился цилиндр. Обычно его закрепляют на двух параллельных стойках, чтобы он не касался земли. И тут учитывается толщина стенок (минимум 5 мм.) и устойчивость изделия (оно обязан легко переносить Т=1600 °С и более).

Как сделать графитовый тигель

Ёмкость этой категории имеет множество достоинств:

низкая общая масса;
сопротивляемость горячим сплавам;
хорошие показатели теплопроводности;
с ростом температуры увеличивается прочность.

Если идти лёгким путём, то можно взять графитовый стержень, и тигель практически готов. Остаётся только приделать дно.

Графитовые тигели различных размеров

Если необходимой трубки не найдётся, всё можно выполнить при помощи двух формочек разных размеров, которые вставляются одна в одну, а свободное пространство позволит придать нужные размеры. Первоначально нужно засыпать мертель в свободную тару, и жалеть его не следует. Дело в том, что порошок будет утрамбовываться и оседать. Далее добавляется жидкое стекло (около 15 мл.) и всё тщательно перемешивается. Смешанную массу рекомендуется поместить в большой контейнер цилиндрической формы (можно использовать пластиковый стаканчик) а маленьким продавить отверстие, оставив дно достаточно толстым.

В итоге выйдет сосуд, которому даётся время на высыхание. В этом случае также потребуется термическая обработка, благодаря которой удалятся излишки жидкости. Если все действия прошли верно, то будет качественный графитовый тигель, сделанный своими руками.

Как сделать смесь для керамического тигеля нейтрального типа?

Для начала необходимо подготовить форму самодельного тигеля для плавки свинца. Делается это по следующему алгоритму:

Сухая глина смешивается с молотым шамотом, до получения однородной консистенции. Рекомендуется сделать 20 оборотов в мельнице для шамота.

Как только необходимое состояние будет достигнуто, можно выгрузить массу и начать перемешивать вручную, добавляя понемногу воду. Смесь в правильном состоянии будет лепиться в комок, не прилипать к коже и не просачиваться через пальцы.
Теперь необходимо добавить силикатный канцелярский клей.
Всю массу тщательно перемешать. Стоит отметить, что это самый тяжелый и трудоемкий этап. Обработку продолжать до тех пор, пока не будет получена однородная консистенция.
Следующим этапом создания тигеля для плавки свинца собственными руками будет устранение воздуха из готовой смеси. Необходимо проследить за тем, чтобы в ней не осталось ни одного пузырька. В противном случае тигель лопнет при сильном нагреве. Чтобы этого избежать, воздух нужно выбить.
Расстелить на твердом полу пленку (ни в коем случае не использовать газеты!).

Теперь начинается самое приятное. Чтобы устранить весь воздух из заготовки, необходимо с максимальной силой бросать ее на пленку. Делать так до того момента, пока из массы не перестанут выходить пузырьки. После этого бросить еще 10 раз (можно больше).
После того как была окончена процедура по удалению из смеси воздуха, можно помещать ее на хранение. Чтобы она пролежала как можно дольше, стоит использовать стеклянную посуду, имеющую герметично закрывающуюся крышку.

Внимание! Не стоит хранить заготовку в пластиковой таре, а также обернутой в несколько слоев пленки. Она высохнет за пару недель и будет непригодна к использованию!

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.

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.

Примечания

↑ Андрей Р. РУССКИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ИЗМЕНИВШИЕ МИР (рус.). MOIARUSSIA (6 июня 2016). Дата обращения: 16 февраля 2019.
↑ А. Н. Лодыгин (неопр.) (недоступная ссылка). lounb.ru. Дата обращения: 16 февраля 2019. Архивировано 23 февраля 2019 года.
↑ История появления индукционных тигельных печей (неопр.).
↑ Александр Николаевич Лодыгин (неопр.). RusCable.Ru. Дата обращения: 16 февраля 2019.
↑ магнезитохромит — огнеупорный материал, изготовленный из смеси магнезитового порошка (65—80 %) и молотого хромита. Применяется в металлургической, цементно-обжигательной печах
↑ конструкционная сталь — общее название сталей, предназначенных для изготовления строительных конструкций и деталей машин или механизмов
↑ асбоцемент — строительный материал, получаемый при твердении водной смеси портландцемента и асбестового волокна. Водонепроницаем, огнестоек и морозостоек, имеет повышенную химическую стойкость

Изготовление тигеля своими руками

измельченный графит;
целый графит;
трубка графитовая;
мартель шамотный;
магнезит;
фетр.

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.

Можно ли расплавить серебро в домашних условиях

Нагреть серебро до жидкого состояния и сплавить его в один слиток в домашних условиях, используя подручные средства, вовсе не сложно. Сама процедура может занять не более 10 минут.

Необходимое оборудование и материалы

Для проведения такого эксперимента вам понадобится:

драгоценный лом;
горелка;
тигель (огнеупорная емкость);
изложница (форма);
аптечная бура;
щипцы;
металлическая емкость с водой.

Подготовка шихты

Чтобы сократить время переплавки нашего металла, его необходимо измельчить. В тигель помещается бура из расчета 1/10 от веса металла и прогревается при помощи бензиновой или газовой горелки.

Читать также: Лучковые пилы по дереву обзор

Процесс плавки

Когда бура позеленеет, можно высыпать металлическую стружку. Чтобы процесс продвигался быстрее, лучше обзавестись мощным приспособлением для плавки.

Перед тем как выливать жидкое серебро в изложницу, ее нужно хорошо прогреть, иначе все усилия могут пойти насмарку. За неимением второй горелки можно сделать это на газовой плите. В форму также необходимо добавить буру.

Получение отливок

Осторожно выливаем металл в форму, ждем несколько минут, после чего при помощи щипцов извлекаем полученный слиток и помещаем в емкость с водой, чтобы остудить

Общая характеристика индукционных тигельных печей.[править | править код]

Индукционный нагрев — нагрев тел в электромагнитном поле за счет теплового действия электрического тока, протекающего по нагреваемому телу и возбуждаемого в нем благодаря явлению электромагнитной индукции. При этом ток в нагреваемом изделии называют индуцированным или наведенным током. Индуцированными установками называют электротермические устройства, предназначенные для индукционного нагрева тел или плавки тех или иных материалов.
Индукционная печь — часть индукционной установки, включающая в себя индуктор, каркас, камеру для нагрева или плавки, вакуумную систему, механизмы наклона печи или перемещения нагреваемых изделий в пространстве и др.
Индукционная тигельная печь (ИТП), которую иначе называют индукционной печью без сердечника, представляет собой плавильный тигель, обычно цилиндрической формы, выполненный из огнеупорного материала и помещенный в полость индуктора, подключенного к источнику переменного тока. Металлическая шихта загружается в тигель, и, поглощая электромагнитную энергию, плавится.

Достоинства тигельных плавильных печей:
1. Выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов;
2. Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты, отходов, выравнивание температуры по объему ванны и отсутствие местных перегревов, гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу;
3. Принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной или нейтральной) при любом давлении;
4. Высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности, особенно на средних частотах;
5. Возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создает условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулируемого футеровкой. Печи этого типа удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность быстрого перехода с одной марки сплава на другую;
6. Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулировки процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса;
7. Высокая гигиеничность процесса плавка и малое загрязнение воздуха.
К недостаткам тигельных печей относятся относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава с целью его технологической обработки. Шлак в ИТП разогревается от металла, поэтому его температура всегда ниже, а так же сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких температурах расплава и наличие теплосмен (резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металла).
Однако преимущества ИТП перед другими плавильными агрегатами значительны, и они нашли широкое применение в самых разных отраслях промышленности.
В зависимости от того, идет ли процесс плавки на воздухе или в защитной атмосфере, различают печи: