Как можно плавить алюминий в домашних условиях. Материалы для литых форм. Муфельная печь и её предназначение

Хороший хозяин всегда хочет как можно скорее исправить любые неисправности в своем доме. Поэтому сразу после поломки деталей некоторых конструкций, например, раздвижных дверей, он задумывается, как расплавить алюминий в домашний условиях самостоятельно. Этот процесс в целом простой, поэтому достаточно будет один раз попробовать провести всю процедуру, чтобы больше не возникало вопросов, как расплавить алюминий в домашних условиях правильно. В первую очередь потребуется подготовить форму для жидкого материала. Лучше всего сделать ее из досок и опоки. После формирования литейной формы в нее добавляется глина, формовочный песок и каменноугольная пыль. Их идеальное процентное соотношение: 20% на 75% на 5%. Далее потребуется вдавить утрамбованную смесь предмет, по примеру которого будет изготавливаться нужная деталь. Чем четче получится отпечаток, тем качественнее окажется результат. В конце он посыпается тальком.

Для плавления подойдут даже обрезки старого алюминиевого профиля. Также можно приобрести алюминиевую чушку в строительном магазине по самой низкой стоимости (около 60 рублей за килограмм) Если же важно высокое качество изделия, которое планируется создать, то лучше обратить внимание на более дорогой материал и отказаться от использования обрезков. А вот советы, как расплавить алюминий в домашних условиях, будут одинаковы для любого выбранного варианта. Проще всего использовать в процессе готовую печь, например, муфельную или же небольшой горн, который также отлично ее заменит. Кусочки металла укладываются в удобную емкость с носиком, сделанную из чугуна или стали, а затем отправляются в печь и нагреваются. После расплавления алюминий должен находиться при высокой температуре еще 6-7 минут. Только после этого его можно извлекать из печи и медленно выливать в форму, не прерывая струю.

Но печь для плавки алюминия можно сделать и самому. Для этого потребуется взять любую тугоплавкую емкость (например, обычный черпак), газовую горелку и заранее прокаленную пластину из стали. Основание печи будет создаваться из кирпичей. Их нужно будет выложить миниатюрным колодцем, под которым будет разводить огонь. Если же кирпичей под рукой не оказалось, то заменить их можно обычными шампурами. Далее разжигается костер, он необходим для подогрева металла в нижней части, а также для поддержания высокой температуры при выключении горелки. Когда под «печкой» образуется достаточно количество углей, можно будет устанавливать на кирпичи или шампуры тугоплавкую емкость с необходимым количеством алюминия. Она должна подогреваться примерно в течение 17-20 минут. По прошествии этого времени включается горелка на максимальную температуру и направляется на емкость сверху.

Если все этапы пройдены правильно, то процесс плавления начнется уже через пару секунд. Но для отличного результата обязательно нужно следить за тем, чтобы подогрев был однородным. Для этого горячий состав периодически помешивается проволокой из стали или осторожно встряхивается. Главное, на этом этапе надежно защитить руки специальными перчатками от возможных серьезных ожогов. Лучше всего использовать обмундирование профессиональных сварщиков. Кроме того, не стоит забывать, что при плавлении не новой алюминиевой чушки, а старых обрезков профиля, краска с них может испаряться. Поэтому в таком случае следует заранее позаботиться и о защите дыхательных путей. Как только удастся добиться однородности жидкого металла, емкость нужно будет осторожно взять плоскогубцами и перелить ее содержимое в подготовленную ранее форму. Если она не требуется, то – просто вылить алюминий на стальную пластину.

Важно отметить, что в процессе плавления алюминия образуется оскалина. Это оксид обсуждаемого металла. Избежать его появления невозможно, поэтому оценивать однородность результата следует с поправкой на эту самую оскалину. Когда жидкий металл переливается в форму или на пластину, наклонять емкость потребуется таким образом, чтобы оксид алюминия остался в ней. В целом сделать это несложно, если выполнять все действия максимально аккуратно. В тех случаях, когда металл плавится для дальнейшего создания каких-либо деталей или украшений, то заранее следует запастись также специальным шлифовальным инструментом или обычной наждачкой. Чтобы результат получился достойным, готовое изделие после его затвердения и остывания нужно будет тщательно обработать со всех сторон выбранным инструментом.

Газообразные и твердые флюсы играют важную роль в дегазации, удалении магния и флюсовании алюминия и его сплавов.

(Флюсы также применяются при и при ).

Газы, инертные и активные, или твердый флюс гексахлорэтан могут применяться для удаления растворенных водорода и натрия.

Магний можно удалять продувкой хлором или обработкой флюсом, содержащим фторид алюминия.

Флюсы на основе смеси KCl-NaCl применяются в качестве покрывных, то есть для защиты алюминиевого расплава от окисления.

Хлористый натрий и хлористый калий во флюсах

Твердые флюсы являются в основном смесью хлористых или фтористых солей с добавками, которые дают им специальные свойства. Большинство флюсов основаны на смеси KCl и NaCl, которые образуют низкотемпературную эвтектику (665 °С). Другим частым ингредиентом флюсов является NaF, который образует тройную эвтектику с KCl и NaCl с точкой плавления 607 °С. При этом (технически чистого) составляет около 655-660 °С.

Покровные флюсы для алюминиевого расплава

Обычный покровный флюс содержит около 47,5 % NaCl, 47,5 % KCl и 5 % фтористой соли. Низкая температура плавления повышает текучесть флюса.

Другие алюминиевого расплава основаны на смеси MgCl 2 -KCl, которая образует низкоплавкую эвтектику при 424 °С, или на карналлите (MgCl 2 ∙KCl), который плавится при 485 °С. Эти покрывные флюсы имеют высокую текучесть и могут образовывать на поверхности расплава тонкий слой.

Однако MgCl 2 является довольно дорогим, поэтому его применяют в основном во флюсах без натрия для алюминиевых сплавов с содержанием магния более 2 %.

Флюсы – смеси солей

Во флюсах применяют много веществ – около 3 десятков — все они являются солями. Большинство из них – это хлориды и фториды. Добавки этих солей во флюсы повышают их специфические свойства: текучесть, смачиваемость, химическую активность.

Самые известные из них – хлористый натрий (поваренная соль) и хлористый калий. Температура их плавления в чистом виде – 801 и 770 °С соответственно. Их плотность в твердом состоянии – 2,165 и 1,984 г/см 3 , а в жидком – 1,55 и 1,53 г/см 3 .

Роль фтористых солей во флюсах

Фтористые соли щелочных металлов действуют как поверхностно-активные вещества, снижающие поверхностное натяжение между флюсом и металлом, а также между флюсом и оксидами. Хлористые соли, также как и AlF 3 и MgF 2 , проявляют это свойство в значительно меньшей степени.

Фтористые слои щелочных металлов способны растворять оксиды и проникать в оксидные пленки, которые содержат металлический алюминий в шлаке и скоплениях загрязнений. Это приводит к повышению смачиваемости, что способствует отделению оксидных включений от расплава и металлического алюминия от шлака.

К сожалению, фтористые соли щелочных металлов имеют высокую температуру плавления. Это приводит к утолщению пленки жидкого флюса, что ограничивает его применение. Кроме того, утилизация солей, содержащих фтор, имеет больше проблем, чем чисто хлористые соли.

Фтористые слои во флюсах

Флюсы могут содержать такие фтористые соли:

• криолит (Na 3 AlF 6);
• фторид кальция (CaF 2);
• силикофторид натрия (Na 2 SiF 6).

Роль кислорода в компонентах флюсов

Добавление во флюсы компонентов, содержащих кислород, таких как KNO 3 обеспечивает выделение тепла. Кислород, который освободился при разложении нитратов, реагирует с металлическим алюминием с образованием оксида Al 2 O 3 и выделением значительного количества тепла. Это локально повышает текучесть, способствуя отделению металлического алюминия от оксидов. В чистящих флюсах эта реакция повышает проникновение флюса в наросты на футеровке.

Флюсы, образующие газы

Некоторые твердые флюсы разлагаются на хлор, углекислый газ CO 2 или такой газ, как AlF 3 . Если эти флюсы помещают под поверхность алюминиевого расплава, они образуют пузырьки, которые удаляют водород. Наиболее известным таким флюсом, выделяющим газ, является гексахлорэтан C 2 Cl 6 . Он образует газы Cl 2 и AlCl 3 .

Плавление алюминия, как и других веществ, происходит при подводе к нему тепловой энергии, снаружи или непосредственно в его объём, как это происходит, например, при индукционном нагреве.

Температура плавления алюминия зависит от его чистоты:

• Температура плавления сверхчистого алюминия 99,996 %: 660,37 °С.
• При содержании алюминия 99,5 % плавление начинается при 657 °С.
• При содержании алюминия 99,0 % плавление начинается при 643 °С.

Температура плавления алюминия повышается с увеличением давления. Зависимость температуры плавления алюминия от давления представлена на графике ниже.

Температура плавления алюминиевых сплавов

Добавление в алюминий других элементов, в том числе легирующих, снижает температуру его плавления. Так, у некоторых литейных алюминиевых сплавов с большим содержанием кремния и магния температура начала плавления снижается почти до 500 °С. Вообще, понятие «температура плавления» распространяется только на чистые металлы и другие кристаллические вещества. У сплавов же нет определённой температуры плавления: процесс их плавления (и затвердевания) происходит в некотором интервале температур.

Температуры солидус и ликвидус алюминиевых сплавов

При плавлении сплава температура начала плавления называется температурой солидус (или точкой слоидус), а температура окончания плавления – температурой ликвидус (или точкой ликвидус). «Солидус» означает, понятно, твердый, а «ликвидус» — жидкий: при температуре солидуса весь сплав еще твердый , а при температуре ликвидуса – весь уже жидкий . При затвердевании этого сплава из жидкого состояния температура начала кристаллизации (затвердевания) будет та температурой ликвидус, а конца кристаллизации – та же температура солидус. При температуре сплава между его температурами солидуса и ликвидуса он находится в полужидком-полутвердом, кашеобразном состоянии.

Эвтектическая температура алюминиевых сплавов

Не все сплавы имеют интервал между температурами солидус и ликвидус. Такие сплавы называют эвтектическим. Например, у алюминиевого сплава с содержанием 12,5 % кремния точки ликвидуса и солидуса сводятся в точку: этот сплав как и чистые металлы имеет не интервал, а точку плавления. Эта точка и температура называются эвтектическими. Этот сплав относится к знаменитым литейным алюминиево-кремниевым сплавам – силуминам с узким интервалом солидус-ликвидус, что и дает их лучшие литейные свойства.

В двойном сплаве Al-Si температура солидус постоянна и составляет 577 °С. При увеличении содержания кремния температура ликвидус снижается от максимального значения для чистого алюминия 660 °С и до совпадения с температурой солидуса 577 °С при содержании кремния 12,6 %.

Среди других легирующих элементов алюминия сильнее всего понижает температуру плавления магний: эвтектическая температура 450 °С достигается при содержании магния 18,9 %. Медь дает эвтектическую температуру 548 °С, а марганец – всего лишь 658 °С! Большинство сплавов являются не двойными, а тройными и даже четверными. Поэтому при совместном влиянии нескольких легирующих элементов температура солидуса – начала плавления или конца затвердевания может быть еще ниже.

Интервал температуры плавления алюминиевых сплавов

В таблице ниже представлены температуры ликвидуса и солидуса некоторых промышленных деформируемых сплавов. Необходимо иметь в виду, что понятия температур солидус и ликвидус определены для равновесных превращений жидкой фазы в твердую и обратно, то есть при бесконечной длительности процессов. На практике надо делать поправки с учетом скорости нагрева или охлаждения.

Источники:
Aluminum and Aluminum Alloys, AMS International, 1993.
Handbook of Aluminum: Vol. 1, ed. G. E. Totten, D. S. MacKenzie

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.

Характеристики алюминия

Все характеристики металла для домашних самоделок знать необязательно. Но есть несколько моментов, которые могут стать значительными или даже опасными в работе.

Алюминий хорошо поддается литью, плавится при относительно невысокой температуре в 660 °С. Для справки: чугун начинает плавиться при температуре 1100°С, а сталь – 1300 °С.

Поэтому плавка алюминия в домашних условиях на газовой плите трудно осуществима, так как домашние газовые приборы такую температуру обеспечить не могут. Правда, отечественные “кулибины” могут все, но об этом позже.

Снизить температуру плавления алюминия можно, растерев его в порошок или используя в качестве сырья готовый порошковый продукт. Но здесь важным становится еще одно свойство алюминия. Он достаточно активный металл, который при соединении с кислородом воздуха может воспламениться или просто окислиться. А температура плавления оксида алюминия – больше 2000 °С. При плавлении оксид все равно образуется, но в небольших количествах, именно он формирует окалину.

Та же активность может сыграть плохую шутку, если в расплавленный металл попадет вода. При этом происходит взрыв. Поэтому если в процессе плавки нужно сырье добавлять, то нужно следить, чтобы оно было сухим.

Сырье для плавки

Если предстоит плавка алюминия в домашних условиях, из-за сложности работы с порошковым металлом его в качестве сырья не используют.

Можно приобрести алюминиевую чушку или использовать обычную алюминиевую же проволоку, которую нарезать ножницами на небольшие кусочки и для уменьшения площади контакта с воздухом плотно спрессовать пассатижами.

Если не предполагается особо высокое качество изделия, то можно в качестве сырья использовать любые бытовые предметы, консервные банки без нижнего шва или обрезки профиля.

Вторичное сырье может быть окрашено или испачкано, это не страшно, лишние составляющие отойдут в виде шлаков. Только нужно помнить, что вдыхать пары сгоревшей краски нельзя.

Чтобы из вторичного сырья получилась качественная плавка алюминия в домашних условиях, флюсы, задача которых состоит в том, чтобы связывать и выводить на поверхность расплавленного металла все примеси и загрязнения, лучше приобрести готовые. Но можно сделать самостоятельно из технических солей.

Покровный флюс готовится из 10 % криолита и по 45 % хлорида натрия и хлорида калия.

В рафинирующий флюс для получения алюминия без пористости добавляют еще 25 % от общей массы фтористого натрия.

Средства индивидуальной защиты при плавке

Плавка алюминия в домашних условиях – процесс небезопасный. Поэтому нужно пользоваться средствами индивидуальной защиты (СИЗ). Даже если такая плавка нужна один раз на минимальном оборудовании, то по меньшей мере нужно защитить руки, например специальными перчатками сварщика, отлично предохраняющими от ожогов, ведь температура жидкого алюминия – больше 600 °С.

Глаза тоже желательно защищать, особенно если плавка происходит достаточно часто, очками или маской. И совсем в идеале работать нужно в специальном костюме металлурга с повышенной стойкостью к огню и высоким температурам.

Если нужен очень чистый алюминий с использованием рафинирующего флюса, то работать следует в химическом респираторе.

Литейная форма

Если требуется только отлить чистый алюминий для припоя, то литейная форма не нужна. Достаточно использовать стальной лист, на котором расплавленный металл остынет. Но если нужно отлить хотя бы простенькую деталь, то понадобится литейная форма.

Литейную форму можно сделать из скульптурного гипса, именно гипса, а не алебастра. Жидкий гипс заливается в смазанную маслом форму, ему дают немного застыть, периодически встряхивая, чтобы вышли пузырьки воздуха, вставляют в него модель и накрывают второй емкостью с гипсом. В удобном месте нужно в гипс вставить цилиндрический предмет, чтобы в итоге в форме появилось отверстие, так называемый канал, в который будет заливаться расплавленный алюминий. Когда гипс окончательно застынет, две части формы разъединяются, вынимается модель, и форма с готовым слепком соединяется опять.

Изготовить литейную форму можно и из смеси 75 % формовочного песка, 20 % глины и 5 % каменноугольного песка, которая засыпается в специальный ящик из досок и трамбуется. В утрамбованную землю отжимается модель, получившийся отпечаток присыпается тальком и графитом (угольной пылью), чтобы остывшую алюминиевую деталь можно было легко отделить от формы.

Тигель для плавки

Плавка алюминия в домашних условиях требует наличия специальной емкости с носиком из тугоплавкого материала. Это так называемый тигель. Тигли могут быть фарфоровые, кварцевые, стальные, чугунные, изготовленные из корунда или графита. В домашних условиях можно использовать покупной тигель или изготовить его, например, из отрезка стальной трубы достаточно большого диаметра. Правда, для этого нужна болгарка, сварочный аппарат и навыки владения этими инструментами.

Размеры тигля зависят от необходимого количества алюминия, который нужно расплавить. Этот ковш должен равномерно прогреваться, а его тепло – передаваться к сырью.

Печи для плавки

Технология плавки алюминия в домашних условиях достаточно проста. В специальном ковше нагревается лом алюминия до температуры, превышающей температуру плавления этого металла, расплав некоторое время выдерживается в разогретом состоянии, с его поверхности снимается шлак, затем чистый металл разливается в форму для остывания. Время плавки зависит от конструкции печи, то есть той температуры, которую она способна обеспечить.

Если используется паяльная лампа или газовая горелка, то они нагревают алюминий сверху. Правда, печь при этом все равно складывается из кирпичей колодцем без связующего раствора, внутри которого будут прогорать угли для нагревания емкости снизу и поддержания ее в нагретом состоянии.

Примерно так же выглядит конструкция печи, если тигель прогревается снизу с помощью обычных дров и фена для сушки волос. Только в этом случае дрова укладываются в кирпичном колодце не на дно, а на решетку, расположенную на первом ряду кирпичей, а в этом ряду оставляется отверстие для металлической трубы, надетой на горловину фена и закрепленной на ней изолентой. Тиглем в этом случае служит консервная банка, естественно, не алюминиевая, в которой на небольшом расстоянии от верха проделываются диаметрально противоположные сквозные отверстия. В эти отверстия продевается стальной прут, за который банка должна подвешиваться в печи. Фен нужен для нагнетания горячего воздуха в пространство между кирпичами и тиглем. Иногда вместо кирпичей используют металлическую бочку.

Если плавка должна происходить достаточно часто, то можно своими руками изготовить муфельную печь с вертикальной загрузкой тигля или купить готовую.

Плавка с помощью паяльной лампы

Плавка алюминия в домашних условиях паяльной лампой должна происходить не в помещении. Кроме сырья, паяльной лампы, тиглей и кирпичей, нужно подготовить дрова, пассатижи и стальной прут.

Итак, из кирпичей изготовлен небольшой колодец так, чтобы сверху можно было установить ковш с алюминием и стальной небольшой лист. В колодце разжигается костер, который должен немного прогореть, чтобы образовались угли.

Дальше и происходит, собственно, плавка алюминия в домашних условиях. Пошаговая инструкция процесса:

На кирпичи устанавливается емкость с сырьем. Ее нужно греть примерно 15 минут.

После этого на полную мощность включается горелка паяльной лампы и алюминий прогревается сверху.

В течение нескольких секунд начинается процесс, но для того чтобы прогрев был равномерным, металл в емкости нужно аккуратно перемешивать стальным прутом, придерживая ее пассатижами (не забыв при этом надеть рукавицы). Можно обойтись и без прута, периодически встряхивая ковш с помощью тех же плоскогубцев, но очень осторожно.

Когда жидкость становится однородной, нужно пассатижами взять емкость и вылить содержимое на прокаленный стальной лист таким образом, чтобы вся образовавшаяся окалина осталась в ковше, а на лист для застывания попал только чистый металл.

Так обычно из вторичного сырья получают чистый алюминий, если с его помощью нужно запаять алюминиевые детали.

Плавка на дровах или газе

Плавка алюминия в домашних условиях на дровах происходит в легких разборных печах. Минусом такого способа является неконтролируемость процесса. Увеличить или уменьшить температуру нагрева невозможно. Вмешаться в процесс возможно, только сняв емкость с алюминием с огня.

Плавка алюминия в домашних условиях на газу – это единственно возможный вариант для квартиры. Греть емкость нужно долго, периодически сливая расплавленный металл. В таком случае отливка выполняется слоями. Для работы понадобятся две металлические емкости таких диаметров, чтобы одна надевалась на другую. Меньшая служит тиглем. Она с ломом, например нарезанной алюминиевой проволокой, ставится на конфорку, с которой нужно снять рассекатель пламени, бытовой газовой плиты. Над большей емкостью придется предварительно поработать. В ее днище выполняются около десятка небольших отверстий. В два или три из них вкручиваются болты, которые исполняют роль рукояток, за которые пассатижами раскаленную емкость можно поднять.

Эта емкость кверху дном надевается на тигель. Такая конструкция и позволяет прогревать алюминий. Периодически верхнюю емкость нужно снимать и металлическим прутом или ножом перемешивать лом. Перед тем как слить расплавленный металл, с его поверхности нужно снять шлак.

Плавка алюминия в муфельной печи

Муфельная печь – это уже достаточно серьезное оборудование для получения качественного расплавленного металла. Поэтому при плавке используют флюс для очистки алюминия от примесей. И это уже почти производственный процесс, а не плавка алюминия в домашних условиях.

Пошаговая инструкция включает еще и несколько пунктов по подготовке сырья:

• Сначала в тигле расплавляется флюс, которого нужно взять в количестве от 2 до 5 % от веса алюминия, а затем в него добавляется лом.
• Насколько флюс активен, можно определить по поверхности расплава – она должна быть зеркальной. Если это не так, в расплав добавляется еще немного флюса, затем нужно будет добавить его перед окончанием плавки, чтобы шлак было легче удалять с поверхности металла стальной ложкой.
• Плавку нужно вести примерно при 700-750 °С. Это температура красного свечения.
• В процессе плавки может потребоваться добавлять сырье в тигель, так как расплавленный металл сильно уменьшается в объеме.
• Рафинирующий флюс добавляют при необходимости в конце плавки в количестве 0,25 % от веса расплавленного металла. Выдерживание такой пропорции в домашних условиях – задача непростая. После добавления флюса расплав нужно перемешать ложкой, дать постоять около 5 минут, затем снять шлак.
• Когда в результате нагрева алюминий превратился в однородную блестящую каплю, тигель нужно еще некоторое время подержать в печи, чтобы металл стал более текучим.
• Затем алюминий из тигля через носик (в этот момент становится понятно, зачем нужен именно такой ковш) заливается тонкой непрерывной струйкой в форму.
• После полного остывания форма аккуратно разделяется на половинки, из нее извлекается готовая деталь, которую еще нужно окончательно обработать: просверлить отверстия, если нужно, зачистить и наждачной бумагой отшлифовать поверхность. Вот и все. Процесс завершен.

Так что не стоит заранее пугаться, если предстоит в домашних условиях расплавить алюминиевый лом, чтобы получить чистый металл или изготовить деталь взамен поломавшейся. Серьезные профессиональные навыки для организации такого литейного производства совсем не нужны. Желание и умелые руки обычного мастера-любителя способны творить чудеса.

К атегория:

Литейное производство

Плавка и разливка алюминиевых сплавов

Для плавки алюминиевых сплавов используют тигельные печи, обогреваемые различными видами топлива, стационарные пламенные и электрические – сопротивления и индукционные.

1. Шихтовые материалы

В качестве исходных шихтовых материалов применяют первичные и вторичные металлы и сплавы, оборотные сплавы и лигатуры.

Первичный алюминий поставляется по ГОСТ 11069-74 в виде чушек массой 5, 15 и 1000 кг. Для производства алюминиевых сплавов обычно используют алюминий марок А5, А6 и АО, а для изготовления отливок высокоответственного назначения – алюминий особой и высокой чистоты.

Вторичные алюминиевые сплавы получают переплавкой и рафинированием лома и отходов. Они поставляются в виде чушек различных марок по ГОСТ 1583-73.

Свежие металлы. В состав алюминиевых сплавов входят цинк, магний, кремний, марганец, медь, бериллий, никель, железо, титан и другие элементы. Для алюминиевых сплавов обычно применяют цинк марок Ц1 и Ц2. Магний поставляется по ГОСТ 804-72 в чушках массой 8,0±1 кг. Ввиду большой склонности его к коррозии поверхность чушек подвергается антикоррозионной обработке. Кремний вводят в алюминиевые сплавы в виде чушкового силумина (сплав кремния с алюминием), поставляемого по ГОСТ 1521-76, а марганец -в виде лигатуры алюминий – марганец, содержащей около 10% марганца. Для приготовления лигатур используют марганец марок Mp1, Мр2 и Мр3.

Качество отливок в большой степени зависит от тщательности подготовки шихтовых материалов к плавке и способов их хранения. Они должны храниться в сухих крытых помещениях раздельно по маркам сплавов. Оборотный сплав должен очищаться от песка в очистных барабанах.

Лигатуры. При плавке алюминиевых сплавов, как правило, применяют двойные лигатуры – сплавы из двух компонентов. Введение лигатур обеспечивает получение сплава с точным содержанием элементов, что особенно важно для сплавов, содержащих магний, так как даже малые добавки его сказываются на свойствах сплавов.

2. Расчет шихты

Шихта для приготовления алюминиевых сплавов может состоять из чушкового алюминия, силумина, оборотного металла, лигатур и чистых металлов.

Рассмотрим пример расчета шихты для сплава АЛ5 при плавке в тигельной печи. Средний химический состав этого сплава: 5% кремния, 0,4% магния, 1,25% меди, остальное – алюминий. Допустимое содержание железа при заливке в металлические формы не должно превышать 1%. Расчет ведем на 100 кг сплава. Угар принимаем в следующих размерах, в %: кремния-1, магния – 3, меди – 1, алюминия – 1.

Для доведения до необходимого количества содержания кремния применяем чушковый силумин (с Si=13%), а магния и меди- алюминиево-магнневую и алюминиево-медную лигатуры.

3. Флюсы, рафинирующие и модифицирующие материалы

Для получения высококачественных сплавов осуществляют плавку под флюсом, рафинирование сплава для удаления неметаллических включений, а также модифицирование для получения мелкой структуры и повышения механических свойств.

Для рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов часто применяют универсальные флюсы, состоящие из смеси солей и криолита. Универсальные флюсы используются как в жидком, так и в порошкообразном состоянии.

4. Плавка в тигельных печах

Плавку алюминиевых сплавов в небольших объемах осуществляют в тигельных печах, работающих на нефти и газе..

Печь состоит из стального кожуха с футеровкой и вставленного в него сверху чугунного тигля. Последний своим широким фланцем крепится к стальному кольцу, перекрывающему шахту сверху, что обеспечивает полную изоляцию расплавленного металла от печных газов. Печь установлена на сварной или литой раме. Поворот ее осуществляется штурвалом. Для увеличения срока службы тиглей и уменьшения насыщения сплавов железом внутреннюю поверхность их рекомендуется окрашивать краской, состоящей из 60% кварцевого песка, 30% огнеупорной глины и 10% жидкого стекла.

Рис. 1. Поворотная тигельная печь.

5. Плавка в электрических печах

Плавку алюминиевых сплавов производят в электрических печах сопротивления, тигельных и отражательных печах, а также в индукционных.

Плавка в электрических отражательных печах. На предприятиях, где алюминиевые сплавы выплавляются в больших объемах, применяют электрические печи САН (печи сопротивления для алюминиевых сплавов, наклоняющиеся) и камерные стационарные.

Печь САН (рис. 2) имеет удлиненный металлический корпус, установленный на катках и укрепленный на фундаменте. Корпус изнутри выложен кирпичом. В торцах печи расположены две форкамеры, а в середине – центральная ванна. Свод печи выложен фасонными огнеупорными кирпичами, в гнездах которых уложены нагревательные спирали. Такие же спирали имеются и в форкамерах.

Шихту загружают через окна. Она плавится в форкамерах за счет тепла, отраженного от свода и стенок печи, и по наклонным плоскостям стекает в центральную ванну. Слив готового металла из печи осуществляется через лётку при повороте печи на опорных катках с помощью штурвала или электропривода.

Плавка в тигельных электрических печах сопротивления. При сравнительно небольших масштабах производства для плавки алюминиевых и магниевых сплавов применяют однотигельные печи сопротивления САТ -0,15 и САТ -0,25, а также двухтигельные печи СЖ.Б-230 и ОКБ -75.

Рис. 2. Электрическая печь типа САН .

Печи CAT выполнены в виде сварного цилиндрического кожуха, футерованного фасонным легковесношамотным кирпичом, и имеют теплоизоляцию. Нагрев чугунного тигля, установленного на литом чугунном кольце, производится нихромовыми нагревателями, которые уложены на полочках фасонных шамотных кирпичей и укреплены металлическими крючками. В нижней части печи имеется аварийное отверстие для выпуска сплава на случай прогорания тигля. Температура автоматически регулируется самопишущим потенциометром с помощью хромель-алюмелевой термопары.

Плавка в индукционных электрических печах. Различают индукционные печи со стальным сердечником и индукционные тигельные печи ИАТ . Печи со стальным сердечником широко применяются для плавки как алюминиевых, так и медных сплавов. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с печами сопротивления: более высокую производительность, меньший удельный расход электроэнергии, возможность рафинирования металла в печи, обеспечивают высокое качество сплава с минимальным содержанием газов. В этих печах интенсивное движение металла происходит в устьях каналов, а поверхность жидкого сплава в самой печи находится в спокойном состоянии, что обеспечивает сплошность окисной пленки и предохраняет сплав от дальнейшего окисления.

Рис. 3. Тигельная электропечь.

В последнее время получили распространение бессердечниковые тигельные индукционные печи ИАТ емкостью 0,4-0,6 т и производительностью 0,235-2,0 т/ч.

6. Особенности технологии плавки и разливки алюминиевых сплавов

Для большинства алюминиевых сплавов принята одна технология плавки вне зависимости от конструкции печи.

Шихтовые материалы перед загрузкой тщательно очищают от загрязнений и подогревают до 100-150 °С для удаления с их поверхности влаги.

Плавка алюминиево-кремнистых сплавов. Как уже указывалось, лучше всего вести плавку в индукционных печах высокой или промышленной частоты и в электрических печах сопротивления. В качестве шихтовых материалов применяют чушковые силумины, первичный алюминий и оборотный металл (до 50% от массы шихты).

Плавку осуществляют в следующей последовательности. Печь или тигель нагревают до температуры 600-700 °С, загружают в них подогретые чушки силумина и предварительно очищенный в барабане оборотный сплав. После расплавления металл перегревают до 720-730 °С, рафинируют хлористым цинком (0,1% от массы шихты) и производят его модифицирование.

Рафинирование осуществляют путем погружения навески хлористого цинка на дно тигля с помощью «колокольчика», который медленно водят по дну тигля до полного прекращения выделения пузырьков газа.

Модифицирование смесью хлористых и фтористых солей калия и натрия производят путем покрытия ими очищенной от шлака поверхности сплава и выдержки в течение 12-14 мин. Затем соли рубят и замешивают в сплав в течение 2 мин, после чего модификатор снимают с поверхности сплава.

При использовании универсальных флюсов операции рафинирования и модифицирования совмещают.

Плавка алюминиевых сплавов, содержащих магний. Во избежание насыщения сплава вредными примесями – железом и кремнием – плавка ведется только в графитовых тиглях. Вспомогательный инструмент – счищалка, колокольчики и др. – также изготовляется из графита или титана.

В качестве шихтовых материалов применяют первичный алюминий высокой чистоты, магний и лигатуры алюминиево-бериллие-вую, алюминиево-титановую, алюминиево-циркониевую и оборотный сплав соответствующей марки (до 50-60% от массы всей шихты).

После нагрева тигля до температуры 600 °С. загружают чушки первичного алюминия и алюминиево-бериллиевую лигатуру. При температуре сплава 670-700 °С вводят лигатуры алюминий – титан и алюминий – цирконий и после полного растворения всех лигатур с помощью графитового колокольчика вводят магний. При этом необходимо следить, чтобы магний все время был погружен в сплав. После ввода магния сплав рафинируют. Затем с поверхности ванны снимают шлак, сплав тщательно перемешивают и опять снимают шлак, после чего производят разливку. На протяжении всей плавки не допускается перегрев сплава свыше 750 °С.

Для разливки применяют разливочные тигли и футерованные ковши емкостью до 1000 кг. Длина струи сплава должна быть минимальной. Тигли, ковши и разливочный инструмент обязательно прокаливают и покрывают специальными красками.