Качество расплавленного алюминия

Алюминий, его свойства, способы получения и рафинирование

Алюминий впервые выделен в свободном виде в 1825 г. датским физиком Эрстедом. В настоящее время в промышленных масштабах алюминий получают электролитическим путем. Способ получения металлического алюминия электролизом глинозема, растворенного в криолите, запатентовали в 1886 г. независимо друг от друга Поль Эру во Франции и Чарльз Хол в США.

Производство алюминия развивалось с тех пор чрезвычайно быстрыми темпами, благодаря тому значению, которое приобрел алюминий в промышленности. До 1917 г. наша страна не имела собственного алюминиевого завода, хотя русские ученые внесли большой вклад в металлургию алюминия. В 1929 г.

на ленинградском заводе «Красный выборжец» был получен алюминий на Волховской энергии и на отечественном сырье. В 1932 г. пущен в строй Волховский алюминиевый завод, а в 1933 г. — Днепровский алюминиевый завод.

В дальнейшем были построены алюминиевые заводы в различных районах нашей страны.

Создание мощной энергетической базы позволило нашей стране быстро выйти на одно из первых мест по производству алюминия.

Свойства алюминия

В чистом виде алюминий — металл серебристого белого цвета. Одно из важных свойств алюминия — его малая плотность: в твердом состоянии (при 20° С) она равна 2,7 г/см3, а в жидком виде (при 900° С) — 2,32 г/см3.

Температура плавления высокочистого алюминия (99,996%) равна 660,24° С, температура кипения — 2500° С.

Важными свойствами алюминия, определяющими его применение во многих областях промышленности, являются его хорошая электропроводность и теплопроводность.

На внешней  М-оболочке алюминия три валентных электрона, причем два — на 3s- орбите  и один на 3p-орбите. Поэтому обычно в химических соединениях алюминий трехвалентен.

Однако в ряде случаев алюминий может терять один  p-электрон и проявлять себя одновалентным, образуя соединения низшей валентности.

Производство алюминия в настоящее время включает в себя две основные операции:

1. получение безводной, свободной от сопутствующих алюминию примесей, окиси алюминия путем сложной химической переработки природных соединений (бокситов, глины, каолина);
2. получение металлического алюминия методом электролиза глинозема, растворенного в криолите.

Алюминий обладает многими ценными свойствами: небольшой плотностью— около 2,7 г/см3, высокой теплопроводностью — около 300 Вт/(м • К) и высокой электропроводностью 13,8 • 107 Ом/м, хорошей пластичностью и достаточной ме­ханической прочностью.

Алюминий образует сплавы со многими элементами. В сплавах алюминий сохраняет свои свойства. В расплавленном состоянии алюминий жидкотекуч и хорошо заполняет формы, в твердом виде он хорошо деформируется и легко поддается резанию, пайке и сварке.

Сродство алюминия к кислороду очень большое. При его окислении выделяется большое количество тепла (~ 1670000 Дж/моль). Тонкоизмельченный алюминий при наг­ревании воспламеняется и сгорает на воздухе. Алюминий соединяется с кислородом воздуха и в атмосферных услови­ях.

При этом алюминий покрывается тонкой (толщиной ~ 0,0002 мм) плотной пленкой окиси алюминия, защищающей его от дальнейшего окисления; поэтому алюминий стоек про­тив коррозии. Поверхность алюминия хорошо защищается от окисления этой пленкой и в расплавленном состоянии.

Сплавы алюминия

Из сплавов алюминия наибольшее значение имеют дюралю­миний и силумины.

В состав дюралюминия, кроме алюминия, входят 3,4—4 % Cu, 0,5 % Mn и 0,5 % Mg, допускается не более 0,8 % Fe и 0,8 % Si. Дюралюминий хорошо деформируется и по своим механическим свойствам близок к некоторым сортам стали, хотя он в 2,7 раза легче стали (плотность дюралюминия 2,85 г/см3).

Механические свойства этого сплава повышаются после термической обработки и деформации в холодном состоянии. Сопротивление на разрыв повышается со 147—216 МПа до 353— 412 МПа, а твердость по Бринелю с 490—588 до 880—980 МПа. При этом относительное удлинение сплава почти не изменя­ется и остается достаточно высоким (18—24 %).

Силумины — литейные сплавы алюминия с кремнием. Они обладают хорошими литейными качествами и механическими свойствами.

Алюминий и сплавы широко применяют во многих отраслях промышленности, в том числе в авиации, транспорте, метал­лургии, пищевой промышленности и др.

Из алюминия и его сплавов изготовляют корпуса самолетов, моторы, блоки цилиндров, коробки передач, насосы и другие детали в авиационной, автомобильной и тракторной промышленности, сосуды для хранения химических продуктов.

Вследствие большого химического сродства алюминия к кислороду его применяют в металлургии как раскислитель, а также для получения при использовании так называемого алюминотермического процесса трудно восстанавливаемых металлов (кальция, лития и др.). По общему производству металла в мире алюминий зани­мает второе место после железа.

Сырые материалы для производства алюминия

Основным современным способом производства алюминия является электролитический способ, состоящий из двух ста­дий. Первая — это получение глинозема (Al2O3) из рудного сырья и вторая — получение жидкого алюминия из глинозема путем электролиза.

Руды алюминия

Вследствие высокой химической активнос­ти алюминий встречается в природе только в связанном ви­де: корунд Al2O3, гиббсит Al2O3 • ЗН2O, бемит Al2O3 • Н2O, кианит 3Al2O3 • 2SiO2, нефелин (Na, К)2O  • Al2O3 • 2SiO2, каолинит Al2O3 • 2SiO2 • 2Н2О и другие. Основными используемыми в настоящее время алюминиевыми рудами являются бокситы, а также нефелины и алуниты.

Бокситы

Алюминий в бокситах находится главным образом в виде гидроксидов алюминия (гиббсита, бемита и др.), ко­рунда и каолинита. Химический состав бокситов довольно сложен. Они часто содержат более 40 химических элементов.

глинозема в них составляет 35—60 %, кремнезема 2—20 %, оксида Fe2O3 2—40 %, окиси титана 0,01—10 %. Важ­ной характеристикой бокситов является отношение содержа­ний в них Al2O3 к SiO2 по массе — так называемый кремневый модуль.

Кремневый модуль бокситов, поступающих для получения глинозема, должен быть не ниже 2,6. Для бокситов среднего качества этот модуль составляет 5—7 при 46—48 %-ном содержании Al2O3, а модуль высококачественных — около 10 при 50 %-ном содержании Al2O3. Бокситы с более высоким содержанием Al2O3 (52 %) и модулем (10—12) идут для производства электрокорунда.

К числу крупных месторождений бокситов в нашей стране относится Тихвинское (Ленинградская область), Северо­уральское (Свердловская область), Южноуральское (Челябин­ская область), Тургайское и Краснооктябрьское (Кустанайская область).

Нефелины

Нефелины входят в состав нефелиновых сиенитов и уртитов. Большое месторождение уртитов находится на Кольском полуострове. Основные компоненты уртита — нефелин и апатит ЗСа3(РO4)2 • СаF2.

Их подвергают флотационному обога­щению с выделением нефелинового и апатитового концентра­тов. Апатитовый концентрат идет для приготовления фосфор­ных удобрений, а нефелиновый — для получения глинозема.

Нефелиновый концентрат содержит, %: 20—30 Al2O3, 42—44 SiO2, 13-14 Na2O, 6-7 К2O, 3-4 Fe2O3 и 2-3 СаО.

Алуниты

Алуниты представляют собой основной сульфат алюминия и калия (или натрия) К2SO4 • Al2(SO4)3 • 4Al(ОН)3. Содержа­ние Al2O3 в них невысокое (20—22 %), но в них находятся другие ценные составляющие: серный ангидрид SO3 (~ 20 %) и щелочь Na2O • К2O (4—5 %). Таким образом, они, так же как и нефелины, представляют собой комплексное сырье.

Другие сырые материалы

При производстве глинозема применяют щелочь NaОН, иногда известняк СаСО3, при элект­ролизе глинозема криолит Na3AlF6 (3NaF•AlF3) и немного фтористого алюминия AlF3, а также СаF2 и MgF2.

Производство криолита

Криолит в естественном виде в природе встречается очень редко и его производят искусст­венно из концентрата плавикового шпата (СаF2). Процесс осуществляют в две стадии, первая — это получение плави­ковой кислоты HF. Тонкоизмельченный СаF2 смешивают с сер­ной кислотой в трубчатых вращающихся печах при 200 °С.

В печи протекает реакция: СаF2+Н2SO4=2НF+СаSO4. Поскольку в плавиковом шпате содержится в качестве примеси SiO2, об­разуется также немного летучей кремнефтористой кислоты Н2SiF6.

Газообразные НF и Н2SiF6 после их очистки от при­месей поглощаются в вертикальных башнях водой, в результате получают раствор плавиковой кислоты с кремнефторис­той. Его очищают от Н2SiF6, добавляя немного соды: Н2SiF6+Na2CO3=Na2SiF+Н2O+СO2. Кремнефтористый натрий вы­падает в осадок и получается очищенная плавиковая кисло­та.

6НF + Al(ОН)3 = Н3АlF6 + 3Н2O

2Н3АlF6 + 3Na2CO3 = 2Na3AlF6 + ЗСO2 + 3Н2O.

Криолит выпадает в осадок, его отфильтровывают и про­сушивают при температуре 130—150 °С.

Фтористый алюминий получают схожим способом, добавляя к плавиковой кислоте до полной ее нейтрализации гидроксид алюминия: 3HF + Al(OH)3 = AlF3 + 3H2O.

Алюминий, извлекаемый из электролизных ванн, называют алюминием-сырцом. Он содержит металлические (Fe, Si, Cu, Zn и др.) и неметаллические примеси, а также газы (водо­род, кислород, азот, оксиды углерода, сернистый газ). Неметаллические примеси — это механически увлеченные час­тицы глинозема, электролит, частицы футеровки и др.

Для очистки от механически захваченных примесей, раст­воренных газов, а также от Na, Са и Мg алюминий подвер­гают хлорированию.

Для этого в вакуум-ковш вводят трубку, через которую в течение 10—15 мин подают газообразный хлор, причем для увеличения поверхности соприкосновения газа с металлом на конце трубки крепят пористые керами­ческие пробки, обеспечивающие дробление струи газа на мелкие пузырьки.

Хлор энергично реагирует с алюминием, образуя хлористый алюминий AlCl3. Пары хлористого алюми­ния поднимаются через слой металла и вместе с ними всплы­вают взвешенные неметаллические примеси, часть газов и образующиеся хлориды Na, Са, Мg и Н2.

Далее алюминий заливают в электрические печи-миксеры или в отражательные печи, где в течение 30—45 мин проис­ходит его остаивание.

Цель этой операции — дополнительное очищение от неметаллических и газовых включений и усред­нение состава путем смешения алюминия из разных ванн.

Затем алюминий разливают либо в чушки на конвейерных раз­ливочных машинах, либо на установках непрерывного литья в слитки для прокатки или волочения. Таким образом получают алюминий чистотой не менее 99,8 % Аl.

Алюминий более высокой степени чистоты в промышленном масштабе получают путем последующего электролитического рафинирования жидкого алюминия по так называемому трех­слойному методу. Электролизная ванна имеет стенки из маг­незита, угольную подину (анод) и подвешенные сверху графитированные катоды.

Для того, чтобы рафинируемый алюминий находился внизу, его утяжеляют, формируя в анодном слое сплав алюминия с медью (в слое растворяют 30—40 % Сu). В процессе электро­лиза ионы Al3+перемещаются из анодного слоя через слой электролита в катодный слой и здесь разряжаются.

Накапливающийся на поверхности ванны чистый катодный металл вычерпывают и разливают в слитки. Этим способом получают алюминий чистотой 99,95—99,99%. Расход электроэнергии равен ~ 18000 кВт • ч на 1 т алюминия.

Более чистый алюминий получают методом зонной плавки или дистилляцией через субгалогениды.

Источник: https://metallurgy.zp.ua/alyuminij-i-ego-svojstva/

Плавление алюминия: физические принципы

Каждое производство алюминиевых прессованных профилей обычно имеет свой участок или цех по переплавке собственных технологических отходов, а также подходящего покупного алюминиевого лома.

Полученный алюминиевый расплав разливается затем в слитки-столбы для прессования (см. подробнее здесь).

Типичными плавильными печами для такого производства являются газовые отражательные печи с прямой загрузкой шихты, стационарные или наклоняемые (рисунок 1).

Рисунок 1 – Типичная отражательная печь для плавления алюминия [1].

Ниже рассмотрены основные физические принципы, закономерности и явления,  которые нужно учитывать при работе с такими печами.

Четыре механизма передачи тепла

В плавильных печах с прямым нагревом, таких как отражательные печи, источником тепла является одно или несколько газовых горелок. В такой плавильной печи главными механизмами передачи тепла к алюминиевой шихте являются [2]:

• Тепловое излучение от футеровки (свода и стен)
• Тепловое излучение от объема газообразных продуктов сгорания над металлом
• Прямое тепловое излучение от пламени факела горелки к металлу
• Конвективная передача тепла от горячих газов, которые проходят вдоль поверхности металла.

Для отражательных печей излучение от футеровки обычно считается основным источником тепла для плавления алюминиевой шихты. Однако на некоторых этапах плавильного цикла этот механизм передачи тепла шихте может быть весьма незначительным [1, 2]. Эффективная работа любой плавильной печи требует максимального использования всех механизмов передачи тепла за счет их оптимизации на различных этапах цикла плавления.

Теплопроводность алюминия: твердого и жидкого

В твердом состоянии алюминий является очень хорошим проводником тепловой энергии. По этой причине печи с прямой загрузкой в начале цикла плавления могут передавать загружаемой шихте тепло с очень высокой скоростью.

В жидком состоянии теплопроводность алюминия падает примерно наполовину от ее величины в твердом состоянии (рисунок 2).

Это свойство жидкого алюминия может значительно снижать эффективность плавильной печи при загрузке шихты непосредственно в расплав. Чтобы избежать этого, типичные отражательные печи имеют наклонный вход (см. рисунок 1).

На этом наклонном входе происходит предварительное высушивание шихты, а также может происходить ее нагрев вплоть до температуры плавления.

Рисунок 2 – Коэффициент теплопроводности алюминия и сплава 6061
в зависимости от температуры [2]

Тепло для плавления шихты

На рисунке 3 показано количество тепла, которое требуется для расплавления и доведения до температуры разливки одного килограмма алюминия.

Девяносто три процента из этого тепла поглощается алюминием, пока он находится в твердом состоянии.

Рисунок 3 – Удельное тепло для плавления алюминия и
нагрева его до температуры разливки [2]

Цикл плавления отражательной печи

Изменение температурных параметров и потребляемой мощности горелок в отражательной плавильной печи с прямой загрузкой показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 – Изменение температурных параметров и
потребляемой мощности горелок в цикле плавления отражательной печи [1]

В начале цикла плавления холодный металл загружается в горячую печь. В результате этого температура футеровки значительно снижается. Твердый металл, который загружен в печь, очень быстро поглощает тепло от газового потока продуктов сгорания.

Поток горячих газов во многих случаях ударяет непосредственно в алюминиевую шихту (рисунок 5). На этом этапе общая площадь поверхности шихты очень большая и поэтому происходит эффективная передача тепла от горячих газов продуктов сгорания к шихте.

По этой причине отходящие газы печи имеют относительно низкую температуру (см. рисунок 4).

Рисунок 5 – Прохождение горячего потока продуктов сгорания горелки
через алюминиевую шихту: а) полное; б) частичное [2]

По мере нагрева твердой шиты интенсивность ее теплообмена с горячими газами продуктов сгорания снижается. Потребляемая мощность горелок также снижается. Шихта начинает плавиться и принимать плоскую форму (рисунок 6). На этой стадии плавильного цикла температура выходящих из печи газов резко возрастает из-за снижения перепада температуры между горячими газами и металлом, а также уменьшения площади контакта их взаимодействия.

Рисунок 6 – Воздействие горячих газов горелки на плоский расплав в печи [2]

Твердая шихта в расплаве

Алюминий в твердом состоянии имеет более высокую плотность, чем в жидком (рисунок 7). Поэтому обычно твердая шихта легко погружается на дно ванны расплавленного алюминия. Если поверхность шихты, например, алюминиевой стружки, слишком велика по сравнению с ее массой, то она может плавать на поверхности расплава за счет поверхностного натяжения.

Рисунок 7 – Зависимость плотности чистого алюминия от температуры [3]:
а – твердый алюминий,  б – жидкий алюминий

Как только твердая шихта погружается в жидкий алюминий, ее теплообмен с печью ограничивается теплопроводностью металла, в котором она находится. Основным механизмом передачи тепла к плоской поверхности расплава является передача тепла излучением от футеровки, пламени и продуктов сгорания. Поэтому важно, чтобы на этом этапе работы печи, она имела максимально высокую рабочую температуру.

Окисление жидкого алюминия

Может показаться, что на этом этапе самым эффективным путем для завершения цикла плавления является увеличение температуры расплава. Но, к сожалению, алюминий в жидком состоянии проявляет слишком высокую химическую активность.

На рисунке 8 показано влияние повышения температуры алюминиевого расплава на образование шлака (Al2O3). Когда температура алюминия превышает 760 ºС, скорость образования шлака резко возрастает. Чем больше шлака образуется, тем больше металла безвозвратно теряется.

Для образования шлака кроме высокой температуры обязательным является присутствие в контакте с металлом кислорода. Основными источниками кислорода в объеме печи являются воздух, который проникает снаружи, и воздух, который не успел сгореть в горелке. Хорошая горелка должна работать без подачи избыточного воздуха в объем печи.

Рисунок 8 – Зависимость скорости окисления алюминия от температуры [2]

Влияние толщины шлака

Тонкий слой шлака является даже полезным, так как он снижает отражательные свойства алюминиевого расплава. Это способствует лучшему поглощению теплового излучения от футеровки, пламени и газовых продуктов сгорания. Если же слой шлака становится слишком толстым, то он действует как теплоизолятор. В этом случае, чтобы передавать тепло внутрь расплава нужно еще более повышать температуру на его поверхности.

Глубина расплава в печи

Плотность жидкого алюминия с повышением температуры не значительно, но снижается (см. рисунок 7). Это означает, что при нагреве расплава сверху, его нижние слои будут всегда «тяжелее» верхних.

Расплав будет находиться в состоянии гидростатического равновесия и без внешнего воздействия никакого внутреннего движения в нем происходить не будет. Тепло для нагрева нижних слоев расплава может передаваться только от верхнего горячего слоя за счет механизма теплопроводности [1].

В общем случае более глубокие печи требуют больше энергии для своей работы и имеют более высокий угар. Считается, что для отражательных печей плавления алюминия оптимальной глубиной расплава является 500-600 мм. Но и в этом случае разность температуры между верхом и низом расплава составляет 23-25 ºС [1].

Перемешивание расплава

Чтобы повысить скорость нагрева расплава применяют различные методы его перемешивания. Чаще всего это выполняется с помощью механических инструментов, таких как ручные скребки или большие скребки, установленные на автопогрузчике.

Однако уже через несколько минут после окончания этой операции, ванна расплава снова возвращается к прежнему устойчивому состоянию [1]. Кроме того, для такого перемешивания нужно открывать загрузочное окно печи, что приводит к дополнительному образованию шлака.

Поэтому на больших печах и крупных производствах применяют сложные системы перемешивания расплава с помощью различных помп – центробежных, электромагнитных и других, которые могут перемешивать расплав в непрерывном режиме.

Источники:

1. Handbook of Aluminium Recycling / Сh. Schmitz, 2006
2. Direct Charged Melters / Donald F. Whipple – Bloomengineering, 2004
3. Handbook of Aluminium: Vol. 1 / ed. Toten@McKenzie, 2003

Источник: http://aluminium-guide.ru/plavlenie-alyuminiya-fizicheskie-principy/

Плавка алюминия в домашних условиях: пошаговая инструкция. Технология плавки алюминия в домашних условиях :

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.

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.

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.

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.

Источник: https://BusinessMan.ru/new-plavka-alyuminiya-v-domashnix-usloviyax-poshagovaya-instrukciya-texnologiya-plavki-alyuminiya-v-domashnix-usloviyax.html

Знание, какая температура плавления алюминия по Цельсию, обеспечивает домашнее литье

Такой металл, как алюминий, очень распространен в мире. Немалое его количество содержится в организме человека, а уж в окружающем мире его еще больше. Среди материалов, из которых построены дома, а также в конструкции любого автомобиля есть некая доля алюминия.

Нередко из этого вещества изготавливаются детали мебели. И если вдруг что-то из этого сломается, то можно либо приобрести новый товар в соответствующем магазине, либо заняться самостоятельным ремонтом изделия. В последнем случае придется плавить металл в домашних условиях, а для этого уже нужно знать о некоторых свойствах этого металла.

Для изготовления какой-либо алюминиевой конструкции вовсе не обязательно подробно изучать все характеристики вещества, но на основные моменты следует обратить свое внимание, включая знание, при какой температуре плавится алюминий.

О температуре плавления

Необходимо помнить: алюминий очень легко поддается литью и начинает превращаться в жидкую субстанцию уже при температуре в 660 градусов. Для того чтобы понять, что этот показатель довольно низкий, достаточно сравнить его с температурами плавления других металлов, которые также нередко используются для изготовления тех или иных, нужных в обиходе предметов.

Например:

• сталь начинает плавиться лишь при температуре в 1300 градусов;
• чугун — при 1100 градусах.

Но все же, хоть температура плавления алюминия по Цельсию и не слишком высока по сравнению со многими другими металлами, достичь 600 градусов в домашних условиях с использованием обыкновенной газовой или электрической плиты довольно трудно.

Уменьшение температуры

Прежде чем подвергать металл плавлению, можно специальными методами уменьшить его температуру плавления, например, использовать в виде порошка. В этом случае он начнет плавиться чуть быстрее.

Но при этом он становится опасным, так как взаимодействуя с атмосферным кислородом, может окислиться или воспламениться.

А в результате окисления, как мы помним из школьного курса химии, образуется оксид алюминия; и температура, при которой начинает плавиться это вещество, уже превышает две тысячи градусов.

Вообще избежать образования оксида не получится, если заниматься плавлением алюминия, но уменьшить количество лишнего вещества вполне возможно. При плавлении алюминия нужно не допускать попадания в вещество воды. Ведь если это случится, то произойдет взрыв.

Перед началом процесса нужно убедиться в том, что сырье является абсолютно сухим. Чаще всего в качестве исходного материала применяется алюминиевая проволока. Предварительно ее нужно с помощью ножниц разделить на множество мелких по длине кусочков. А для того, чтобы уменьшить площадь контакта с содержащимся в атмосфере кислородом, эти кусочки прессуются пассатижами.

Не всегда есть необходимость создать алюминиевое изделие высокого качества, поэтому вовсе не обязательно всегда использовать порошок или мелко нарезанную и плотно сдавленную проволоку.

Можно взять любой предмет, который уже был использован, например, банку, в которой хранились консервы. Но перед плавкой нужно лишить ее нижнего шва или обрезать профиль. Полученное сырье может быть окрашено или испачкано. Не нужно об этом беспокоиться.

Все, что имеется лишнее на поверхности, быстро отходит в виде шлаков.

Процесс плавления в домашних условиях

Плавление — это довольно опасный процесс. Предварительно необходимо обязательно побеспокоиться о средствах защиты от различных ядовитых веществ, которые будут образовываться, а также подготовить литейную форму.

Средства защиты

1. Не обойтись без специальных перчаток даже в том случае, если расплавить алюминий необходимо лишь единожды. Это, пожалуй, основное средство защиты, так как расплавленная масса с большой долей вероятности может попасть на руки, и тогда неминуемо на коже появится ожог, поскольку температура жидкого металла превышает 600 градусов.

2. Следующая часть тела, которую также необходимо защитить от попадания горячего алюминия — глаза. При частой плавке не обойтись без специальной защитной маски, ну или хотя бы очков. Но лучше всего работать в костюме, который устойчив к воздействию высокой температуры в несколько сотен градусов.
3. Если необходимо получить чистый алюминий, потребуется рафинирующий флюс.

   И тогда работать нужно в химическом респираторе.

Выбор формы для литья

Для того, чтобы отлить алюминий, необязательно запасаться литейной формой. Достаточно лишь приобрести лист из более тугоплавкого металла — из стали, вылить на него расплавленный алюминий и подождать, пока последний затвердеет. Но для получения какой-либо детали из алюминия обязательно придется приобретать форму для литья.

Ее можно изготовить самостоятельно в домашних условиях. Для этой цели обычно используется скульптурный гипс. Он заливается в форму, затем какое-то время охлаждается. После этого в него вставляют модель и сверху кладут вторую емкость с гипсом. При этом важно не забыть проделать отверстие в гипсе с помощью какого-нибудь предмета цилиндрической формы. Через это отверстие и будет заливаться горячий алюминий.

При плавлении алюминия не обойтись без так называемого тигеля: то есть емкости из тугоплавкого металла. Она может быть выполнена из фарфора, кварца, стали, чугуна. Впрочем, изготавливать тигель самостоятельно вовсе не обязательно, ведь его можно просто купить в специальном магазине. Объем тигеля зависит от того, какое количество металла требуется получить.

Плавка алюминия в домашних условиях — это не такой уж трудный процесс, которым он может показаться поначалу. Кусочки металла нагреваются до нужной температуры плавки алюминия в специальной емкости.

Некоторое время полученный расплав необходимо выдерживать в разогретом состоянии и периодически удалять с его поверхности образующийся шлак. После этого чистый жидкий металл наливается в специальную форму, в которой он некоторое время будет остывать.

Время, которое уйдет на плавку, зависит от самой печи, а точнее от той температуры, которую она может обеспечить. Если же вместо печи используется газовая горелка, то она должна нагревать металл сверху.

Источник: https://tokar.guru/metally/alyuminiy/kakaya-temperatura-plavleniya-alyuminiya-po-celsiyu.html