Газовые печи для плавления алюминия: критерии выбора

Алюминий – металл, который широко используется в промышленности и быту.

Из него производят не только детали самолетов и кораблей, но и посуду, и другие предметы утвари. Поэтому нередко возникает потребность в самостоятельном изготовлении алюминиевых деталей, вышедших из строя.

Производить из него литые изделия в кустарных условиях позволяет свойство алюминия плавиться при относительно невысоких температурах. Для того чтобы самостоятельно изготавливать литые изделия из алюминия, нужно знать поведение этого металла при высоких температурах и его физико-химические свойства.

Характеристики алюминия

Температура плавления алюминия зависит от степени чистоты металла и составляет приблизительно 660 °C. Его точка кипения – 2500 °C.

Алюминий отличается своей легкостью и пластичностью, поэтому хорошо гнется и поддается обработке штамповкой.

Этот металл является отличным проводником тепла и активно вступает в химическую реакцию при высоких температурах с кислородом воздуха, образуя на поверхности окисную пленку. Она защищает алюминий от дальнейшего окисления, однако при расплавлении лома существенно отражается на составе сплава. В процессе плавки металла структура алюминия меняется.

При его резком охлаждении могут возникнуть внутренние напряжения и усадка полученного сплава. Это надо учитывать при работе с алюминием в домашних условиях.

Технологии домашнего литья алюминия и необходимое оборудование

Принцип литья алюминия в домашних условиях должен исходить из технологии его получения на производстве с поправкой на условия, которые можно использовать дома.

Алюминиевые изделия путем литья получают несколькими способами. В бытовых условиях наиболее распространенным и удобным способом является технология литья алюминиевого расплава в специально изготовленные формы.

Поэтому для проведения процесса необходимо обеспечить две вещи:

• соорудить печь для расплавления алюминиевого лома;
• создать нужную форму для получения литого сплава или отдельной детали.

Процесс литья должен включать несколько этапов:

1. Подготовка алюминиевого лома, включающая очистку от грязи, примесей и разных наполнителей, а также его измельчение до небольшого размера.
2. Проведение процесса плавки запланированным способом. При полном расплавлении металла с его поверхности нужно удалить шлаковые образования.
3. Заполнение приготовленной формы жидким алюминиевым расплавом. После отвердевания слиток освобождается от формовочной массы.

Рассмотрим, как плавить алюминий в домашних условиях, какие конструкции печей для расплавления металла можно использовать, а также варианты самостоятельного изготовления формы.

Самодельные печи и способы расплавления алюминия

Для того чтобы расплавить алюминий, нужно разогреть его до температуры, близкой к 660 °C. На открытом пламени костра такой температуры невозможно достичь. Поэтому необходимо закрытое пространство, которое может обеспечить самодельная печь. Нагревать ее можно с помощью сжигания угля и дров или использования природного газа.

Можно также использовать электрическую муфельную печь, если она есть в хозяйстве.

При самостоятельно изготовленной печи нужно обеспечить принудительную вентиляцию для поддержания процесса горения.

1. Самый простой вариант самодельного очага можно изготовить из старых кастрюль.

Его конструкция выполняется следующим образом:

• В качестве каркаса используют стальную емкость, например, старую кастрюлю, сбоку которой нужно проделать отверстие для подачи воздуха через подведенный металлический патрубок.
• Воздух через шланг принудительно может подаваться с помощью пылесоса.
• Внутрь устройства проводится закладка каменного угля.
• Затем уголь поджигают и подают воздух, чтобы огонь не погас.
• Емкость для расплавления алюминия предварительно ставят внутри импровизированной печной конструкции и обкладывают ее с боков углем. При его сгорании обеспечивается равномерное распределение тепла.
• Чтобы тепло не расходовалось на окружающий воздух, сверху «кастрюльную» печь следует неплотно накрыть крышкой, оставив небольшую щель для выхода дыма.

Идеальной конструкцией может служить топливник, имеющий овальный свод, выполненный из кладочной смеси, применяемой для жаропрочного кирпича. В качестве каркаса для создания овального свода можно использовать цветочный горшок нужного размера.

После высыхания смеси получается добротный топливник, который может выдержать несколько плавок.

Видео:

2. Второй вариант печи подразумевает использование для нагрева алюминия пламени бытовой газовой горелки.

Его можно применять только для штучных изделий из алюминия весом не более 150 грамм. Имитация печи создается с помощью использования двух емкостей, вставленных друг в друга с небольшим зазором. Это могут быть обыкновенные жестяные банки из-под консервов.

Внешняя банка должна иметь больший размер. В ней проделывается отверстие, диаметром около 4 см, чтобы обеспечить подвод пламени к внутренней банке.

Струя пламени должна поступать направленно в отверстие банки. Греется непосредственно только внутренняя емкость, а наружная служит оболочкой, удерживающей тепло. Сверху конструкцию нужно прикрыть имитированной крышкой, оставив зазор для отвода продуктов сгорания.

Такая конструкция является одноразовой и можно использовать только для одной плавки, т. к. жесть тонкая и может быстро прогореть.

Видео:

Базовые типы отражательных печей

Базовыми типами газовых отражательных печей для плавления алюминия являются [1]:

• Отражательные плавильные печи с сухим подом (dry hearth reverberatory furnaces), в которых металл перед тем, как расплавлять, подогревают на входном наклонном поде (рисунок 1).
• Отражательные плавильные печи ванного типа (wet bath reverberatory furnaces), в которых металл загружается прямо в алюминиевый расплав, обычно без предварительного подогрева (рисунок 2).
• Шахтные плавильные печи (stack (shaft) furnaces) отличаются повышенной энергетической эффективностью, так как они используют тепло отходящих газов для подогрева загруженной алюминиевой шихты (рисунок 3). Шахтные печи являются модифицированной версией отражательных печей

Рисунок 1 – Газовая отражательная плавильная печь с сухим подом [2]

Рисунок 2 – Газовая отражательная плавильная печь ванного типа [3]

Рисунок 3 – Газовая шахтная плавильная печь [4]

Еще одним типом газовых печей являются тигельные печи, которые применяются при небольших объемах литья, а также для специальных сплавов. Эти печи требуют отдельного рассмотрения.

Характеристика

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

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

Дополнительные функции газовых печей

Каждый из этих трех базовых типов печей может иметь дополнительные опции, а также элементы, характерные для других типов печей, например:

• все три типа печей могут иметь наружные колодцы для загрузки в расплав измельченной шихты, например, стружки;
• печи с наклонным подом и шахтные печи могут иметь дополнительные загрузочные окна для загрузки шихты непосредственно в расплав;
• ванные печи и шахтные печи могут иметь на входе в печь широкий порог или короткий наклонный под для предварительного прогрева слитков и массивного, например, пакетированного лома, а также для удобства съема шлака с поверхности расплава;
• все типы печей могут иметь систему перемешивания расплава, как в загрузочном колодце, так в ванне алюминиевого расплава.

Отражательные плавильные печи с сухим подом

В печах с сухим подом загружаемая алюминиевая шихта помещается на наклонный под, который находится выше уровня расплавленного металла (рисунок 4). Горячие отходящие газы проходят через шихту и быстро прогревают ее. Шихта плавится и постепенно стекает с наклонного пода в камеру для накопления расплавленного металлом, которую поэтому часто называют копильником.

Рисунок 4 – Отражательная плавильная печь с сухим подом. На входе в печь видны подогреваемые слитки [5]

Печи с сухим подом обычно применяют, когда:

• Большая часть загружаемой алюминиевой шихты является плавильными слитками, в том числе, крупными, то есть элементы шиты имеют минимальную поверхность.
• Алюминиевая шихта содержит, например, стальные элементы, а также остатки литейных форм, например, песчаных. Алюминиевая часть шихты расплавляются на наклонном поде и алюминий стекает по наклонному поду, а посторонние материалы остаются на подине и удаляются из печи с помощью скребков.
• Алюминиевая шихта может содержать в себе воду или быть влажной.

Преимущества печей с сухим подом:

• Безопасность. Вся шихта расплавляется на наклонном поде, а не под поверхностью расплава. Такой подогрев исключает попадание воды в расплав и угрозу взрыва.
• Предотвращение загрязнения расплава. Позволяет удалять из шихты посторонние, не алюминиевые, материалы, которые остаются на наклонном поде.
• Возможность почти непрерывно производить большие объемы жидкого алюминия.

Недостатки печей с сухим подом:

• Обычно эти печи имеют два дымохода, один над наклонным подом и другой над копильником. Это требует систему управления горелками для их оптимальной работы [1].
• Высокий угар алюминия (7-12 %) при плавлении в атмосфере печи при температуре 700-760 градусов Цельсия. Угар – это потеря металлического алюминия, который содержался в загруженной шихте, в результате его окисления и перехода в шлак.
• Низкая энергетическая эффективность. Эффективность печей этого типа повышается с увеличением отношения объема загружаемой шихты к ее наружной поверхности. Максимальная эффективность достигается при плавлении крупных алюминиевых слитков, иногда весом до 500 кг [1].

Этап первый

Сломанный насос делим на две секции с помощью пластилина. Для этого нам понадобятся перегородки из пластилина, они используются для разделения патрубков на две части. Лишний пластилин на стыке детали убираем ножиком.

Форма, которую мы будет делать, состоит из трех секций. Прежде чем заполнить первую секцию смесью, смажем ее разделителем. Разделитель можно сделать из подсолнечного масла и стеарина. Теперь переходим к конструктору. Все пустые места в конструкторе залепим пластилином.

Перегородки из пластилина на насосе прикрепим к бортикам конструктора. Необходимо, чтобы конструкция была герметична, иначе смесь может вытечь за пределы конструктора. В таком случае придется все начинать сначала.

Готовим саму смесь. Размешиваем в емкости гипс и песок в пропорции 1:1. Песок можно использовать речной или кварцевый, оба варианта подойдут. Гипс мы взяли марки Г- 16, это обычный художественный гипс для скульптур. Добавляем воду до тех пор, пока не получится довольно густая текущая смесь, напоминающая нежирную сметану. Первую секцию конструкции зальем смесью, постучим по бортикам конструктора, для равномерного распределения смеси и подождем затвердевания.

Прежде чем начать заливать вторую секцию, необходимо убрать пластилиновую перегородку. Теперь патрубки насоса разделим перегородками. Не забудем смазать разделителем деталь и перегородки.

Зальем следующую вторую секцию смесью, также постучим по стенкам конструктора, для равномерного распределения. Разберем опалубку из конструктора. В получившемся изделии сделаем пару отверстий, с помощью сверла 10 миллиметров. Это своеобразные замки, не дающие сместиться секции номер три относительно первой и второй.

Соединим две получившиеся формы, вставим заготовку. Восстановим опалубку из конструктора. В данном вопросе конструктор незаменимая вещь, из него можно создать любую форму. Смажем разделителем форму. Прибавим сверху один ряд конструктора. Это будет заготовка для третьей секции.

Все мы закончили с заливкой формы. Теперь необходимо очень аккуратно разобрать конструкцию.

Соберем снова первую и вторую секцию и отметим место для литья. Для этого нужно просверлить отверстие диаметром 15 миллиметров. Этого будет достаточно.

Теперь нужно собрать все три формы вместе и скрепить их проволокой.

Отражательные плавильные печи ванного типа

В этих печах продукты сгорания находятся в прямом контакте с поверхностью расплава и передача тепла происходит в результате комбинации конвекции и излучения. Эти печи имеют более низкий свод для максимально использования тепла излучения, наиболее эффективного способа передачи тепла в алюминий. Источник тепла (горелки) могут располагаться на расстоянии 45-60 мм от зеркала алюминиевого расплава. Чем ближе источник тепла к поверхности расплава, тем быстрее происходит передача ему тепла [1].

Рисунок 5 – Отражательная плавильная печь ванного типа [6]

Отражательные плавильные печи ванного типа применяют, когда:

• Алюминиевая шихта состоит в основном из одного сплава или родственных сплавов, а смена сплавов происходит редко.
• Шихта может иметь большую поверхность, а ее компоненты иметь различные размеры, в том числе, малую толщину, например, лом алюминиевых профилей, а также пакетированный алюминиевый лом.
• Требуются большие объемы расплавленного алюминия.

Преимущества отражательных печей ванного типа:

• Стоимость установки таких печей является самой низкой по сравнению с печами с сухим подом и шахтными печами.
• Весь металл плавится под поверхностью алюминиевого расплава, что обеспечивает относительно низкий угар металлического алюминия 2-5 %.
• Допускает различные дополнения в зависимости от условий конкретных литейных производств: небольшой под или порог для предварительного подогрева слитков или пакетированного лома, загрузочный колодец для измельченного лома (рисунок 5), перемешивание расплава, окно для удобства дегазации и т. п.

Недостатки печей ванного типа:

• Имеют повышенное отношение емкости печи по расплавленному металлу к скорости плавления печи, что требует дополнительной производственной площади. Типичным таким отношением является 8 к 1.
• Если применяются плавильные слитки, то они перед загрузкой в расплав требуют предварительного подогрева на пороге или поде.
• Более низкий свод печи требует дополнительного внимания при ее чистке.

Меры предосторожности

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

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

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

Шахтные плавильные печи

Шахтные плавильные печи имеют более высокую энергетическую эффективность за счет лучшей герметизации печи от проникновения атмосферного воздуха и применения отходящих газов для предварительного нагрева алюминиевой шихты.

Алюминиевая шихта проходит вниз по загрузочной шахте и постепенно достигает зоны плавления, где она расплавляется под воздействием горелок и перетекает вниз в копильник. Горячие отходящие газы проходят из зоны плавления через шахту и прогревают загружаемую шихту.

Рисунок 6 – Шахтная плавильная печь [7]

Преимущества шахтных печей

• Благодаря предварительному прогреву шихты отходящими продуктами сгорания энергетическая эффективность достигает 40-50 %.
• Готовый алюминиевый расплав отличается пониженным содержанием водорода и неметаллических включений. Это достигается за счет разделения плавильной зоны и зоны предварительного прогрева. Влага и другие загрязнители испаряются или сгорают еще в шахте, а в зону плавления попадает сухая шихта с минимумом загрязняющих материалов.
• Отсутствие чрезмерного контакта расплава с атмосферным кислородом, что обеспечивает пониженный уровень угара металлического алюминия (0,8-1,5 %).

Недостатки шахтных печей

• Для того, чтобы шахтные печи достигали низкого уровня угара и высокой энергетической эффективности, их необходимо эксплуатировать строго в соответствии с установленными для них правилами, в том числе применять достаточно плотную алюминиевую шихту. При легковесной и тонкостенной шихте шахтные печи могут иметь повышенный угар алюминия и пониженную энергетическую эффективность.
• Шахтные печи имеют довольно общую большую высоту (около 6 м), что подходит не для всех производственных помещений.
• Огнеупорная футеровка на дне загрузочной колодца шахтной печи подвергается повышенным ударным механическим нагрузкам, что приводит к необходимости более частого технического обслуживания.
• Шахтные печи более сложные в эксплуатации, чем отражательные и поэтому требуют дополнительного квалифицированного персонала.

Горн для плавки алюминия своими руками

Алюминий используется при производстве деталей в кузнечном деле. Особенностью подобного сплава можно назвать то, что имеет небольшой вес, высокую степень пластичности, хорошую проводимость тепла и электроэнергии.

При всех подобных качествах рассматриваемый сплав можно назвать легкоплавким материалом, что значительно повышает его популярность. Для проведения работ по созданию деталей из алюминия путем доведения сплава до пластичного состояния используют горн.

На протяжении многих лет люди рассматривали вопрос того, как сделать горн для плавки алюминия и результатом огромного количества попыток стали конструкции, которые можно создать своими руками.

Самодельный горн для плавки алюминия

Предназначение и классификация

Горн для плавки металла – печь, которая использовалась в кузнечном деле на протяжении многих лет. Однако небольшой показатель КПД определил то, что его не стали применять при производстве изделий из рассматриваемого сплава в промышленности.Существует следующая классификация:

1. По типу корпуса: открытый и закрытый. Открытый имеет полностью открытую верхнюю часть. Закрытый вариант исполнения имеет закрытый верх.
2. По месту установки: стационарный и персональный кузнечный.

Горн закрытого типаГорн открытого типа

Для отведения газообразных продуктов горения создается специальная труба, если работа проводится в помещении. Открытый тип не имеет трубы, так как продукты горения уходят без их отвода.

Общий принцип работы

Своими руками при использовании подручных материалов можно создать эффективную систему, которая позволит провести кузнечные работы. Существует огромное количество видов конструкции, которые создают своими руками. Профессиональный горн имеет следующие элементы:

1. стол изготавливают из огнеупорного материала;
2. есть топливник с колосниковой решеткой;
3. воздушная камера для повышения эффективности горения топлива;
4. воздушный дренаж с подающим воздуховодом;
5. вентиль для регулирования подачи воздуха;
6. шатер;
7. окно для подачи заготовок;
8. зонт;
9. дымоход;
10. горнило;
11. закалочная баня;
12. газовоздушная камера.

Пример устройства печи для плавки алюминия

Рассматриваемый тип кузнечного оборудования можно назвать классическим горном, который используется в кузнечном деле. Создать его своими руками довольно сложно, но можно провести создание более простой конструкции для плавки алюминия.

Своими руками лучше провести изготовление с использованием подручных материалов. Мини горн из 6 кирпичей подойдет для получения различных деталей, которые используются при украшении металлических вещей, ведра или других деталей.Процесс создания можно разделить на следующие этапы:

Корпус создаем из шамотного кирпича. Подобный кирпич может переносить воздействие большой температуры на протяжении длительного времени

При выборе кирпича следует обращать внимание на то, что он не должен иметь повреждений, дефектов. Это связано с тем, что трещины приведут к потере тепла. Полки колосников решетки создаем из обрезков стальных труб

Стальные трубы должны быть небольшого диаметра. Использовать варианты из плавкого материала нельзя. Колосники изготавливает из стальных полосок, толщина которые 4-6 миллиметров. Колосник закручиваем на угол винтом. Топливом может служить уголь или кокс. Розжиг, как правило, проводится при помощи паяльной лампы. Также можно использовать и газовую горелку. Окно под сопло необходимо создать при использовании паяльной лампы. Это связано с тем, что горн излучает много тепла, которое может привести к взрыву резервуара лампы.

Использовать подобный вариант исполнения, который можно быстро создать своими руками, следует исключительно на открытом воздухе, так как зонта с дымоходом нет. Во время проведения плавки выделяется большое количество продуктов горения.

При рассмотрении вопроса того, как сделать горн для плавки алюминия, отметим возможность создания и переносных вариантов исполнения. Примером можно назвать переносной вариант исполнения из гусятницы, которые с дополнительными элементами устанавливаются на общее основание. Футеровка представлена шамотным мергелем с шамотным песком. Другим элементом конструкции можно назвать систему подачи воздуха в гусятницу, для чего можно использовать, к примеру, ручную сирену. Работать он может на коксе или древесном угле.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.