Температура плавления медь в градусах. При каких условиях плавится медь. Как плавили медь наши предки

К атегория:

Литейное производство

Плавка и разливка медных сплавов

Медные сплавы, к которым относятся оловянные и безоловянные бронзы и латуни, выплавляют в основном в электрических дуговых и индукционных печах и реже в пламенных, работающих на жидком топливе. При небольших объемах производства иногда используются тигельные печи.

Так как почти все элементы, входящие в состав медных сплавов, легко окисляются, процесс плавки ведется форсированно, при этом принимаются меры к защите сплавов с поверхности (защитными или покровными флюсами), а отдельные легкоокисляемые элементы применяются в виде лигатур.

1. Шихтовые материалы

Шихтовыми материалами для медных сплавов могут быть свежие (чистые) металлы, вторичные сплавы, оборотный сплав, а также различные лигатуры, поставляемые промышленностью или собственного приготовления.

Для раскисления сплавов применяют фосфористую медь в виде плиток массой около 12 кг по ГОСТ 4515-78, которые перед употреблением разбивают на мелкие куски.

Лигатуры - это сплавы двух или нескольких элементов, которые присаживают к сплавам. Применение их обусловлено тем, что отдельные тугоплавкие компоненты сплава имеют более высокую температуру плавления, чем допускаемый перегрев сплава. Температуры плавления лигатур и металла, к которому их присаживают, должны быть близкими, и в то же время лигатуры должны иметь высокое содержание тугоплавкого элемента.

2. Расчёт шихты

Для получения сплава возможны различные сочетания шихтовых материалов. Шихта может состоять из одних свежих металлов, из свежих металлов или вторичных сплавов с добавлением лигатур, из оборотного сплава с добавлением свежих металлов и лигатур, из одного оборотного сплава или из одних вторичных сплавов. Обычно применяют шихту, состоящую из 50-60% свежих металлов, 25-35% оборотного сплава и 10-12% покупного лома, или плавку ведут на вторичных сплавах.

При расчете шихты учитывают угар различных элементов сплава, величина которого зависит от характера элементов, чистоты шихты и типа плавильной печи.

Рассмотрим пример расчета шихты для выплавки бронзы марки БрОЗЦ7С5Н1.

При изготовлении сплавов для менее ответственных отливок с целью экономии чистых металлов могут применяться только вторичные сплавы - паспортные бронзы марки БрОЗЦ8С4Н1.

3. Технология плавки медных сплавов

Плавка в тигельных печах. Для плавки медных сплавов используются самые разнообразные тигельные печи. При небольших объемах плавки они обеспечивают высокое качество сплава, так как в них отсутствует непосредственный контакт сплава с продуктами горения, а поверхность зеркала металла очень мала. Для плавки применяют графитовые или корундовые тигли.

Рис. 1. Электрическая печь типа ДМК : 1 - футеровка; 2 - стальной кожух; 3- зубчатые ободы; 4 - шланги для подвода воды; 5 - графитизированные электроды; 6 - шестерни; 7 - водоохлаждаемые уплотнители; 8 - дверцы; 9 - сливной носок; 10 - электродвигатель; 11 - приводной механизм.

Плавка в электрических печах. Электрические печи для плавки медных сплавов подразделяются на дуговые и индукционные.

Плавка в электродуговых печах. Для плавки применяют электродуговые печи с косвенным нагревом, т. е. такие, У которых электрическая дуга образуется между двумя горизон-альными графитовыми электродами.

Печь ДМК (рис. 1) имеет вид барабана с загрузочным кном, отверстиями для электродов и желобом для слива сплава.

Кожух печи футеруется динасовым или шамотным кирпичом. На торцы кожуха насажены зубчатые ободы, сцепленные с зубчатыми колесами, которые дают возможность покачивать печь в процессе плавки, благодаря чему обеспечивается получение однородного по составу и равномерно нагретого сплава.

Плавка начинается с подготовительных работ: тщательной очистки печи от остатков предыдущей плавки, проверки исправности механизмов и подачи воды к водоохлаждаемым уплотнителям. После этого футеровку прогревают до температуры 700-800 °С, выводят из печи электроды и на дно ее насыпают несколько лопат сухого прокаленного древесного угля, затем загружают предварительно подогретые до 150-200 °С шихтовые материалы: сначала мелочь, литники, скрап и сверху - крупные куски. Шихта должна располагаться не ближе чем в 50 мм от электродов и не должна мешать их свободному перемещению вдоль печи. После установки электродов закрывают загрузочное окно и возбуждают электрическую дугу, что осуществляется сближением электродов и быстрым удалением одного из них на небольшое расстояние с помощью ручного штурвала механизма их перемещения.

Процесс расплавления шихты ведется интенсивно. По истечении 20-30 мин включают реверсивный механизм покачивания печи вначале на 25-30°, потом постепенно доводят покачивание до 90°, а после расплавления всей шихты -до 160°. Это позволяет избежать местного перегрева сплава и способствует лучшему перемешиванию его. Сплав раскисляют, присаживают легкоплавкие добавки, рафинируют, подогревают до требуемой температуры и выпускают из печи.

Плавка в индукционных печах. Для плавки медных -сплавов применяют индукционные печи со стальным сердечником и без сердечника.

Индукционная печь со стальным сердечником, схематический разрез которой показан на рис. 2, представляет собой трансформатор, первичной обмоткой которого служит медная катушка, насаженная на сердечник из пластин электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Вторичной обмоткой является кольцо Жидкого сплава, находящегося в плавильном канале. Переменный ток промышленной частоты, проходя через первичную обмотку, создает вокруг нее магнитный поток, замыкающийся через магнитны» стальной сердечник трансформатора, и индуктирует ток в сплаве, находящемся в кольцевых каналах. Заполняющий каналы сплав сообщается с ванной жидкого сплава и отдает ему тепло за чет циркуляции, создаваемой разностью температур сплава по высоте печи.

Рис. 2. Схема индукционной печи со стальным сердечником: 1 - камера; 2- футеровка; 3- тепловая изоляция; 4 - первичная обмотка; 5 - плавильный канал; 6 - магнитный сердечник.

Особенность плавки в индукционных печах заключается в том что жидкий сплав, заполняющий каналы, должен оставаться в печи и после выпуска плавки для образования замкнутой электрической цепи при последующей плавке. В связи с этим в индукционных печах затруднен переход к плавке нового сплава. В этом случае необходимо слить весь сплав из каналов и сделать одну-две промывные плавки сплава неответственного назначения.

После заполнения кольцевых каналов и «болота» (слой жидкого сплава толщиной 30-50 мм, находящийся над каналами) жидким сплавом и разогрева печи загружают предварительно подогретую шихту: сначала медь, а после ее расплавления - оборотный и вторичные сплавы. При расплавлении всей шихты производят раскисление, с поверхности удаляют шлак и вводят легко-окисляемые элементы. При сливе готового сплава необходимо оставить его в каналах и над ними слоем в 30-50 мм.

Плавка в индукционных тигельных печах. В последние годы для плавки сплавов на медной основе - бронз и латуней - стали применять индукционные тигельные печи типа ИЛТ . Угар металла в этих печах не превышает 0,5-1%.

4. Особенности плавки и разливки медных сплавов

При плавке медных сплавов в состав шихты обычно входит красная электролитическая медь, которую расплавляют и раскисляют фосфористой медью до загрузки в печь остальных составляющих шихты. Плавка меди должна происходить очень быстро под слоем хорошо просушенного и прокаленного древесного угля. Печь перед загрузкой меди надо хорошо разогреть. Качество раскисления можно проверить по технологической пробе: залитый и охлажденный брусок при загибе не должен давать трещин в месте изгиба.

Плавка оловянной бронзы.

В разогретую печь загружают часть вторичных и оборотного сплавов и покрывают слоем сухого древесного угля, который после расплавления шихты должен покрыть ровным слоем всю поверхность жидкого сплава. По мере расплавления первоначальной порции шихты в печь вводят частями или полностью остаток шихты, подогретой до температуры 150-200 °С. Из применяемых для под-шихтовки свежих металлов медь и никель загружают в печь одновременно с первой порцией шихты, а цинк, свинец и олово вводят непосредственно в ванну к концу плавки для уменьшения их угара.

После расплавления всей шихты и достижения требуемой температуры сплав раскисляют фосфористой медью в количестве 0,2% от массы шихты и покрывают хорошо просушенным флюсом, состоящим из 60% кальцинированной соды, 33% плавикового шпата и 7% буры. Расход флюса составляет 2-3% от массы шихты. Затем сплав нагревают до температуры 1250-1300 °С и 20-30 мин выдерживают под флюсом, периодически перемешивая его. После этого счищают образовавшийся шлак и выпускают сплав в ковш для разливки в формы.

Плавка латуней. Рассмотрим технологию плавки кремнистой латуни марки ЛКС80-3-3.

При плавке шихты из свежих металлов сначала расплавляют медь и раскисляют ее фосфористой медью, затем вводят меднокрем-нистую лигатуру, цинк и свинец.

Если шихта содержит оборотный сплав этой же марки, то его загружают вместе с медью в том случае, когда масса свежих металлов не превышает 30-40% от массы всей шихты. При большом количестве свежих металлов оборотный сплав загружают после расплавления меди и введения остальных элементов. Учитывая склонность этого сплава к поглощению газов, плавку необходимо форсировать, сохраняя нейтральную или слегка окисленную атмосферу в печи. В качестве флюса можно применять битое стекло и буру.

Для дегазации сплав нагревают до температуры 1150-1160 °С и выдерживают при этой температуре 10-15 мин. Выделяющиеся при выдержке пары цинка механически увлекают за собой растворенные газы и удаляют их из жидкого сплава. Для компенсации повышенного угара цинка при выдержке сплава перед его заливкой в печь вводят дополнительное количество цинка.

После окончания выдержки сплав охлаждают до температуры 1050-1100 °С и проверяют (путем взятия пробы) содержание в нем газов. При избыточном количестве газов в сплаве происходит «рост» пробы в стаканчике. В этом случае производят «замораживание» сплава путем охлаждения его до температуры затвердевания и затем быстро нагревают до температуры разливки.

В конце плавки берут пробу для химического анализа, а также технологическую пробу, которая позволяет определить по излому качество сплава и содержание в нем газов; пробу сравнивают с эталонами.

Для получения высококачественных медных сплавов необходим тщательный контроль за соблюдением правил подготовки исходных материалов и проведения процесса плавки. Особое внимание надо уделять контролю температуры жидкого сплава как в процессе самой плавки, так и при выпуске его из печи и разливке.

Обычно для измерения температуры сплава применяют термопары погружения с защитными чехлами из жароупорной стали. Термопары в сочетании с аппаратурой автоматического действия могут самостоятельно регулировать температурный режим в печах или же путем световой или звуковой сигнализации привлекать внимание рабочего к нарушению температурного режима.

Ввиду того что медные сплавы имеют склонность к поглощению газов и окислению, при заливке форм необходимо поддерживать небольшую высоту струи, не прерывать ее и не допускать разбрызгивания сплава. Разливку производят через носок ручных и крановых ковшей, подобных тем, которые применяют при разливке чугуна.

Каждый металл обладает способностью плавиться. Все они отличаются собственной температурой плавления, которая зависит от разных факторов. Прежде всего, на этот показатель влияет структура металла и наличие в нем каких-либо примесей. Температура плавления меди составляет 1080 градуса.

Процесс плавления металлов

Во время нагревания металлов их кристаллическая решетка начинает постепенно разрушаться. В начальной стадии, по мере нагревания, происходит повышение температуры. Достигнув определенного значения, она продолжает оставаться на одном и том же уровне, несмотря на продолжающийся нагрев. В такой момент и начинается процесс плавления. Он продолжается до тех пор, пока металл полностью не расплавится. После этого продолжается дальнейшее повышение температуры. Таким образом, происходит плавление всех, без исключения, металлов.

Во время охлаждения наблюдается обратное явление. Температура начинает снижаться до тех пор, пока металл не начнет твердеть. Она будет держаться на одном уровне до окончательного отвердения, а потом вновь начнет понижаться. Все происходящие процессы можно отобразить графически, в виде фазовой диаграммы. Она точно показывает состояние вещества при воздействии на него определенной температуры.

Если же расплавленный металл будет нагреваться и далее, то при достижении определенного предела он начнет кипеть. Однако в отличие от жидкости, жидкий металл начинает выделять не пузырьки газа, а углерод, который образуется во время окислительных процессов.

Свойства меди

Человек использовал медь для своих целей с древних времен. Плавление меди при сравнительно низких температурах, позволило проводить с этим металлом самые разные операции. Таким образом, была получена бронза, представляющая собой сплав меди с оловом. По своей прочности она значительно превосходила чистую медь, что позволило изготавливать более качественное оружие и инструменты.

В настоящее время медь также не используется в чистом виде. В составе меди, в большом количестве присутствуют разные компоненты. Их содержание достигает 1%. В качестве основных добавок используется никель, железо, мышьяк и сурьма. Тем не менее, несмотря на добавки, с технической стороны медь считается чистым металлом с высокими показателями теплопроводности и электропроводности. Поэтому она является идеальным материалом для кабельно-проводниковой продукции.

Сплав меди с другими металлами

Относительно невысокая температура плавления меди составляет 1084°С. Это позволяет получать на ее основе металлические сплавы, обладающие совершенно другими свойствами.

Среди них хорошо известна латунь, представляющая собой сплав меди и цинка, в процентном соотношении приблизительно 1:1. Полученное вещество, имеет более низкую температуру плавления, составляющую от 800 до 950 градусов. Конкретное значение этого показателя зависит от соотношения металлов, содержащихся в сплаве: с уменьшением количества цинка плавление латуни происходит при более низкой температуре. Данный материал используется в литейном производстве, а также в качестве листовых и прокатных изделий. Кроме цинка, в различные марки латуни добавляются другие компоненты, влияющие на процесс плавления.

Другим известным сплавом является бронза, в которой присутствует медь и олово. В некоторых случаях, вместо олова могут использоваться железные, алюминиевые или марганцевые добавки. Сплав с оловом плавится при диапазоне от 900 до 950 градусов. Для бронзы без олова этот показатель составляет от 950 до 1080 градусов. Этот материал применяется для производства различных трущихся деталей, а также при изготовлении декоративных украшений.

Предметы из меди, а также различные изделия, в состав которых она входит, получили широкое распространение в бытовых условиях. Поэтому многие задаются вполне стандартным вопросом: «Как расплавить медь самостоятельно?»

Имея представление о такой технологии, люди научились изготавливать разные предметы из чистого металла, а также получаемых из него сплавов – бронзы и латуни.

Плавление – это процесс, характеризующий постепенный переход металла из стандартного твердого состояния в жидкую консистенцию. Каждому металлическому соединению или металлу в чистом виде свойственная своя температура, под воздействием которой он начинает плавиться.

Немаловажным фактором в данном случае является то, какие примеси входят в состав расплавляемого соединения.

Так, медь начинает плавиться при температуре 1083 градусов по Цельсию. Если к ней добавить олово, то температура плавления снизится и составит примерно 930-1140 градусов по Цельсию.

В данном случае такое колебание обусловлено количеством олова, входящего в сплав. Соединение из меди и цинка плавится при еще более низкой температуре – 900-1050 градусов. Нагревание любых металлов связано с постепенным разрушением решетки, образованной из множества кристаллов.

С нагреванием температура плавления поднимается до максимально необходимой отметки, затем ее рост останавливается и сохраняется на достигнутом уровне до того момента, пока не расплавится весь металл, после чего начинает снижаться.

Остывание – обратный процесс изменения температуры. По мере охлаждения она падает и «замирает» на определенном уровне до тех пор, пока металл полностью не затвердеет.

Медь, разогретая до максимально возможной отметки, закипает при температуре, достигшей отметки в 2560 градусов. По внешнему виду ее кипение схоже с кипением любых жидких веществ, на поверхности которых по мере нагревания появляются пузырьки, и выделяется газ. Так, из меди в процессе кипения выходит углерод, образовавшийся в результате окисления и ее тесного контакта с воздухом.

Технология плавления меди получила широкое применение с древних времен, когда люди с помощью костра расплавляли металл для изготовления стрел, наконечников и другого оружия, и предметов быта.

Плавка меди в домашних условиях также возможна. Для этого понадобятся:

• Тигель, где будет плавиться медь, и щипцы, необходимые для того, чтобы извлечь тигель из печи или снять его с огня.
• Древесный уголь.
• Муфельная печь (лучше, если в ней будет регулироваться температура нагрева).
• Горн.
• Обычный пылесос.
• Форма, в которую выливается расплавленная жидкость.
• Крюк, изготовленный из стальной проволоки.
• Газовая горелка, если нет муфельной печи.

Алгоритм плавления включает несколько поэтапных шагов:

1. Металл измельчить и пересыпать в тигель . Причем чем более мелкие фрагменты будут, тем скорее он достигнет расплавленного состояния. Тигель поставить в печь, раскаленную до максимально высокой температуры, необходимой для начала процесса плавления (здесь кстати придется регулятор температур). Во многих муфельных печах на двери вырезано окошко. Через него можно безопасно осуществлять наблюдение за процессом.
2. По достижении медью жидкого окончательно расплавленного состояния, тигель с помощью щипцов нужно постараться как можно аккуратнее и скорее вынуть из печи . На поверхности жидкого вещества будет образована пленка, ее подвинуть к краю тигля, используя крюк из проволоки. Очищенный от пленки металл максимально быстро перелить в заранее подготовленную форму.
3. Если муфельная печь отсутствует, осуществить плавку меди можно с применением обычной газовой горелки . Но тогда медь будет находиться в тесном контакте с воздухом, а сам процесс окисления пройдет значительно быстрее. Поэтому для предотвращения образования толстой пленки на поверхности металла, медь, когда она достигнет жидкого состояния, присыпают растолченным древесным углем.
4. Расплавить медь и ее сплавы можно также с помощью горна . Для этого древесный уголь нужно хорошо раскалить и поместить на него тигель с металлом (предварительно измельчить медь). Для ускорения нагревательного процесса на уголь направить пылесос, включенный на режиме выдувания. Особое внимание стоит уделить наконечнику трубы. Она должна быть металлической, поскольку пластик расплавится под воздействием высокой температуры.

У чистой меди, в состав которой не входят другие соединения, достаточно плохая текучесть. Поэтому делать из нее сложное литье или мелкие детали не рекомендуется.

Тогда стоит использовать сплавы. Например, латунь, оттенок которой светлее остальных. Это говорит о том, что для ее плавления нужны менее высокие температуры.

Вам понадобится

• Тигель
• Щипцы для тигля
• Муфельная печь
• Древесный уголь
• Бытовой пылесос
• Крюк из стальной проволоки
• Форма

Инструкция

При достижении нужной температуры и расплавлении металла откройте дверцу, захватите тигель щипцами. Окисную пленку сдвиньте в сторону с помощью крюка из проволоки. Вылейте расплав в подготовленную заранее форму. Если муфельная печь достаточной мощности, с ее помощью можно плавить любые сплавы и красную медь.

Если нет муфельной печи, можно расплавить медь автогеном, направив пламя от днища тигля вверх. При этом плавление будет происходить при хорошем доступе воздуха. Для предохранения металла от интенсивного окисления рекомендуется присыпать его поверхность слоем толченого древесного угля.

Желтую медь (латунь) и легкоплавкие разновидности бронзы можно расплавить паяльной лампой. Принцип плавки тот же, что и при использовании автогена. Пламя должно максимально охватывать тигель.

Если нет ни автогена, ни паяльной лампы, можно воспользоваться простым горном. В этом случае установите тигель на слой древесного угля. Для повышения температуры горения угля примените принудительное вдувание в зону горения воздуха. Для этого подойдет бытовой пылесос, работающий на выдувание. Шланг пылесоса обязательно должен иметь металлический наконечник. Отверстие наконечника можно заузить для получения более тонкой струи воздуха.

Видео по теме

Обратите внимание

Муфельная печь должна позволять получать следующие температуры: для плавления меди – 1083оС, для плавления бронзы – 930-1140оС, для плавления латуни - 880-950оС.

Красная медь является вязкоплавкой. Она малопригодна для тонкой отливки. Для этих целей больше подходит латунь. Чем светлее латунь, тем более легкоплавкой она является.

Горн представляет собой открытую печь с вытяжкой, в которой сжигают древесный уголь. Для увеличения температуры в горн вдувают дополнительный воздух с помощью мехов или компрессора.

Полезный совет

Для плавления меди применяются глиняные и керамические тигли.

Вместо горна можно использовать автоген или паяльную лампу.

Источники:

• температура плавления меди

Если у вас возникла необходимость расплавить металл для каких-либо целей, вы столкнетесь с рядом проблем, которые можно решить и все равно выполнить данную процедуру собственными руками. Например, расплавить медь не так сложно, как многие другие материалы. И при желании это вполне реально сделать самому.

Инструкция

Найдите способ добиться температуры больше, чем 1083 градуса по Цельсию. Данная необходима для того, чтобы медь начала . Не верьте историям о том, как люди смогли расплавить медь на костре в консервной банке или кусочек медной проволоки на ложке, используя только зажигалку. Даже если их реальны, вывод можно сделать один - это была не медь.

Воспользоваться можно доменной печью, если имеется там, где вы живете или если у вас есть возможность воспользоваться ей. Прежде чем снимать в аренду печь, убедитесь, что она может нагреваться до нужной вам температуры и в ней есть возможность регулировки жара, так как нельзя, чтобы медь начинала вскипать. Нужно уметь балансировать между температурными перепадами.

Попробуйте соорудить печь для выплавки дома . Сделать дома печь для плавления можно из подручных материалов. Схемы, по которым делают такие печи, есть на каждом специализированном форуме. Самая распространенная конструкция создается из использованного огнетушителя. Если вы выбрали этот вариант, тогда отпилите головку огнетушителя и приделайте закрывающуюся крышку. Обработайте внутреннюю часть глиной и установите плавильный элемент, приобрести который можно в специализированных магазинах.

Помните, что форма, в которую будет произведен залив расплавленной меди, должна иметь большую температуру плавления, чем сама медь.

Не забывайте про азотную среду, которую нужно создать для успешного плавления, в противном случае вы можете попросту потратить материал.

Видео по теме

Чтобы расплавить медь, как впрочем, и любой другой металл лучше пользоваться специальным оборудованием и работать под руководством мастера. Но если обстоятельства вас заставили заняться плавкой металла дома, то сделайте специальную плавильную печь.

Инструкция

С обоих концов трубы сделайте по два отверстия (замковых), чтобы прикрепить нихромовую нить. Нихромовая нить является нагревательным элементом, прикрепить ее надо вместе с куском , который будет предохранять витки проволоки при намотке.

Используя формулу L=RxS вычислите длину нити, где сопротивление нагревательного элемента нагревания –R, S - сечение проволоки (нихромовой); удельное сопротивление нихрома –р и равно 1,2; искомая длина – L.

Проволоку вместе со шнуром намотайте в виде спирали и обмажьте жидким стеклом. Затем проводник удалите, спираль обмотайте асбестом.

Сделайте датчик температуры. Возьмите хромелевую и алюмелевую проволоку, скрутите их друг с другом. К одному концу скрутки присоедините провод идущий от трансформатора (латра). Регулятор трансформатора поставьте на нулевое деление.

Слева расположен датчик температур. 1). трансформатор (латр), 2).на зажиме первый контакт, 3). от латра второй контакт, 4,5). хромелевая и алюмелевая проволока, 6). чашка из вещества, который проводит ток, 7). состав (смесь) из буры и графита, 8). скрутка двух проводков (спаиваемых).

На несколько секунд подайте ток. На месте контакта должен появиться шарик расплава. Рабочую часть термопары вмонтируйте в крышку печи и подсоедините к милливольту, который рассчитан на 500 милливольт.

Шкалу заново отградуируйте, ориентиром может служить точка плавления разных металлов. Эту операцию проводите уже в готовой печи. Верхнюю крышку печи и дно сделайте из глины (шамотной). Печь можно дополнить смотровым окошком из специального стекла.

1) термоизоляция асбестовая 2). труба из глины, 3). спираль нихромовая, 4). крышка (верхняя), 5). выход нихромовой нитки (проволоки),6). термопары, 7). милливольтметр, 8) под.Если шихту будет загружать непосредственно в саму печь, а не в тигли, то внутреннюю часть печи обмажьте графитовой пастой. Пасту замешайте на жидком стекле.При работе с такой печью соблюдайте технику безопасности.

Прежде чем металл воплотится в конкретное изделие, он должен пройти длительный путь. А все начинается с невзрачного куска горной породы, обнаруженного геологами. Металлосодержащие руды состоят из рудного вещества и пустой породы. После процесса обогащения руда отправляется на переплавку.

Инструкция

Чугун получают из четырех видов железных руд – , бурого, шпатового и магнитного железняка, которые друг от друга процентным содержанием . Чугун выплавляют в огромных доменных печах с добавлением марганца.
Вначале в нее загрузите кокс, после чего слоями – агломерат и кокс. Агломерат представляет собой специально приготовленную руду, спеченную с флюсом. Плавка чугуна вдуванием в горн разогретого воздуха и кислорода, создающих необходимую для этого температуру. В частности, подавайте в кольцевую трубу, опоясывающую нижнюю часть печи, и оттуда по трубкам через специальные отверстия в горне – фурмы – в горн.

В горне происходит сгорание кокса с образованием CO2, который затем поднимается сквозь слои раскаленного кокса и, взаимодействуя с ним, образует CO– оксид углерода. Он и восстанавливает значительную часть руды, вновь превращаясь в CO2. Помните, что восстановление руды происходит в основном вверху шахты.

Для того чтобы избавится от ненужных примесей, используйте флюс, при взаимодействии с которым они превращаются в шлак. В процессе восстановления руды железо становится твердым. Опускаясь в распар – более горячую часть печи – железо смешивается с углеродом, в результате чего получается чугун.

Расплавленный чугун стекает в горн, а шлаки образуют на его поверхности пленку, предохраняющую чугун от окисления. Расплавленная масса по мере накопления сливается через специальные отверстия, которые в процессе плавки залеплены глиной. Для ускорения процесса плавки железной руды практикуйте подачу в доменную печь воздуха, обогащенного кислородом, что освобождает от необходимости ее предварительного подогрева. Доменные печи, где используется данная технология, выглядят более компактно, их производительность в полтора раза выше и им требуется на четверть меньше кокса.

Медь и медные сплавы можно приготовить во всех печах, обеспечивающих получение температур 1000-1300°С. Однако предпочтительнее использовать агрегаты, в которых перегрев до этих температур осуществляется в более короткое время. В этом отношении применяемые в современной практике печи для плавки меди и медных сплавов можно расположить в следующей последовательности: электрические индукционные (высокочастотные, низкочастотные и на промышленной частоте) печи, электродуговые с косвенной дугой (ДМ), тигельные и отражательные (пламенные) печи, отапливаемые мазутом или газом. Выбор печи обусловлен типом сплава, потребностью в металле, требованиями, предъявляемыми к отливкам, территориальными условиями производства, экономическими соображениями и др. В меднолитейных цехах поэтому можно встретить и допотопные горны, отапливаемые коксом, и современные электрические печи. Наилучшее качество металла получается при плавке в индукционных печах, но при правильном ведении плавки хороших результатов можно добиться, используя любой из перечисленных печной агрегат.

Плавка меди, бронз и латуней в различных печах в основном похожа, но имеются специфические особенности в зависимости от конструкции печей, времени плавки, возможности применения флюсов, разнообразия шихты и др. Общим является требование, чтобы время плавки металла было минимальным, металл был чистым от окислов, газов и вредных примесей, безвозвратные потери металла были небольшими; технология была проста и надежна, а затраты на материалы и обслуживание были минимальными.

Чистая медь применяется в технике в основном в виде проката (проволока, листы, прутки и др.). Фасонные литые изделия из меди трудно получить из-за низких литейных свойств ее. Слитки под прокатку получают отливкой в водоохлаждаемые изложницы или непрерывным методом.

Плавку меди, если необходимо сразу большое количество металла, производят в пламенных отражательных печах емкостью до 50 т и выше. При небольшом производстве медь можно плавить в электрических, а также в тигельных печах. Особо чистую бескислородную медь плавят в вакуумных индукционных печах или в печах с контролируемой атмосферой, исключающей контакт с кислородом.

Плавка меди заключается либо в простом расплавлении и перегреве ее до нужных температур с последующим раскислением, либо одновременно в процессе плавки производят рафинирование (очистку) ее от примесей, если применяемая шихта содержит значительное количество примесей (5-10%).

Рафинировочная плавка проводится в отражательных пламенных печах, где можно легко изменять атмосферу. Процесс окислительно-рафинировочной плавки состоит последовательно из окисления примесей, удаления образовавшихся окислов примесей и восстановления растворенной закиси меди.

Окисление происходит с начала плавки и в течение всего периода расплавления шихты, для этого в печи поддерживают сильно окислительную атмосферу. Окисляются цинк, железо и Другие примеси. Естественно, одновременно окисляется также и медь. Для более полного удаления вредных примесей ванну расплавленной меди продувают сжатым воздухом или кислородом. Окисление примесей происходит в последовательности, соответствующей упругости диссоциации их окислов, как в результате прямой реакции между кислородом и примесью, так и благодаря взаимодействию закиси меди Cu 2 O с примесями, обладающими большим, чем у меди, химическим сродством к кислороду:

Cu 2 O + Me = MeО + 2Cu .

По закону действующих масс наибольшая часть примесей окисляется через посредство Cu 2 O, кроме того, Cu 2 O хорошо растворяется в меди и обеспечивает удобные условия окисления примесей по всему объему металла. Последовательность окисления примесей, присутствующих в меди, следующая: цинк, железо, сера, олово, свинец, мышьяк, сурьма и т. д. Если имеются примеси алюминия, магния, кремния, то они окисляются в первую очередь, как обладающие более высоким сродством к кислороду.

Образующиеся окислы, имеющие основной характер, всплывают и ошлаковываются кремнеземом шлака:

ZnO + SiO 2 → (ZnO SiO 2) ,

FeO + SiO 2 → (FeO SiO 2)

Вместе с примесями в шлак переходит также и Cu 2 O в количествах, определяемых химическим равновесием между металлом и шлаком:

+ (SiO 2) → (Cu 2 O SiO 2) .

Реакция эта нежелательна: она увеличивает потери меди. Поэтому шлак подбирают таким образом, чтобы в его состав входили окислы, у которых основность выше, чем у закиси меди, и они вытесняли бы Cu 2 O из шлака в металл по реакции

(Cu 2 O SiO 2) + (Me`O) → (Me`O SiO 2) + .

Такими окислами могут быть CaO, MnO, FeO и др. На практике для этой цели находит применение основной мартеновский шлак состава: 24-40% СаО, 10-15% FeO, 10-15% Аl 2 О 3 , 8-12% MnО и 25-30% SiO 2 . Шлак наводят на поверхность меди при плавке в количестве 1,5-2% от массы шихты. Для разжижения шлака в него дополнительно добавляют плавиковый шпат CaF 2 , криолит Na 3 AlF 6 , кальцинированную соду Na 2 CO 3 и др.

Ошлакование примесей ускоряют перемешиванием металла со шлаком. Перемешивание металла облегчает также удаление из меди свинца, так как он вследствие большей плотности оседает на дне. Сера удаляется в окислительный период в виде газообразного продукта SO 2 по реакции:

Cu 2 S + 2Cu 2 O ↔ 6Cu + SO 2 .

Во время удаления серы наблюдается «кипение» металла.

Полноту окисления расплава определяют путем взятия проб на излом. Плотный, неноздреватый грубокристаллический излом коричневого цвета свидетельствует об окончании окислительного периода плавки. С поверхности жидкого металла снимают шлак и приступают к восстановлению закиси меди, которой содержится в растворе после снятия шлака до 10%. Такая медь в твердом состоянии хрупкая и без раскисления непригодна для отливки слитков. Атмосферу печи делают восстановительной, т. е.

горение факела происходит с избытком топлива и недостатком воздуха (коптящее пламя). Восстановление меди из закиси усиливается операцией, которую принято называть «дразнением» металла. Дразнение производится погружением в расплав сырых осиновых или березовых бревен. При сгорании дерева выделяются водяные пары и продукты перегонки древесины (водород и углеводороды), вследствие чего металл бурно кипит, хорошо перемешивается и более активно взаимодействует с восстановительной атмосферой печи.

Поверхность ванны на этот период покрывают древесным углем для усиления восстановительной атмосферы. Закись меди, растворенная в металле, соприкасаясь с такой атмосферой, восстанавливается: Cu 2 O + CO = 2Cu + CO 2 .

Поскольку медь в этот момент содержит большое количество кислорода, погружение сырых бревен относительно неопасно в отношении возможности насыщения металла водородом, так как его растворимость в меди при значительном количестве кислорода очень мала.

Проба на излом хорошо раскисленной меди имеет плотный, мелкозернистый излом светло-розового цвета. Металл считается готовым к разливке, когда содержание закиси меди доводится примерно до 0,4%, дальнейшее уменьшение содержания Cu 2 O не считается желательным, так как с этого момента возрастает опасность насыщения меди водородом, который при последующей кристаллизации разлитой меди способен взаимодействовать с кислородом с образованием пузырьков паров воды, снижающих плотность и свойства меди.

Плавка меди из чистой шихты состоит из расплавления, перегрева, раскисления и разливки. Для этой цели в заготовительных цехах применяют электрические индукционные печи. Плавку ведут обычно под защитным покровом прокаленного древесного угля, который предохраняет металл от окисления. После расплавления шихты в ванну вводят раскислитель - фосфористую медь в количестве 0,1-0,3% от массы шихты. Затем расплав тщательно перемешивают, контролируют по излому, выдерживают в течение 3-5 мин, а затем по достижении температуры 1150-1200°С разливают.

Для удаления кислорода применяется также литий, который является хорошим раскислителем меди. Иногда применяют комплексный раскислитель из лития и фосфора (когда надо получить особо чистый металл), а также магний.

Однако почти все раскислители, оставаясь в меди, снижают ее важнейшее свойство - электропроводность, поэтому стремятся, чтобы их количество в меди было минимальным, а наиболее качественную бескислородную медь плавят в печах со специальной защитной атмосферой в виде генераторного газа или же в вакууме, при котором не требуется раскисления.

Бескислородная медь содержит не менее 99,97% Cu - она пластичнее меди обычного состава, более коррозионноустойчива и имеет высокую электропроводность.

Несмотря на плохие литейные свойства меди, в частности низкую жидкотекучесть, из нее можно получить довольно сложные пустотелые отливки литьем в песчаные или металлические формы. Медь в этом случае должна быть очень хорошо раскислена и очищена от водорода (продувкой азотом). Для улучшения ее литейных свойств вводят до 1,0% Sn + Zn + Pb. Чем при меньших количествах этих элементов возможно получение фасонной отливки, тем выше ее свойства (электропроводность и теплопроводность). Из такой меди отливают фурмы доменных печей, задвижки, кольца и другие детали.