Ювелирные изделия, другие предметы из меди или с элементами меди получили широкое распространение во всем мире. Найти ее у себя дома, в металлоломе не составит труда. Применений для этого металла масса. Нередко, чтобы добиться поставленной цели необходимо расплавить медь, причем сделать это в домашних условиях. Процедура довольна проста, если знать ее характеристики и температуру плавления.
Характеристики
Медь относится к одному из первых металлов, который люди начали получать и использовать для дальнейшей переработки. Изделия из сплава или чистой меди применялись еще до нашей эры. Такой спрос появился в результате легкой обработке обычными методами, а также простоте плавления и литья.
Материал имеет характерный красно-желтый оттенок, а за счет мягкости, можно легко деформировать, переплавлять, обрабатывать и делать разные предметы. Поверхность при контакте с кислородом начинает образовывать оксидную пленку, что и дает красивый оттенок.
Очень значимая характеристика – электро и теплопроводность материала, которые имеют второе место среди всех видов металлов, на первом месте стоит серебро. Эти характеристики дали возможность применять ее в электрической сфере, а также для быстрого отвода тепла.
Температура плавления
Плавление – процесс, при котором металл переходит из твердой формы в жидкое состояние. Для каждого материала есть своя температура плавления, под которой можно получить жидкое состояние. Большую роль в выплавке отыгрывает наличие присутствующих примесей.
Сам металл начинает плавиться от 1083 градусов. Если в составе содержится олово, то температура сокращается, и будет колебаться от 930 до 1140 градусов. Подобная разница температуры именно за счет наличия в составе олова. Если включен цинк, то растопить сплав получится в температурном диапазоне 900-1050 градусов.
Данный металл может кипеть при относительно невысокой температуре для металлов. Она составляет 2560 градусов, во время кипения процесс будет аналогичным другим жидкостям в таком состоянии. Литьё начинает пузыриться, выделяется газ.
Чтобы знать, как плавить материал дома, нужно изучить пошаговую инструкцию и различные варианты процедуры, описанные ниже.
Пошаговая инструкция по плавлению
Чтобы переплавить медь в домашних условиях, нужно сделать температуру немного выше, чем та при которой она будет плавиться. В данном случае не получится использовать банку и костер или подобные методы. Результата не будет.
Рекомендуется использовать доменную печь, причем важно, чтобы была возможность регулировать жар. Можно сделать печь для плавки своими руками из обычных материалов. Точную схему и принцип действия можно использовать на разных форумах, посмотреть видео в пошаговыми инструкциями.
Для создания печи часто используются старые огнетушители. Если выбрать такой метод, то надо срезать верхнюю часть и сделать крышку, которая будет закрываться. Дополнительно обрабатывается внутреннее пространство глиной, монтируется нагревательный элемент.
Выплавка должна проводиться в такой емкости, которая сама не будет от высокой температуры плавиться и деформироваться, соответственно способная выдержать более 1100 градусов. Дополнительно переплавка медных изделий требует создания азотной среды, если ее не будет, то материал испортится.
Когда все готово можно переплавить материал и получить из него единый слиток, который можно применять в дальнейшем для своих нужд.
Плавление в муфельной печи
Расплавлять медь дома можно при помощи такого инвентаря:
- Тигель, в который будет закладываться металл для плавки.
- Щипцы, которые могут достать тигель из печи.
- Муфельная печь или горн для нагревания.
- Форма для выливания жидкой меди.
- Стальной крючок.
Пошаговый алгоритм отливки следующий:
- Металл для плавки надо измельчить и положить в тигель. Чем мельче будет состояние, тем быстрее получится расплавить материал. Готовый тигель ставится в прогретую до нужной температуры печь.
- Когда медь станет жидкой и полностью расплавиться, надо щипцами изъять тигель, причем нужно действовать аккуратно, но быстро. На поверхности жидкой массы будет плева, крюком ее надо сдвинуть и слить материал в приготовленную емкость.
- Не рекомендуется использовать чистый металл для создания сложных фигур или маленьких предметов, это вызвано плохой текучестью меди без примесей. В данном случае лучше использовать сплавы, в которых будет цинк, олово и другие металлы.
Самодельные приспособления
Чтобы выплавлять медь необязательно использовать специальные устройства, можно применять самодельные конструкции. Основное условие – соблюдать технику безопасности и основные правила работы с материалом.
Если муфельной печи или горна нет, то используется простая горелка на газу. Правда, сама медь будет контактировать с кислородом, за счет чего происходит быстрое окисление. Для исключения появления толстой плевы на поверхности, надо использовать измельченный уголь, когда металл примет жидкую форму.
Для получения жидкой консистенции материала надо:
- Установить на земле опору, для этого используются силикатные кирпичи, на них кладется сетка из металла с малыми ячейками.
- На сетку насыпается уголь и раскаляется, используя газовую лампу. Для получения высокой температуры можно использовать пылесос, который направляется на уголь и дает сильный воздушный поток.
- На раскаленный материал ставится тигель, нужно подождать, пока все расплавиться. После чего слить полученную жидкость в форму.
Еще можно использовать в домашних условиях пропан-кислородное пламя. Его рекомендуется использовать для сплава, где есть олово или цинк.
Если дома есть мощная микроволновая печь, то провести плавильную процедуру можно в ней. Для безопасности, а также сохранения тепла, защиты самой печи необходимо тигель обернуть в жаропрочный материал, а также использовать накрытие для него. После помещения надо поставить максимальный режим и ждать, когда металл переплавиться.
За счет невысокой температуры плавления медь можно легко использовать для изготовления различных деталей, предметов прямо у себя дома. Применяя описанные методы можно добиться качественного результата с минимальными вложениями. Как только температура будет снижаться, материал начнет принимать твердое состояние и после этого остывает окончательно. Для создания мелких или сложных деталей, надо применять сплавы.
В ходе выполнения работы рекомендуется не доводить материал до кипения, поскольку он теряет свои свойства, становится после остывания не таким твердым, портится визуально. В результате кипения выделяется газ, а после остывания изделия будут иметь пористую поверхность.
Определите необходимый размер вашей печи. Для литья небольших предметов весом менее 1-2 килограмм, таких как ручная печать и т.п., достаточно будет 30-сантиметровой (12 дюймов) плавильной камеры с тиглем вместимостью 1 литр.
Подберите материалы, которые выдержат температуры, создаваемые в вашей печи. В нашем примере в качестве топлива мы используем древесный уголь, поскольку он доступен и недорог. Температура его горения (теплотворность) в потоке воздуха составляет около 1250 градусов Цельсия. В то же время температура горения каменного угля в воздушном потоке превышает 1650 градусов Цельсия, так что древесный уголь более пригоден в качестве топлива для плавильной печи, собранной из легко доступных конструкционных материалов - ведь в пламени каменного угля, обдуваемого воздухом, расплавится даже сталь. Мы используем для изготовления плавильной камеры листовую оцинкованную сталь 14-го калибра.
Сделайте из вашего материала два цилиндра. На рисунке изображены цилиндры высотой около 30 сантиметров (12 дюймов), свернутые из листового материала, хотя алюминий вполне можно расплавить и в банках из-под краски или металлических ведрах для мусора. Но такие ненадежные емкости придут в негодность после нескольких плавок, поэтому лучше, приложив небольшие усилия, сделать более надежную емкость, которая выдержит запланированное вами число плавок.
- Внутренний цилиндр должен быть достаточно большим, чтобы вместить ваш плавильный тигель, оставив при этом место для топлива вокруг тигля; также он должен быть достаточно глубоким, чтобы вы смогли накрыть этот цилиндр вместе с тиглем крышкой, как будет описано ниже. Для тигля диаметром 20 сантиметров (8 дюймов) понадобится камера диаметром 36 сантиметров (14 дюймов), а если глубина тигля также составляет 20 сантиметров (8 дюймов), то высота камеры должна быть не менее 30 сантиметров (12 дюймов).
- Внешняя стенка камеры (больший цилиндр) предназначена для обеспечения дополнительной безопасности в случае расплавления внутренней стенки, а также для лучшей теплоизоляции внутренней камеры. Внешняя камера должна быть больше в диаметре на 10 см (4 дюйма), и по крайней мере на 5-10 см (несколько дюймов) выше, чем внутренняя. Согласно приведенной выше схеме, диаметр внешнего цилиндра составляет 41 см (16 дюймов), а его высота - 41-46 см (16-18 дюймов).
Прикрепите внешний цилиндр к металлическому дну. Это можно сделать путем сварки, или прикрутив шурупами. Если размер дна значительно превышает диаметр цилиндра, это сделает конструкцию более устойчивой и безопасной.
Поставьте дно внешнего цилиндра на огнеупорные кирпичи, добившись как можно большей устойчивости. Эти термостойкие кирпичи будут поддерживать вашу печь во время плавки и термоизолируют ее раскаленное дно.
Вставьте внутренний цилиндр во внешний, проследив, чтобы он поместился ровно посередине. Пространство между стенками цилиндров можно заполнить огнеупорным известковым раствором или сухим песком, что придаст конструкции бо льшую устойчивость; можно и просто зафиксировать цилиндры относительно друг друга металлическими клиньями.
Просверлите или вырежьте во внешнем и внутреннем цилиндрах отверстие диаметром около 6 см (2 1/4 дюйма) вблизи дна под наклоном внутрь и вверх, так чтобы воздух свободно поступал к тиглю, обеспечивая горящее топливо кислородом.
Отрежьте металлическую трубку диаметром 6 см и длиной полметра или более (подойдет тонкостенная металлическая трубка для проводов) - она послужит для подвода воздуха к плавильной камере; приварите ее к отверстию во внешнем цилиндре или прикрепите шурупами.
Отрежьте круг листового металла, достаточно большой, чтобы он полностью закрывал камеру сверху. Вырежьте в этом круге отверстие размером 15X15 см (6X6 дюйма), которое будет служить для свободной циркуляции воздуха и для добавления металла в тигель; вырезанный фрагмент послужит в качестве крышки. Для удобства вы можете прикрепить крышку цепью к внешней стенке печи, а также приделать к крышке ручку.
Изготовьте тигель (плавильный котел). Можно использовать подходящий по размерам металлический баллон от старого термоса, или котел из нержавеющей стали. Для того, чтобы можно было выливать расплавленный металл из тигля, прикрепите к нему стальную ручку, которая выступала бы сверху из плавильной камеры.
Подсоедините воздуходувку к металлической трубке, встроенной ранее вблизи дна корпуса. Можно использовать старый фен или маломощную машинку для сдувания листьев, прикрепив их к трубке скотчем. Если же у вас нет ни фена, ни машинки, подойдет любое приспособление, которое обеспечит необходимый воздушный поток через трубку. При этом помните, что слишком сильный поток воздуха может привести к интенсивному и быстрому сгоранию угля, а недостаточный воздушный поток подавит горение и не обеспечит вам необходимую температуру.
На сегодняшний день современное производство металлических изделий требует повышенного качества изготавливаемых материалов без существенного повышения цены продукта. Мы предлагаем Вам купить промышленные индукционные тигельные плавильные печи для плавки металла по ценам от производителя, при помощи которых можно достичь таких требований.
В отличии от пламенных и дуговых индукционные плавильные установки сохраняют точность и однородность химического состава и имеют меньшую стоимость.
Компания Проминдуктор занимается производством и продажей промышленных индукционных тигельных плавильных печей, которые подходят для плавки любых видов металла: чугуна, стали, алюминия, меди, золота, платины и их сплавов.
При покупке у нас Вы получаете ряд преимуществ:
Наше производство и лучшие инженеры находятся в Китае, оборудование всегда есть в наличии на складе, бесплатная доставка по России, возможна доставка в страны СНГ. Позвоните нам и мы дадим профессиональные консультации в подборе.
Принцип работы индукционных печей для плавки металла
По принципу работы все индукционные плавильные установки напоминают трансформатор, в котором есть первичная и вторичная обмотка. Индуктор из медной трубы выполняет роль первичной обмотки, который имеет свое собственное водяное охлаждение. Роль вторичной обмотки выполняет металл (сталь, чугун, медь, алюминий) во время нагрева, заложенный в тигель. Под действием токов высокой частоты катушка образует электромагнитное поле в тигле, под воздействием которого происходит нагрев металла до максимальных температур за короткий период времени.
Промышленные индукционные тигельные печи нашего производства имеют возможность задать необходимую мощность нагрева для плавки металла в зависимости от его типа. Эта функция является неоспоримым преимуществом данного оборудования.
Устройство индукционной плавильной печи
Условно индукционные тигельные печи можно разделить на 2 составляющие:
Плавильная установка представляет собой опорный каркас из двух сваренных стоек с гидравлическими плунжерами и узловую составляющую индуктора. Установочный механизм выполнен из прокатных листов нержавейки. Катушка индуктора изготовлена из медной трубы, через которую также происходит охлаждение посредством холодной воды. Электричество и вода подключены к катушке при помощи гибких кабелей, которые соединены последовательно. При помощи гидравлических плунжеров обеспечивается наклон установки до 95°.
Все оборудование индукционной печи для плавки металла питается от частотного преобразователя тиристорного типа, который преобразовывает трехфазный ток в однофазный. Фронтовая панель имеет датчики защиты и оборудование, контролирующее работу преобразователя.
Регулировка частоты происходит в автоматическом режиме по заданной программе. На воронке слива установлены системы оповещения и контроля охлаждения процессов, а также уровня конденсации рабочей зоны.
Промышленные индукционные тигельные плавильные печи для плавки металла от компании ПРОМИНДУКТОР изготовлены по всем мировым стандартам и с использованием самых последних технологий.
В настоящее время в промышленности очень широко используется печное оборудование. В таких важных отраслях, как черная и цветная металлургия, машиностроение, производство строительных материалов, легкая и даже пищевая промышленность, эксплуатируется большое число различных печей и нагревательных установок. Развитие и совершенствование печного оборудования происходило по мере возникновения и развития всех важных отраслей промышленности.
По технологическому назначению металлургические печи делят на плавильные и нагревательные.
Плавильные печи предназначены для получения металлов из руд и переплавки металла с целью предания ему необходимых свойств. В этих печах металлы изменяют свое агрегатное состояние.
Нагревательные печи применяют для нагрева материала материалов с целью обжига и сушки, а также для придания металлу пластических свойств перед обработкой давлением, для термической обработки, чтобы изменить внутреннее строение и структуру металла. В нагревательных печах металлы и материалы не изменяют своего агрегатного состояния.
По схеме работы печи делятся на печи-теплообменники, усвоение тепла обрабатываемым материалом в зоне технологического процесса зависит от теплопередачи из зоны теплогенерации; и печи-теплогенераторы, тепло как возникает, так и усваивается непосредственно в зоне технологического процесса.
В цветной металлургии все более широко используются печи-теплогенераторы, в которых осуществляется теплогенерация за счет выгорания серы, содержащейся в размельченных шихтовых материалах, выдуваемых в рабочее пространство печи. Протекающие при этом процессы называются автогенными.
1.1 Общие сведения
Автогенными принято называть технологические процессы, идущие за счет химической энергии сырьевых материалов. Традиционным является, например, использование этой энергии на нагрев воздушного дутья и расплавление холодных присадок при конвертировании штейнов, а также при протекании процессов обжига сульфидов в кипящем слое. Многолетние работы по расширению области применения химической энергии сульфидов в производстве меди привели в начале пятидесятых годов к созданию принципиально новых промышленных агрегатов для плавки на штейн. Эти агрегаты имеют ряд существенных преимуществ перед топливными и электрическими печами аналогичного назначения, которые заключаются в значительном (примерно в два раза) сокращении энергозатрат на переработку шихты и полной ликвидации выбросов сернистого газа в атмосферу. Вместе с тем опыт работы печей для автогенной плавки показал, что принцип их работы, а также конструктивные и режимные параметры во/многом зависят от состава перерабатываемого сырья. Чрезвычайное разнообразие применяемых в металлургии меди шихтовых материалов, состав которых может изменяться даже в условиях одного
По принципу работы различают три основных типа агрегатов для автогенной плавки на штейн:
1) печи для плавки концентратов во взвешенном состоянии в потоке предварительно нагретого воздуха или дутья, обогащенного кислородом, именуемые печами взвешенной плавки (ПВП);
2) печи для плавки концентратов во взвешенном состоянии в потоке технически чистого кислорода, которые иногда называют печами кислородно-взвешенной плавки (КВП);
3) печи для плавки шихтовых материалов в среде барботируемого газообразным окислителем шлакового расплава, более известные под названием печей для плавки в жидкой ванне (ПЖВ).
Печи для взвешенной плавки имеют различное конструктивное оформление, зависящее от характера применяемого окислителя и состава сырья. Использование предварительно нагретого воздушного дутья позволяет варьировать в широком диапазоне соотношение между интенсивностями протекающих в печи тепло-генерационных и теплообменных процессов и тем самым создает возможность перерабатывать в ней шихтовые материалы различного состава. В этом случае в печи образуется большое количество технологических газов, движущихся в рабочем пространстве агрегата g высокими скоростями. Поэтому с целью снижения пыле-выноса в печах взвешенной плавки на воздушном и обогащенном кислородом дутье обычно применяют вертикальное расположение технологического факела, заключая его в специальную реакционную камеру, С той же целью отвод газов из печи осуществляется через вертикальный газоход шахтного типа.
При использовании кислородного дутья возможности агрегата с точки зрения изменения его теплотехнических параметров в ходе плавки значительно ниже, чем при воздушном дутье. Однако сравнительно небольшое количество технологических газов, образующихся в процессе окисления сульфидов, дает возможность применить более компактную конструкцию агрегата о горизонтальным расположением технологического факела.
1.2 Принцип работы печей для плавки на штейн
В печи для плавки шихты в жидкой ванне. Технологический процесс осуществляется за счет тепловой энергии, выделяемой непосредственно в среде бар вотируемого газообразным окислителем шлак-штейнового расплава. В качестве окислителя в печи в зависимости от состава сырья используются воздух, дутье, обогащенное кислородом, или технически чистый кислород. Дутье подается в расплав через специальные фурмы, расположенные по обе стороны ванны в боковых стенках печи. Образующиеся в результате протекания технологического процесса газы всплывают на поверхность ванны, способствуя ее интенсивному перемешиванию, и удаляются через вертикальный газоход, установленный в центре печи. Перерабатываемая шихта без предварительной подготовки (тонкий помол, глубокая сушка и т. п.) подается в печь сверху через загрузочное устройство. Попав на поверхность ванны, шихта перемещается вглубь расплава, энергично перемешивается с ним и расплавляется под действием высоких температур. Жидкие продукты плавки в подфурменной зоне делятся на штейн и шлак, которые по мере накопления выводятся из агрегата через отстойники сифонного типа, расположенные с торцевых сторон печи.
1 - фурмы; 2 - устройство для загрузки шихты; 3 - вертикальный газоход; 4 - свод; 5 - устройство для выпуска штейна; 6 - устройство для выпуска шлака
Рисунок 2 – Схема печи для плавки в жидкой ванне
1.3 Тепловой и температурный режимы работы печей для плавки на штейн
По энергетическому признаку агрегаты для автогенной плавки на штейн относятся к печам смешанного типа, так как в них газообразной окислитель и компоненты шихты, участвующие в экзотермических реакциях, нагреваются непосредственно в процессе теплогенерации, тогда как остальные продукты плавки получают тепло за счет теплообмена. Тепловая работа печей такого типа во многом зависит от характера распределения тепла между продуктами плавки, т. е. от соотношения интенсивности протекающих в них процессов теплогенерации и теплообмена. Как теплогенераторы они относятся к печам с массообменньм режимом работы, в которых интенсификация массообменных процессов достигается за счет максимального увеличения реакционной поверхности сульфидов.
При анализе работы этих агрегатов в качестве печей-теплообменников необходимо учитывать, что в той части рабочего пространства печи, где происходит интенсивное окисление сульфидов кислородом дутья, преобладают процессы переноса тепла конвекцией и излучением. В ванне, где происходит завершение процессов формирования расплава и его разделение на штейн и шлак, передача тепла осуществляется в основном теплопроводностью через шлак и конвекцией за счет осаждения штейна.
Закономерность тепло- и массопереноса в печах для автогенной плавки отличаются крайним разнообразием и сложностью. К сожалению, из-за относительной новизны процесса пока отсутствуют надежные экспериментальные данные о тепловой работе рассматриваемых печей, что в значительной степени затрудняет теоретические расчеты в этой области. В реальной практике оценка режимных параметров агрегата осуществляется, как правило, на основе анализа материального и теплового балансов протекающего в нем технологического процесса.
Печи для автогенной плавки являются агрегатами непрерывного действия с относительно неизменными во времени параметрами теплового и температурного режимов работы. При составлении теплового баланса протекающего в печи технологического процесса могут быть использованы понятия тепловых эквивалентов сырьевых материалов и продуктов плавки. В этом случае уравнение теплового баланса плавки приобретает вид
(1)где А - производительность агрегата по проплавляемой шихте, т/ч;
- соответственно теплогенерационные и теплообменные составляющие тепловых эквивалентов шихтовых материалов и продуктов плавки, кДж/кг;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.
