Графитовый тигель своими руками. Тигель для муфельной печи своими руками Из чего можно сделать тигель

Тигель – сосуд для плавки металла. В тиглях плавят, как правило, передельный металл, т.е. уже доведенный до нужной степени качества для отливки в форму или аффинажа (глубокой очистки от примесей). Генеральная линия развития большой металлургии – уменьшение количества переделов, вплоть до выпуска кондиционного металла сразу из плавильной печи, но в промышленности тигельная плавка до сих пор сохраняет существенное значение, а в кустарном мастерстве и ювелирном деле доминирует.

Тигель не просто достаточно жаростойкая посудина. Его химический состав и конструкция должны соответствовать виду переплавляемого металла и режиму плавки. В этой статье описывается, как сделать тигель своими руками и каким условиям он должен удовлетворять для пользования дома или в малой мастерской. В расчете на начинающих металлургов придется сперва коснуться самого процесса плавки металла, т.к. требования к тиглю определяются в основном его условиями.

Немного о плавке

В глубоком вакууме переплавляемый металл высокой чистоты можно нагреть точно до температуры плавления или чуть выше, и выдержать при ней некоторое время, чтобы расплавились крошечные, буквально в несколько атомов, остатки кристаллитов. Затем металлу возможно дать остыть чуть ниже температуры плавления – он останется жидким, как перенасыщенный раствор без кристаллика-затравки. Если теперь металл вылить, также в вакууме, в форму из химически абсолютно инертного материала, в которую помещен затравочный кристаллик того же металла, то, соблюдая все тонкости данной технологии, получим монокристаллическую отливку, обладающую уникальными свойствами.

В любительских условиях вакуумная плавка, увы, неосуществима. Чтобы правильно самому изготовить тигель для плавки металла, нужно учесть ряд особенностей плавки в не инертной химически газовой среде. Переплавляемый металл, во-первых, взаимодействует с воздухом, отчего часть его теряется на образование окисла, что особенно важно при переплавке лома драгметаллов: при своей температуре плавления (1060 градусов Цельсия) даже золото заметно окисляется. Чтобы до некоторой степени компенсировать окисление, тигель должен создавать для расплава восстановительную среду или быть химически инертным, если металл плавится чистым открытым пламенем, см. далее.

Во-вторых, чтобы металл в тигле не застыл, пока его донесут до литейной формы, чтобы остатки исходных кристаллитов не испортили отливку, и расплав приобрел достаточную текучесть, металл в тигле перегревают. Напр., температура плавления цинка – 440 градусов, а его же литейная – 600. Алюминия, соотв., 660 и 800. Поскольку перегрев металла после расплавления требует некоторого времени, заодно происходит и дегазация расплава, это в-третьих.

Восстановление

В металлургии в качестве восстановителей используют преимущественно атомарный углерод C, моноксид углерода CO (угарный газ) и водород H. Последний чаще всего случайный гость, т.к. для данной цели слишком активен и поглощается металлами, не образуя с ними химических соединений, в больших количествах, что портит литейный материал. Напр., твердая платина при комнатной температуре способна поглотить до 800 объемов водорода. Платиновая болванка в водородной атмосфере буквально на глазах вспухает, трескается и распадается на куски. Если их вынуть их водородной камеры и нагреть, водород выделится обратно.

Примечание: сходным образом, но в меньших количествах, металлы поглощают/выделяют и другие газы, напр. азот. Именно поэтому требуется дегазация расплава, см. также ниже.

Заметную долю водородное восстановление имеет место при нагреве открытым пламенем газовой горелки, при его контакте с менее нагретой поверхностью. До порчи металла дело не доходит – поглощенный водород далее в процессе плавки выделяется и сгорает. Но, если к газопоглощению склонен и материал тигля, он во время плавки может треснуть и лопнуть, это нужно обязательно иметь в виду.

Восстановление CO заметно, если металл в тигле плавится открытым пламенем жидкостной (бензиновой, керосиновой, дизельной) горелки, по тем же причинам. Жидкое топливо сгорает много медленнее газа, и зона его догорания тянется на несколько см от сопла горелки. Восстановление угарным газом – самое, с точки зрения металла, чистое: оно не портит металл и не дает побочных продуктов при сильном избытке восстановителя. Поэтому восстановление CO широко используется в металлургии при выплавке металла из руды, но как сделать тигельную печь (см. далее), в которой компенсация окисления полностью обеспечивалась бы CO, пока никто не придумал.

Атомарный углерод восстановитель достаточно энергичный для того, чтобы компенсировать окисление. Создать с помощью C восстановительную среду в тигле также несложно: достаточно ввести свободный углерод в той или иной аллотропической модификации в состав его материала или весь тигель выполнить из жаростойкого и механически достаточно прочного аллотропа C; таковым является графит. При восстановлении C существует опасность науглероживания расплава, но графит выделяет при нагреве совсем немного атомарного углерода. Если греть металл в графитовом тигле газовым пламенем, то избыточный C тут же найдет себе более «вкусный» для него H и опасность науглероживания сведется к нулю. А для прочих способов нагрева (см. далее) можно подобрать размеры, конфигурацию тигля и присадку графита к его материалу так, что лишнего C просто не будет при любом мыслимом режиме плавки. Это очень ценное свойство графита, тоже имейте в виду.

Примечание: коэффициент температурного расширения графита ТКР отрицательный, что существенно компенсирует термическое расширение тигля, повышает его стойкость и увеличивает ресурс. Тоже ценное качество.

Выдержка

Итак, почему расплав в тигле нужно перегревать и выдерживать, понятно. Хотя литье из металла совсем другая тема, здесь все же нужно упомянуть, что время выдержки расплава следует соблюдать достаточно точно. Химически чистые металлы на практике почти не применяются, напр. золото 9999 очень быстро истирается; исключение электротехническая медь и цинк для оцинкови, они чем чище, тем лучше. Чаще всего используют т. наз. эвтектические сплавы; напр. сталь это эвтектика железа с углеродом, а дюраль – сложная эвтектика из нескольких компонент. Если дать расплаву перестояться, структура эвтектики в отливке изменится и готовое изделие выйдет порченым. Особенно критично время выдержки для бронзы и латуни: лить их нужно немедленно, как только игра расплава в тигле видимо изменится, станет спокойнее. Помните, как инженер Телегин в «Хождении по мукам» А. Н. Толстого беспокоился, как бы бронза не перестоялась?

Применительно к изготовлению самодельного тигля дегазация расплава при выдержке значима тем, что в это время он (тигель) испытывает значительные динамические нагрузки от пузырьков выделяющихся газов и/или игры самого расплава. Т.е., сделать тигель выдерживающим большое количество термических деформаций и, если требуется восстановительным, мало. Его материал должен быть и достаточно вязким, чтобы выдерживать ударные волны от лопающихся пузырьков и толчки от струй расплава. Именно этим обстоятельством объясняется низкая стойкость и надежность самодельных графитовых тиглей, (см. далее).

Из чего делать

Плавильные тигли изготавливаются (см. рис. ниже):

керамическими химически нейтральными;
керамическими графитированными;
графитовыми;
чугунными;
стальными.

Их сравнительные характеристики таковы:

Керамические нейтральные – используются для переплавки лома ювелирных изделий с сохранением пробы, т.к. при косвенном нагреве (см. ниже) свойств металла не изменяют. Самому сделать можно, но сложновато (см. далее) и стоит ли? Тигель для золота на 50 г стоит в ювелирном магазине до 100 руб. Без проблем пригодны для плавки в индукционной печи (см. далее), т.к. почти не поглощают энергию электромагнитного поля (ЭМП). Ресурс – 10-30 плавок.
Керамические графитированные – пригодны для плавки любого металла; в домашних условиях до 1,5-2 кг за раз. Для использования в индукционной печи ее мощность на то же количество металла придется повысить в 1,5-2 раза вследствие поглощения ЭМП токопроводящим графитом. Самому сделать можно, см. далее. Ресурс – до 50 и более плавок.
Графитовые – пригодны для переплавки старого, окисленного лома цветных и драгоценных металлов, т.к. создают сильную восстановительную среду. Плавка серебра открытым газовым пламенем в графитовом тигле позволяет почти полностью восстановить исходный вес окисленного металла. Самостоятельно не делаются, см. ниже. Ресурс – более 100 плавок.
Чугунные – используются в основном для переплавки красной меди в бескислородную, т.к. активно поглощают кислород. Ресурс – до 30 плавок, а потом аморфный углерод из чугуна уходит и тигель деградирует.
Стальные – самодельный дешевый вариант для плавки небольших количеств алюминиевых и магниевых сплавов и др. химически инертных в расплаве металлов. Возможно применение для переплавки небольших количеств свинца в рыболовные грузила и т.п.

Примечание: графитовые, чугунные и стальные тигли для использования в индукционных печах (см. далее) совершенно непригодны, т.к. полностью поглощают энергию ЭМП.

О графитовых тиглях

Графитовые тигли делают или точеными из массивного природного графита (дорогие), или спеченными при высокой температуре из графитового порошка (подешевле, но все равно не очень-то дешевые). Любители часто пытаются делать «графитовые» тигли из молотого графита на связующем из каолина и т.п., но это получаются не графитовые, а чрезмерно графитированные керамические тигли – хрупкие, выдерживающие не более 10 плавок и портящие металл вследствие избыточного выделения атомарного углерода мелкодисперсным графитом. Более-менее рациональный способ использования молотого графита в любительской тигельной плавке – сделать из него настольную мини тигельную печку для керамических нейтральных тиглей, см. рис.

Холодную сварку для сборки данной печи следует использовать на температуру не ниже 800 градусов – хорошо проводящие электричество щеки за время одной плавки не греются выше 400. Не намного более нагреется без тигля и графитовый порошок, но, когда тигелек в него вдавлен, он окажется в горячем пятне свыше 1000 градусов вследствие уплотнения порошка под тиглем.

Если плавится золото, то после окончания плавки и остывания печи графитовый порошок высыпают и перетряхивают, т.к. он спекается. Для плавки серебра и мельхиора порошок удаляют и перетряхивают через 3-5 плавок, так печь быстрее нагревается. В любом случае, чтобы держать восстановительную среду, печь во время плавки накрывают слюдяной крышкой.

Способы нагрева

Если требуется переплавить за раз более 150-200 г металла, то к тиглю понадобится соорудить и тигельную печь, иначе добиться однородности расплава и высокого качества отливки будет очень трудно. Исключение – легкоплавкий и легко восстанавливающийся свинец: его за один раз в домашних условиях можно переплавить до 20-30 кг. Относительное исключение – цинк для горячей оцинковки, его расплава в тигле без печи может быть до 2-2,5 кг, но поверх него обязательно нужно сыпать буру, чтобы зеркало расплава было полностью покрыто ее кипящим слоем. Стальной крепеж бросают в расплав сквозь слой буры.

Оптимальный во всех отношениях способ нагрева тигля в печи – газом, поз. 1 на рис., но газовая тигельная печь достаточно сложное сооружение, хотя и вполне может быть изготовлена самостоятельно. Наиболее подходящий тигель для газовой печи – керамический графитированный, т.к. его материал обладает довольно высокой теплопроводностью. При особо высоких требованиях к чистоте металла лучше использовать керамический нейтральный тигель. При пониженных для легкоплавких металлов – чугунный, как лучше проводящий тепло и тем самым экономящий топливо. Графитовые тигли в газовую печь ставят, только если требуется сильное восстановление старого окисленного металла, а опасность науглероживания несущественна, напр., при переплавке извлеченного из земли серебра на аффинаж

Для легкоплавких металлов часто наиболее экономичной оказывается электрическая тигельная печь, поз. 2; она может быть т. наз. омической (с нагревом нихромовой спиралью) или индукционной, с нагревом от генератора электромагнитных колебаний, см. ниже. В индукционной печи применимы только керамические нейтральные или, в ограниченных пределах, графитированные тигли.

Если тигель боле чем на 2-2,5 кг металла, то тигельную печь по правилам безопасности нужно делать опрокидывающейся (поз. 3), т.к. и 1 кг пролитого на пол расплава это уже большая беда. Металл в мелких ювелирных тиглях, наоборот, предпочтительно греть без печи, непосредственно пламенем горелки, поз. 4. В таком случае тигель все время плавки удерживают специальным пружинным захватом, поз. 5 и 6.

Примечание: серебро и его сплавы, а также свинец на грузила, в домашних условиях в количестве до 15-20 г можно плавить, используя вместо тигля… ложку из пищевой нержавейки, см. рис. справа. Для безопасности тогда надо сделать к губкам тисков прокладки с продольными пропилами под ручку ложки. Пламя – исключительно газовое; бензиновое может сжечь ложку.

Электронагрев

Омические тигельные печи используются в основном для плавки свинца или олова. Для более тугоплавких металлов они оказываются неэкономичными, но свинца в домашней тигельной электропечи за раз можно переплавить до 20 кг; как самому сделать электрический тигель для плавки свинца см. напр. видео:

Видео: электрический тигель для плавки свинца

Плавка алюминия в тигле, оказывается выгоднее индукционная вследствие его высокой электропроводности, но с медью этот фокус уже не проходит – ее температура и скрытая теплота плавления много больше. При индукционном способе плавки металл греют вихревые токи Фуко, для чего тигель с ним помещают в ЭМП катушки из толстого медного провода, питаемой переменным током от генератора электромагнитных колебаний. Как сделать своими руками генератор для индуктивного нагрева небольших количеств металла, напр., на безделушки, описано в других материалах, или, к примеру, см. след. видео руководство.

Видео: индукционный нагрев своими руками

С увеличением количества переплавляемого металла не только растет необходимая мощность генератора, но и падает оптимальная его частота, это сказывается т. наз. поверхностный эффект (скин-эффект) в металле. Если 100-200 г алюминия можно переплавить в ЭМП от любого самодельного генератора для , то установка на 1,5-2 кг дюраля или магниевого сплава представляет собой уже солидное сооружение, см. рис. справа. Если вы намерены работать с алюминием, то хорошенько подумайте – а стоит ли нечто подобное городить? Не проще ли выйдет мини газовая печь для плавки небольших количеств алюминиевых сплавов, см. напр. ролик

Видео: мини печь для плавки алюминия

Делаем тигли

Теперь пришло время сделать своими руками плавильный тигель. Из вышесказанного ясно, что своими руками имеет смысл делать тигли:

Стальной;
Керамический нейтральный;
Керамический графитированный.

О стальных тиглях особо говорить нечего – это просто посудина из стали в приваренной ручкой. Используются стальные тигли для переплавки легкоплавких металлов; иногда – цинка на горячую оцинковку с качеством до 3+. Стальные тигли для свинца, олова и цинка пригодны только для плавки одного конкретного металла, т.к. после 1-2 плавок сами покрываются им изнутри.

Керамический нейтральный

Состав смеси для формирования керамического нейтрального тигля – 7 частей шамотной глины, 1 часть мелко молотого шамота (до фракции <1,5 мм) и 10 ст. ложек жидкого стекла (силикатного канцелярского клея) на 1 л сухой смеси. Молотый шамот в небольших количествах можно получить из кусков шамотного кирпича, растолченных в фаянсовой ступке (продаються в магазинах хозяйственных, медицинского оборудования и некоторых аптеках). Не жалко денег на крутизну – можно в сувенирном купить агатовую, они более стойкие. Если же вы собираетесь лить металл регулярно и довольно много, или делать тигли на продажу, то, возможно, лучше будет сделать для размола шамота цепную или шариковую мельницу.

Мельница для шамота

Шамот тонкого помола входит в состав сырья для формовки и нейтрального, и графитированного тиглей, причем качество и долговечность тигля во многом от него зависят, а дробление шамота кустарными способами весьма трудоемко и не дает вполне доброкачественного материала. Устройство цепной мельницы для минерального сырья показано на рис. справа. Материал – сталь. Цепей – 4; их подвешивают наперекрест так, чтобы горизонтальными они провисали на прим. на 1/3 диаметра бака. Вариант вместо цепей на 1 битый шамотный кирпич – 2-3 пригоршни шариков от подшипника. Новые покупные обойдутся дороже цепей, но старые от разбитых подшипников вполне пригодны. Привод любой: ручной, электрический. И цепная, и шариковая мельницы способны размолоть шамот в пыль вроде цемента; для получения определенных фракций мельницу останавливают ранее. Зев бака, чтобы не пылило, на время помола чем-нибудь прикрывают. Кирпич для размола достаточно бросить с высоты на твердый пол и получившиеся куски загрузить в мельницу.

Подготовка формовочной массы

Смешиваем сухую глину с молотым шамотом до полной гомогенности (однородности). Идеальный вариант – прокрутить 15-20 раз в той же мельнице; если она шаровая, то шарики в бак можно не бросать. Выгружаем перемешанную массу и добавляем понемногу воды (1,5-2,5 части), перемешивая уже вручную, до консистенции: сжатая в кулаке, слипается в комок, но не прилипает к коже и не продавливается между пальцами. Добавляем жидкое стекло, также размешивая до полной однородности, это самый трудоемкий этап.

Обезвоздушивание

Всего один оставшийся в массе для керамического тигля пузырек воздуха способен привести к тому, что тигель от нагрева лопнет. Поэтому из массы нужно выбить воздух. Для этого на твердый пол стелят чистую пленку; газету, как советуют в некоторых руководствах, не надо – масса наберется бумажных волокон.

Для выбивания воздуха весь ком массы с силой бросают на пол много раз. Практически – после того, как из шлепающейся массы перестали выскакивать пузырьки, еще не менее 10 раз.

Хранение

На хранение отбитую массу кладут в стеклянную посуду с герметически закрывающейся крышкой. В пластиковой и тем более завернутая с несколько слоев пленки масса пересыхает за несколько недель, и восстановлению не подлежит, а в стекле в прохладном месте хранится более полугода.

Использование

Тигли из полученной массы просто лепят руками либо формуют в разрушаемой гипсовой форме или в разборной, как описано далее. Отформованный тигель сушат, и, что для данной массы совершенно обязательно, после сушки отжигают в муфельной печи час-два при температуре 800 градусов. Именно при такой температуре жидкое стекло расплавится и крепко свяжет остальные компоненты. Ниже – тигель разрушится при первой плавке; выше – при отжиге. Это весьма существенный недостаток данной технологии, т.к. муфельная печь оборудование не из дешевых и не из простых, хотя . Максимальная рабочая температура полученных тиглей – до 1600 градусов; ресурс, при качественном помоле шамота – до 30 плавок.

Графитированный

Технология изготовления графитированных тиглей для плавки любых металлов, в т.ч. черного лома, при любом способе нагрева, хорошо описана в статье автора А. Ramir от 2006 г, (см. dendrite-steel.narod.ru/stat-ramir-3.htm). А. Ramir, судя по всему, самоучка, но тем более ему чести – его изделия вполне соответствуют хорошим промышленным образцам. Однако, во-первых, его статья много раз переписана рерайтерами, которые явно в своей жизни отливали не металл. Во-вторых, до нее в поиске не всегда доберешься, и чертежи почему-то не скачиваются, хотя они вроде в свободной раздаче. В-третьих, к материалам А. Ramir есть что добавить, не в обиду ему. Одно из правил техники гласит: в хорошей конструкции всегда найдется, что усовершенствовать. Поэтому повторим и дополним основные моменты указанной публикации.

Чертежи тиглей из упомянутой статьи даны на рис.:

В кг указан максимальный вес переплавляемой стали; на другой металл его нужно пересчитывать. Главную трудность в данном случае представляет изготовление опоки – круглой обечайки пресс-формы. Ее внутренняя поверхность коническая, иначе готовый тигель после формовки не извлечь, поэтому А. Ramir использовал точеные опоки.

Между тем опоку для любой из этих форм можно сделать из отрезка пластиковой трубы. Его в 3-х местах, внизу, посередине и вверху, перехватывают винтовыми хомутами, и греют изнутри феном. Подтягивая хомуты, получают поверхность не вполне коническую, но с тигля опока снимется. Нужно только использовать червячные хомуты (см. рис. справа) или их самодельные аналоги. Любой другой хомут деформирует трубу поперек. Опока из нее скорее всего сойдет с тигля, но он долго не прослужит или треснет при первой же плавке.

Состав смеси, примененной автором – 7 объемных частей молотого шамота, 3 части гончарной или печной глины и 1 часть молотого графита. А. Ramir дает и рецепт с 2 частями графита, но по восстановительной способности это явный перебор, а вероятность растрескивания тигля из смеси 7:3:1 сведется к нулю, если шамот растолочь в пыль в ступке или размолоть в мельнице (см. выше).

Вымачивать шамотный кирпич, как советует А. Ramir, нужно только перед дроблением описанным им кустарным способом. Сухие компоненты смешиваются до полной однородности в указанной последовательности (шамот, глина, графит) и затворяются водой при непрерывном перемешивании до консистенции, как описано выше. Выбивать воздух из этой массы нет необходимости, т.к. она обезвоздушивается в процессе формовки. Смесь не хранится, поэтому готовить ее нужно непосредственно перед изготовлением тигля.

Для формирования внутренней поверхности тигля нужно выточить из твердого дерева болван (залит серым на поз. 1-5 рис.), ошкурить его и, весьма желательно, пройтись по нему кожей до полной гладкости поверхности. В центре поверхности болвана, формирующей дно тигля, сверлят глухое отверстие и вставляют в него зубочистку или, лучше, круглую гладкую пластиковую палочку от ушной ковырялки. Спичка, которую использовал А. Ramir, вариант не лучший – при вытаскивании часто ломается, а изделие от этого идет в брак.

Примечание: использование любых смазок при формировании тигля недопустимо – они впитаются в его материал, и тигель от нагрева лопнет.

Форма наполняется смесью слоями по 15 мм, и каждый слой трамбуется деревянной трамбовкой. Это самый ответственный этап: пузыри и неравномерное уплотнение смеси недопустимы. Когда до верха опоки останется ок. 12 мм, смесь уплотняют уже точеной крышкой с отверстием под стерженек с центре, поз. 2. Смесь добавляют слоями по 1-2 мм, пока зазор между очень сильно прижатой крышкой и верхним краем опоки не достигнет 1-1,5 мм, поз. 3. Если зазор получился больше, часть смеси можно отобрать. Далее крышку снимают и стерженек из болвана осторожно вытаскивают пассатижами, крышку ставят обратно и форму переворачивают. К днищу болвана саморезами прикрепляют рукоять и, осторожно поворачивая его туда-сюда, вытаскивают из отливки.

Примечание: если стерженек в дно болвана не вставлять, его невозможно будет снять, не разрушив отливки – вакуум под болваном не даст.

Формирование тигля с плоским дном (который на 1,2 кг) имеет особенности – его болван просто так не вытащишь. Поэтому, когда трамбуемая масса поднимется до плоского верха болвана, на него укладывают кружок из туалетной или фильтровальной бумаги.

Теперь той же массой заделывают отверстие от стерженька и мелкие дефекты внутренней поверхности тигля. Она должна быть совершенно гладкой, иначе вероятность разрушения тигля при плавке довольно велика, так что после исправления дефектов ее нужно загладить. Лучший способ для этого – выстлать ее туалетной бумагой (поз. 4), вставить болван (поз. 5), и несколько раз провернуть.

Осталось снять опоку. Для этого ее вместе с тиглем переворачивают опять в рабочее (для тигля) положение, подставляют круглую деревянную чурку и осторожно стягивают опоку, поз. 5 и 6. Если опока пластиковая, то ее выступающий верхний край в нескольких местах немного отгибают наружу пальцами; скорее всего, опока после этого сойдет как по маслу.

И, наконец, готовую отливку сушат. Оборудование – кухонная плита с духовкой. Отливку ставят вверх дном на противень и помещают в духовку. Полчаса греют на самом малом газу, потом еще полчаса на среднем (температура по встроенному термометру – ок. 150 градусов) и еще 2 часа на полном. После этого огонь выключают и оставляют отливку в духовке остывать до завтрашнего утра. Открывать духовку во все время сушки нельзя!

Перед использованием тигель нужно проверить на скрытые трещины. Для этого его, держа кончиками пальцев за дно, по кругу сверху вниз простукивают ногтями. Каждый стук должен отзываться звоном. Если где-то не зазвенело – брак, плавить с таком нельзя. Отжиг для изготовленного по данной технологии тигля не требуется. Везде звенит – можно в нем сразу плавить.

А зачем?

У читателя, интересующегося домашней металлургией «для общего развития», может возникнуть вопрос: а к чему все эти хлопоты? Не все же бродят с металлоискателем в лесу после дождя, не все увлечены выплавкой булата дома, и далеко не у всех есть на примете центнеры старой электроники, из которых можно извлечь десятки граммов золота, платины, палладия.

Многие умельцы делают тигли для плавки металлов своими руками, отработали свои технологии, и качество таких изделий бывает довольно неплохое. Если для Вас изготовление тигля своими руками - дело новое, то этот обзор поможет определиться по какому пути дальше двигаться: делать тигель самому или купить его у непосредственного производителя без посредников.

Начнем с того, что материалом для изготовления тигля своими руками могут служить куски труб из нержавеющей стали, чугуна, глина, шамотная крошка, древесный уголь, графит и др. Казалось бы, дешевые материалы, себестоимость самодельного тигля тоже должна быть невелика. Однако на практике, при изготовлении качественного и дешевого тигля в домашних условиях умельцы сталкиваются с целым рядом проблем. В данном обзоре мы не будем останавливаться на графитовых тиглях и их проблемах выгорания при плавке металлов. Здесь мы подробнее остановимся на проблемах изготовления керамических тиглей своими руками. Опишу наиболее распространенные из них:

Основная проблема - неоднородный состав глиняных масс. Разные месторождения глин характеризуются разным составом, при этом для получения качественных керамических изделий требуются глины определенного качественного и количественного состава.
Глины, используемые для изготовления керамических тиглей, дают усадку, разные глины - разная усадка. Если Вы готовите тигли крупными партиями и закупаете глину одного типа в большом количестве, то это не проблема. Усадка глины заранее высчитывается, и готовое изделие получается заданной формы и разбег габаритных размеров крайне мал. Но если керамические тигли изготавливаются от случая к случаю, используются разные партии глины, то выдержать нужные размеры оказывается проблематично, повышается процент брака.
Самодельные керамические тигли выдерживают небольшое количество плавок, при использовании тетрабората натрия (буры) самодельные керамические тигли довольно быстро покрываются микротрещинами и становятся непригодными для дальнейшей плавки металла.
Самодельные тигли зачастую недостаточно просушены, из-за чего, при плавлении металла в теле тигля появляются дополнительные напряжения и тигель лопается.
Самодельные керамические тигли получаются толстостенные и требуют большего времени на нагрев, увеличиваются энергозатраты при плавлении металла.

Оптимальным вариантом для плавки большинства металлов является керамический тигель, но не всякий керамический тигель подойдет для плавления металла. Рассмотрим этот вопрос подробнее. Начнем с того, что керамические тигли, которые наиболее часто встречаются на российском рынке, делятся на фарфоровые, корундовые и тигли из кварцевой керамики. не подходят для плавки многих металлов из-за своей относительно небольшой огнестойкости. огнестойки и прочны, но при плавлении металла есть одно очень важное ограничение: корундовый тигель нельзя резко нагревать и охлаждать, скорость охлаждения корундового тигля 2-3 ° С/минуту. Для плавления металла в режиме смены температур подойдет

Тигель из кварцевой керамики инертен по отношению к металлам, огнеупорен, химически стоек, выдерживает резкие перепады температур. Для неискушенного человека для изготовления качественного тигля из спеченной кварцевой керамики потребуются неоправданно большие затраты времени, материала и энергии на экспериментальную работу. Таким образом, для новичка гораздо выгоднее не делать тигель для плавки металлов своими руками, а купить его непосредственно у производителя тиглей. Цены на тигли из кварцевой керамики можно посмотреть .

Практически каждый предмет имеет несколько видов и назначений. Эта истина относится и к печам.

Есть печи для обогрева помещений, для приготовления еды, а есть специальные устройства для плавления металлов или для их хранения уже в расплавленном виде.

Такие устройства называют тигельными плавильными печами. Они имеют специфическое предназначение и поэтому список предприятий, где они нашли свое применение, совсем невелик. В основном это заводы и лаборатории. Но что же делать, если нужно для каких-либо целей дома переплавить металл? Покупать такое оборудование очень дорого, но его вполне реально изготовить своими руками. Для этого необходимы минимальные знания в этой области, желание и время.
Тигельная печь – это емкость, выполненная из огнеупорного материала в которой, нагревая до определенной температуры, плавят металл. Основные материалы, из которых изготавливаются тигли:
- керамика;
- графит;
- чугун.
Используются тигельные печи как на заводах, где изготавливаются больше металлические изделия, так и на малых предприятиях, например, для изготовления ювелирных изделий.
Керамические печи – это оптимальный вариант. При плавке металлов в керамическом тигле в самом веществе не происходят никакие изменения. Поэтому в таких тиглях без проблем можно плавить даже неблагородные металлы или сплавы из кобальта, хрома или палладия.
Графитовые тигли. Такие печи отличаются долгим сроком эксплуатации и высокой сопротивляемостью перед окислением, что делает их универсальными для плавления любых металлов и особенно сплавов на основе цинка и латуни. Кроме того их часто используют в индукционных печах. Графитовые тигли могут выдержать очень высокие температуры, например, восемьсот градусов для плавления алюминия.
Чугунные тигли, пожалуй, худшие из трех перечисленных. У них высокая реактивность, быстрое окисление и взаимодействие с другими металлами, а также чугун плохо сопротивляется высокой температуре. По этим причинам чугунные тигли очень редко встречаются, но они недорогие и вполне доступные.
В этой статье будут рассмотрены способы изготовления трех видов самодельных тиглей.

Тигельные печи. Сборка индуктора
Нагревательным элементом тигельной плечи в домашних условиях обычно является индуктор. Он имеет цилиндрическую форму с полостью внутри. В эту полость и помещается самодельный тигель с металлической стружкой. Индуктор изготавливается из огнеупорного материала, внутри него обмотка из проволоки, чаще всего используется медная проволока. При помощи специального генератора в эту обмотку подается ток, который и создает электромагнитное поле. Что, в свою очередь, создает вихревой ток в тигле и в помещённом в него металле. Они и плавят стружку. Сам индуктор собирается из 4 электронных ламп с параллельным соединением. Такой индуктор можно подключить к обычной розетке.
Есть еще один вариант сборки индуктора своими руками из электромагнитного сердечника и двух слоев обмотки. Первый слой – 10 витков медной проволоки с толщиной 4 мм, а второй – один виток, материалом для которого служит металлическая пластина с сечением 15*5 миллиметров. Электромагнитный сердечник имеет П-образную форму и представляет собой набор стальных пластин. Вокруг пластин делается первая обмотка, которая помещается в изолированный корпус, вторичная обмотка соединяет сердечник и металлические бруски, между которыми должно быть расстояние равное размерам тигля. Вся эта конструкция помещается в корпус печи.
Итак, получается печь, в которой расположен индуктор. От индуктора идут провода к розетке. В эту печь помещается тигель таким образом, чтобы замкнуть собой бруски. Если он помещен правильно, то раздаться гудение, сообщающее о том, что появилось напряжение и плавление началось. Если звука нет, то при помощи ручки нужно подвинуть тигель до полного замыкания цепи.

Сборка чугунного тигля
Берется металлический кожух и в него помещается стакан, сделанный из чугуна. Между ними засыпается смесь из песка и глины. Сбоку к нему крепится ручка. После одного-двух нагреваний смесь расплавится и закаменеет. Тигель готов. В него засыпают стружку и помещают в индуктор.

Изготовление тигля из глины
Можно изготовить тигель из шамотной глины. Это недорогой вариант и к тому же обладающий высокой стойкостью к большим температурам. Такую глину используют при кладке печей и ее можно купить в любом строительном магазине. Шамотная глина способна выдержать температуру до 1600 градусов по Цельсию.
Итак, понадобится шамотная глина (продается в мешках в строительных магазинах), жидкое стекло (продается там же) и молотый шамот. Его можно купить или изготовить из шамотного кирпича.
Для того чтобы сделать смесь, из которой в будущем будет вылеплен тигель, берется 7 частей глины, 3 части шамота и на литр сухой смеси 10 ложек жидкого стекла. Смешивается шамот и глина до однородного состояния. После этого потихоньку доливается вода. Чтобы не испортить заготовку можно часть смеси отсыпать, а в случае большого количества воды - добавить сухого порошка. Месить нужно до момента, когда глина перестанет липнуть к рукам.
Только после того, как будет замешана глина нужной консистенции, можно добавлять стекло. При добавлении стекла нужно тщательно все вымешивать до состояния, когда глина перестанет трескаться. Лучше всего в ком глины добавить стекло и раскатать в рулон, потом несколько раз сложить и повторять процедуру до тех пор, пока не перестанет трескаться. Материал для тигля готов. До того момента когда он будет использован, хранить нужно в нескольких слоях целлофана.
Глина есть, теперь чтобы изготовить тигель нужно взять форму, самый простой способ – это использование гипсовой формы. Как сделать такую форму можно найти на любом сайте по лепке из гипса. Итак, непосредственно изготовление тигля.Перед началом лепки нужно отбить весь воздух из глины, для этого на пол можно постелить газету и несколько раз с силой бросить ком на него, раз десять будет достаточно. Теперь берется ком глины и тщательно вминается в дно формы, после этого небольшими комочками формируются стены изделия. Их толщину можно контролировать по краю формы. Очень важно тщательно приминать глину к форме, чтобы там не образовалось воздушных подушек. После того как тигель вылеплен, нужно сделать ровной внутреннюю поверхность. Для этого достаточно смочить глину водой.
После этого наступает момент сушки. Форма с глиной помещается картонную коробку и накрывается крышкой. Часов через семь вся вода из глины испарится и форма будущего тигля немного «сядет», так что достать ее из формы не особо сложно. После этого тигель продолжает сушиться в той же коробке, по мере сушки все дефекты сами собой устранятся и горшочек приобретет серый окрас. Иногда могут появиться небольшие трещинки. Их можно замазать мокрой глиной. Далее горшки обжигаются при температуре 800 градусов в муфельной печи. После обжига тигель готов к использованию.

Графитовый тигель
Графит - это материал, у которого есть множество уникальных свойств. Положительные качества графита:
- устойчивость к воздействию расплавленными металлами;
- увеличение прочности с повышением температуры;
- высокие термостойкость и теплопроводность;
- небольшой удельный вес.
Для изготовления тигля из этого материала понадобятся:
- графитовый порошок;
- цельный графит;
- фетр;
- графитовая трубка;
- шамотный мертель;
- магнезит.
Некоторые из этих материалов можно использовать как самостоятельные единицы. Например, графитовая трубка по сути уже является тиглем, достаточно лишь сделать в ней дно.
Принцип изготовления из всех материалов одинаков. Рассмотрим на примере мертеля. Делается две формы. Можно скрутить из плотной бумаги, чтобы проще потом было удалить. Внешняя форма имеет конфигурацию полого цилиндра, а внутренняя просто цилиндр. Вставляется малый цилиндр в более широкий. Между ними будет заливаться смесь. Форма ставится в пластиковый стаканчик и в нее засыпается порошок мертеля. Засыпать нужно с горкой, так как он сядет, когда нужно будет утрамбовывать. В этот порошок при помощи шприца заливается 15 кубиков жидкого стекла. Все перемешивается и получается консистенция песочного теста. Небольшими порциями набивается в форму.
В итоге получается что-то вроде перевёрнутого вверх дном стаканчика. Чтобы форма не прилипла к столу лучше всего делать всю процедуру на целлофане. Затем форма переворачивается дном вниз и извлекается внутренний цилиндр. Его тоже лучше всего проклеить изначально целлофаном или скотчем. Тогда при извлечении форма тигля не пострадает.
После того как тигель подсох его нужно поместить в индуктор и прогреть. Это нужно делать при небольших температурах, так как должна выпариться вся вода, несмотря на то, что внешне кажется, как будто ее там совсем нет. Если тигель предварительно не прогреть и сразу начать в нем плавить, то он, скорее всего, лопнет. После прогревания при постукивании по тиглю, он издаст звонкий звук. Это говорит о том, что тигель сделан хорошо.
Следуя представленным инструкциям, можно довольно просто обзавестись самодельной плавильной печью, которая прослужит ничуть не меньше, чем покупная. Главное, не торопиться, соблюдать аккуратность в работе и не нарушать технологий изготовления.

На сегодняшний день существует огромное количество разных печей. Одни печи служат для отопления ваших помещений, другие для приготовления вкусной еды, а есть и такие печи, в которых проводят плавку различных металлов, сплавов, а также хранят уже расплавившийся материал. По-другому их еще называют плавильные тигельные печи. Особой популярностью эти печи пользуются среди больших предприятий, заводов, и лабораторий. Но мы то с вами понимаем, плавкой в каких размерах, там занимаются, и это не значит, что если вам дома потребуется расплавить несколько килограмм алюминия, то вы будете вынуждены купить дорогие импортные аппараты. Вы совершенно спокойно можете сделать тигельную печь своими руками. Для этого вам необходимо три важные вещи:

Разновидности тиглей

Что же такое тигли? Тигли — это ёмкости из огнеупорного материала, в которых посредством нагрева до определенной температуры производится плавка металлов. Для изготовления тиглей принято использовать следующие материалы: чугун, керамика и графит.

Керамические тигли считают самым оптимальным вариантом для производства различных сплавов, в особенности на основе палладия, так как при использовании этих материалов не происходят каких-либо изменения в составе самого вещества. Только в керамических тиглях, вы можете уверенно расплавлять различных неблагородные металлы и сплавы на основе кобальта, хрома и молибдена.

Графитовые тигли в свою очередь имеют более высокую стойкость к окислению и более долгий срок службы. Этот вид тиглей является универсальными для плавки любых металлов, но особенно они хороши для цинковых сплавов и латуни, а также напрямую для использования в индукционных печах. Графитовые тигли безупречно справляются с плавлением и тепловой выдержкой алюминия в электропечах при температуре до 800°С.

Графитовые тигли наиболее часто используют для литья золота, и прочих драгоценных металлов.

Тиглями из чугуна в производстве пользуются не так часто, они имеют достаточно узкую специальность и имеют целый ряд недостатков: недостаточно высокая температура плавленья, высокая реактивность, способность к окислению, и взаимодействию с другими элементами, короткий срок службы. Но с другой стороны, чугун имеет один весомый плюс: он дешевый и доступный. Вот почему при монтаже нашей самодельной тигельной печи мы будем использовать именно этот материал.

Материал для тигельной печи

Теперь давайте займемся поиском материалов, да-да, именно поиском, так как все необходимое вы сможете найти на своей даче, в гараже или сарае, то, что еще вчера было мусором и захламляло ваш двор, или же какие-нибудь другие места, теперь станет элементами вашей будущей самодельной тигельной печи.

Для того, что бы произвести монтаж тигельной печи своими руками, вам понадобятся следующие материалы:

обрезок чугунной трубы (его размеры вы определяете сами) главное, что бы толщина стенок была 4-5 мм,
небольшой лист металла (для носика),
кусок арматуры,
1 гайка,
1 шуруп.

Если вы нашли или купили все необходимые материалы, можем начать монтаж тигельной печи своими руками. Обычно тигель принято делать в форме конуса или же цилиндра.

Делаем тигельную печь

Самый несложный простой способ изготовления тигля - это просто сварить его из обрезка трубы наиболее подходящего диаметра. Выбирая сам обрезок вам необходимо учесть несколько важных факторов.

Первое, ширина стенок должна быть, как минимум, пол сантиметра. Второе, ваш обрезок должен быть изготовлен из металла, который плавится при большей температуре, чем те сплавы, которые вы планируете плавить. Для этого вам идеально подойдет чугун. После этого трубу необходимо зачистить, или же все лишние просто обжечь в печи. Теперь ваша самодельная тигельная печь, ни чем не уступит любой другой.

Что бы безопасно извлекать расплавленный металл из тигля, приделайте к нему небольшой носик. Для этого немножко сточите сверху болгаркой и пройдитесь напильником. Для изготовления используйте спиленный под углом кусочек металла.

Так же к вашей самодельной тигельной печи можно приделать ручку, используйте гайку, в нее вворачиваете ручку, которая поможет более безопасно погружать и вынимать тигель из печи. Вам будет достаточно всего пару оборотов ручки, и ваш тигель будет держаться мертвой хваткой, таким образом, вы исключите случайное опрокидывание или пролив расплавленного алюминия на себе или людей, которые в этот момент могут оказаться рядом. Все названные выше меры безопасности будут очень даже кстати во время плавки цветных металлов на дому. Как вы теперь видите, установка тигельной печи своими руками довольно простое задание. Надеюсь, вы теперь больше никогда не зададитесь вопросом: как сделать тигельную печь?

Тигельная печь индукционного типа: преимущества и недостатки

Тигельная индукционная печь - это особенная установка для плавления металлов и сплавов путём высокочастотного электромагнитного воздействия на них.

Самым важным рабочим органом тигельной печи индукционного типа является индуктор - другими словами проводник, навитый без сердечника - внутрь которого помещают плавильный тигель, обычно имеющий форму цилиндра. Как правило, его изготавливают из огнеупорного материала.

Если сравнить тигельные индукционные печи с оборудованием подобного назначения других типов, то они обладают такими преимуществами:

действие на обрабатываемый материал происходит напрямую, без каких-либо промежуточных нагревательных элементов, что дает возможность избежать ненужных потерь энергии
возможность создавать в тигле атмосферы заданного типа при требуемом значении самого давления
равномерный прогрев всего объёма материала, а также высокая интенсивность циркуляции расплава
возможность полного слива расплава, что является необходимым при периодических работах, таким образом, дает лёгкость перехода от работ с одними сплавами к другим
экологический процесс плавки, за счёт отсутствия выбросов вредных продуктов сгорания в атмосферу
особенности работы установки приводят к возможности полной автоматизации всего процесса плавки;
легкость управления процессами, простота и удобство обслуживания;

К недостаткам индукционных тигельных печей относятся:

Шлак в индукционных тигельных печах разогревается напрямую от металла, из-за чего его температура будет всегда меньше.

Сравнительно с другими, низкая стойкость футеровки при очень высоких температурах расплава, а также наличие резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металла.

Но все же преимущества индукционных тигельных печей перед другими плавильными агрегатами значительно выше, благодаря чему им удалось найти себе достаточно широкое применение в самых разнообразных отраслях промышленности.

Классификация тигельных печей

В зависимости от того, где идёт процесс плавки, различают печи:

открытые (работа на воздухе)
вакуумные (работа в вакууме)
компрессорные (работа под избыточным давлением).

По организации процесса времени:

периодического действия
на половину непрерывного действия
непрерывного действия

Также различают печи в зависимости от конструкции плавильного тигля:

с керамическим тиглем
с проводящим металлическим тиглем
с проводящим графитовым тиглем
с водоохлаждаемым металлическим тиглем.

Кому подойдет тигельная печь?

Тигельная печь является удобной в тех случаях, когда требуется переплавить небольшие объемы материала, где не целесообразно и экономично невыгодно покупать мощную плавильную установку с серьезным потреблением электроэнергии, и которая в итоге займет значительную часть вашего рабочего пространства. Именно, в таком случае, большинство предприятий начинают искать более выгодную альтернативу. И находят ее в тигельных печах, которые способны полностью удовлетворить запросы потребителей в плане температуры нагрева, небольшого потребления энергии, экономии рабочего пространства, а современная удобная конструкция и простота в использовании способны обеспечить наиболее оптимальные условия труда.

Приступим:

И так, для изготовления тигля, понадобится: кусок пластиковой водопроводной трубы насколько я помню диаметр примерно 105 мм.(наружная часть формы), два деревянных диска (дно формы е её крышка) сделанные точно под размер внутреннего диаметра пластиковой трубы (можно взять фанеру но толщину рекомендую не менее 20 мм), внутренняя часть формы она делается на конус а низ полностью закругляется (по диаметру её надо сделать не идеально круглой, а слегка овальной, всего на 1-2 мм, позже объясню почему), три хомута соответствующие наружному диаметру пластиковой трубы, три самореза средней длины (в зависимости от толщены деревянного круга (будущей крышки формы), два длинных самореза (они будут нужны для того, чтобы вытащить внутреннюю форму).

Ещё потребуется шамотная глина, шамотная крошка, приготовленная из шамотного кирпича (на один тигель с крышкой у меня уходит примерно половика кирпича

Трубу необходимо распилить по всей длине (это облегчит изымание готового тигля)

Со стороны будущего дна формы делаем пропилы как на рисунке всего примерно 6-10 на глубину примерно 20-25 мм. (они помогут жестко закрепить дно формы

Устанавливаем дно, и закрепляем его хомутом.

Устанавливаем средний хомут, но зажимаем его не полностью, только так, чтобы в дальнейшем стенки формы не расползались, оставляем щель примерно в 1 мм.

Теперь надо вырезать 4 бумажных круга под внутренний размер формы они не дадут прилипать смеси к дну формы и к её крышке)

Кладем один из кругов на дно формы.

Теперь займемся смесью её надо перемешивать очень тщательно. Я использую состав состоящий примерно на 60% из шамотной крошки, на 30% из шамотной глины и на 10% из древесного угля. Перемешиваю его сначала в сухом виде потом уже с водой, воды надо не много, чтобы состав только держал форму как на рисунке.

Далее в целях сбережения нервной системы при последующих попытках вытащить тигель из наружной формы, рекомендую проложить межу стенками формы и смесью лист бумаги. (Первый опыт по вытаскиванию готового тигля из наружной формы занял у меня часа 2-3 и кончился естественно ничем, так что на счет листа бумаги настоятельно рекомендую)

Прежде чем формировать дно тигля необходимо замерить расстояние от дна формы до её верхних краев. По мере трамбовки смеси эти замеры надо будет повторять пока не будет достигнута требуемая толщина дна. (Забегая вперед скажу, что пробовал схему и наоборот, когда дно тигля трамбуется в последнюю очередь, а сначала делаются края. В принципе это роли не играет, и в том и в другом случае результат зависит от того, насколько хорошо вы утрамбовали смесь, и нету ли в ней пустот)

После того, как дно готово, устанавливаем по центру внутреннюю часть формы, и начинаем трамбовать будущие стенки тигля.

Трамбовать надо очень тщательно, это залог, того, что весь предыдущий и будущий труд не будет напрасным. Смесь лучше докладывать маленькими порциями.

Трамбуем дальше.

Утрамбовали. Дальше кладем сверху ещё один вырезанный бумажный круг.

Закрываем верхней крышкой формы. В ней как и во внутренней части должно быть три отверстия, через них саморезы соединят крышку формы с ей внутренней, центральной частью.

Заворачиваем саморезы, Почему именно три самореза? Тот, что в середине - центрует крышку, два боковых – основные на них ляжет вся нагрузка.

Теперь ещё два больших самореза.

Далее самое сложное, закрепив горизонтально форму и вставив между большими саморезами любой длинный предмет (как показано на рисунке) начинаем постепенно вращать внутреннюю часть формы (для этого её и необходимо было сделать овальной формы) Таким образом расширяется внутренняя часть тигля, что потом позволит без проблем вытащить внутреннюю форму.

Когда она начнет свободно вращаться, её можно вытащить. Обычно внутренние стенки тигля после этого достаточно гладкие.

Снимаем все хомуты.

Вытаскиваем тигель из формы, обычно проблем с этим не бывает.

Внутренняя поверхность с ещё не зашпаклеванными изъянами на стыке дна и стенок.

Что касается крышки тигля, то тут всё просто, в той же форме закрепляем хомутом дно, опять кладем круг из бумаги, трамбуем смесь и закрываем крышкой, предварительно, положив ещё один бумажный лист сверху. Дальше прессуем либо струбциной, либо молотком. Получается такой вот блин, а когда он высохнет, то по центру сверлим дрелью отверстие примерно 6-8 мм.

Получается вот такой тигель.

Загрузив содержимое, замазываем тигель снаружи шамотной глиной.

Ну и собственно всё, осталось только поставить тигель в печь.

Теперь что касается самых распространенных вопросов:
Что можно плавить в этом тигле?
Я делал этот тигель для плавки булата, температура плавки железа 1535 градусов, чистое железо я не плавил, обычно гвозди и электроды тоесть примерно 1400-1500 градусов он держит. Насколько долго не скажу,но полчаса, час - точно. Естественно все металлы и сплавы с более низкой температурой плавления в тигле плавить можно.
Пробуйте.
Если что-то пойдет не так поэкспериментируйте с составом смеси.
Больше 1500 греть не пробовал, не позволяет печь.

Можно ли плавить медь, латунь, бронзу и т.д.?
Ответил в предыдущем вопросе.

Чем можно греть тигель? В каких печах?
У меня самодельная печь на каменном угле, провел не одну плавку, проблем с тигелем пока не было ни разу. Опять же повторюсь трамбуйте смесь как следует, от этого многое зависит.
Горелку на пропане, печь на мазуте тоже использовать можно (но сам не пробовал) , многое будет зависеть от толщены стенок тигля, чем толще - тем надежней, но и сложнее прогреть содержимое, больше затраты энергии. Только не забудьте нагревать надо постепенно, если нагреть тигель только с одной стороны то треснет любой даже графитовый.

P.S. Ну и техника безопасности, разумеется, таки не чашка с чаем…