Газовые печи для плавления алюминия: критерии выбора

Базовые типы отражательных печей

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

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

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

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

Рисунок 3 – Газовая шахтная плавильная печь [4]

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

Начало работ по сборке

Сборка самодельной печи для плавки алюминия начинается со следующего:

• Необходимо взять заготовленные 7 кирпичей, которые будут играть роль аккумулятора температуры.
• При помощи болгарки с каждой стороны кирпича сооружается по отсеку. Результатом должно стать пространство, которое будет использоваться для нагревателя электрического типа. Чтобы повысить прочность конструкции, можно взять проволоку и обмотать всю конструкцию ею.
• В качестве огнеупорной камеры можно использовать металлическое ведро, которое было подготовлено. Если подходящего нет, то сделать камеру можно своими силами.

Дополнительные функции газовых печей

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

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

Отражательные плавильные печи с сухим подом

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

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

Печи с сухим подом обычно применяют, когда:

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

Преимущества печей с сухим подом:

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

Недостатки печей с сухим подом:

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

Горн для плавки алюминия своими руками

Алюминий используется при производстве деталей в кузнечном деле. Особенностью подобного сплава можно назвать то, что имеет небольшой вес, высокую степень пластичности, хорошую проводимость тепла и электроэнергии.
При всех подобных качествах рассматриваемый сплав можно назвать легкоплавким материалом, что значительно повышает его популярность. Для проведения работ по созданию деталей из алюминия путем доведения сплава до пластичного состояния используют горн.

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

Самодельный горн для плавки алюминия

Предназначение и классификация

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

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

Горн закрытого типаГорн открытого типа

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

Общий принцип работы

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

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

Пример устройства печи для плавки алюминия

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

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

1. Корпус создаем из шамотного кирпича. Подобный кирпич может переносить воздействие большой температуры на протяжении длительного времени. При выборе кирпича следует обращать внимание на то, что он не должен иметь повреждений, дефектов. Это связано с тем, что трещины приведут к потере тепла.
2. Полки колосников решетки создаем из обрезков стальных труб. Стальные трубы должны быть небольшого диаметра. Использовать варианты из плавкого материала нельзя.
3. Колосники изготавливает из стальных полосок, толщина которые 4-6 миллиметров.
4. Колосник закручиваем на угол винтом.
5. Топливом может служить уголь или кокс.
6. Розжиг, как правило, проводится при помощи паяльной лампы. Также можно использовать и газовую горелку.
7. Окно под сопло необходимо создать при использовании паяльной лампы. Это связано с тем, что горн излучает много тепла, которое может привести к взрыву резервуара лампы.

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

При рассмотрении вопроса того, как сделать горн для плавки алюминия, отметим возможность создания и переносных вариантов исполнения.

Примером можно назвать переносной вариант исполнения из гусятницы, которые с дополнительными элементами устанавливаются на общее основание. Футеровка представлена шамотным мергелем с шамотным песком.

Другим элементом конструкции можно назвать систему подачи воздуха в гусятницу, для чего можно использовать, к примеру, ручную сирену. Работать он может на коксе или древесном угле.

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

Плавильный тигель из огнетушителя

Почему бы не превратить этот старый огнетушитель в плавильный тигель? Можно понять, что он сделан из стали, потому что, если поднести магнит, он притягивается. С алюминием такого не происходит.

Сбросив давление в баллоне, открутим верхний клапан, чтобы легко и безопасно распилить его слесарной ножовкой, на что ушло меньше минуты. Для тигеля мы будем использовать нижнюю часть, потому что это по сути стальная емкость 8 см в диаметре и 13 см высотой. Хороший размер для нашей самодельной мини плавильни.

К этому моменту гипс должен хорошо затвердеть. Выльем воду. Далее используйте щипцы или нечто подобное, чтобы осторожно притянуть одну из сторон ведра к центру Теперь, если взяться обеими руками и немного покрутить, ведро освободится и его будет легко вытащить.

Мы получили удивительно гладкую поверхность, благодаря которой наши самодельная плавильная выглядит на удивление профессионально.

Отверстие для подвода воздуха

Нам не хватает только отверстия для подвода воздуха и крышки. Давайте ими займемся. Насадка для кольцевой пилы на три с половиной сантиметра отлично подходит для этой трубки. Если установить центр насадки на верхней линии ведра, можно начать осторожно прорезать металл.

Когда мы пройдем сквозь металл, нужно наклонить инструмент вниз примерно на 30 см, что легко, потому что гипс еще не полностью затвердел и режется, как масло. Теперь у нас есть отверстие, в которое отлично входит трубка воздуходувки.

Она будет размещена в нескольких сантиметрах от дна.

Воздуходувка

Теперь, если тигель не выдержит и выльет расплавленный металл, в плавильне металл остается внутри, а не польется по трубке наружу. Воздуходувку сделать очень просто. Для начала нужно взять трубку на 3 см, она будет находиться рядом с горячими углями.

Также понадобится трубка из ПВХ на 3 см. Как видите, нарезка с одного конца муфта накручивается на металлическую трубку, а адаптер с другой стороны просто накручивается на трубку из ПВХ.

Крышка

Давайте пойдем еще дальше. Сделаем крышку, которая поможет сохранить температуру. Нужна пара U-болтов на 10 см. Поместим их вертикально в широкое ведро, наполненное половиной начального объема нашей смеси. Спустя час гипс затвердеет и его легко можно достать из ведра. И вот крышка для плавильни готова.

Отверстие для сброса давления

Нужно сделать отверстие для сброса давления. его можно сделать до затвердевания, но можно просверлить дрелью с насадкой на 8 сантиметров. Когда отверстие будет сделано, у вас получится крышка, которая похожа на огромный пончик. Такая конструкция позволяет сбрасывать давление и плавить металл даже не снимая крышку.

Заключение

Если развести огонь, можно увидеть,что внутри становится так жарко, что банка из под газировки плавится за секунду и тигель наполняется жидким алюминием. С такой миниплавильней мы можем расплавить алюминий у себя во дворе и отливать все, что может прийти на ум.

Лучше всего то, что когда вы не плавите лом, плавильня не занимает место и не бросается в глаза. Вы можете вставить внутрь горшок с растением и мгновенно превратить ее в часть декора. Эта превращающаяся в горшок плавильня нечто большее, чем кажется. Только сделайте вашу плавильню устойчивой, это крайне важно для техники безопасности.

Кстати, вы можете попробовать применить плавильную печь как кузнечный горн или даже как барбекю, ведь в конце концов она работает на угле.

Теперь вы знаете, как из широко доступных материалов сделать мини плавильню, достаточно мощную, чтобы плавить металл за секунды и при этом достаточно приятную на вид, чтобы не приходилось ее прятать. Переведено и озвучено каналом Наука и техника.

Отражательные плавильные печи ванного типа

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

Рисунок 5 – Отражательная плавильная печь ванного типа [6]

Отражательные плавильные печи ванного типа применяют, когда:

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

Преимущества отражательных печей ванного типа:

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

Недостатки печей ванного типа:

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

Отличия самодельного и заводского агрегата

Чтобы понять разницу, нужно взять за точку отсчета цель использования оборудования. Агрегаты домашней сборки обычно нужны для периодического применения (перерывы могут быть существенными), поэтому на первый план в них выходит минимальная себестоимость, возможность выполнения простейших манипуляций, нетребовательность в обслуживании.

Читать также: Зарубежный аналог стали 09г2с

В том случае, если результаты плавки используются для получения заработка, целесообразнее приобрести заводскую индукционную модель – такое оборудование способствует аккуратной работе, помогает точно соблюдать замеры, сводит к нулю вероятность попадания нежелательных примесей.Такое же оборудование сложно выполнить своими руками – сборка индуктора, выбор тигля, обустройство экрана требует профильных навыков. Создать конденсаторную батарею и генератор сможет не каждый.

Тигельная печь своими руками

Нельзя упускать из внимания эргономические показатели печей. В кустарных заготовках им уделяется минимум ресурсов, как правило, такие вариации неудобны в использовании, зачастую опасны ввиду применения подручных материалов. В заводских линейках для обеспечения комфортной работы применяются проверенные технологии, в частности, это касается конфигурации и поворотного механизма тигля. Важно, что в них созданы условия для предотвращения травматизма.

Шахтные плавильные печи

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

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

Рисунок 6 – Шахтная плавильная печь [7]

Преимущества шахтных печей

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

Недостатки шахтных печей

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

Мини-плавильня из бутылки

Это, пожалуй, самый необычный и, действительно отличающийся от предыдущих вариант изготовления своими руками печи для выплавки алюминия. Почему необычный? Нам не понадобится никакое топливо. В данном варианте печи нагрев происходит посредством нагрева проволоки, обладающей большим сопротивлением – нихром. На смазанную маслом поверхность большой стеклянной бутылки наматывается бинт, на который после наносится слой смеси глины и жидкого стекла. После этого глина должна высохнуть (около недели). Затем получившийся глиняный резервуар обматывается двойной нихромовой проволокой, и поверх него опять наносится слой глины. Ещё неделю сушим, после чего бутылку извлекаем, и имеем термостойкий самонагревающийся резервуар для плавки. Остаётся лишь загрузить внутрь алюминиевое сырьё и подключить оба конца проволоки к 220 Вт.

Стоит упомянуть, что все вышеописанные способы достаточно опасны для здоровья и жизни, и их следует использовать с большой осторожностью.

На самом деле, способов плавки алюминия существует значительно больше, но большинство из них сводится к одним и тем же принципам действия. Поэтому совсем необязательно для изготовления какой-либо детали обращаться к специалистам, ведь многое можно сделать и своими собственными руками.