Медь – пластичный материал, не подверженный окислению. Из него делают небольшие детали, используют в ремонтных работах. Переплавить лом можно самостоятельно в гараже, хозяйственной постройке или на собственной кухне. Специалисты подскажут, как расплавить медь в кустарных условиях. Технология несложная, главное при расплавлении учитывать физические свойства меди и сплавов.
Медь в древности использовать, расплавлять стали раньше, чем другие металлы. Металл ценится за химическую нейтральность, долговечность, электромагнитные свойства. Теплопроводность у медных сплавов чуть ниже, чем у серебра.
Домашняя плавка меди по сути ничем не отличается от промышленного литья. Переплавить можно кусочки отслуживших радиодеталей, недорогие ювелирные изделия, столовые предметы из мельхиора. Плавка меди в чистом виде происходит при +1083°С, такой режим в бытовых условиях создать не проблематично. Сплав с цинком, оловом не нужно расплавлять до температуры плавки меди, достаточно до +900 – 950°С. Подбирая кусочки лома, важно знать, что для электротехнических деталей используют чистые сплавы. Бронза, латунь может содержать вредные химические компоненты, они начнут выделяться из металла при расплавлении. Кипит металл при сравнительно низкой температуре, +2560°С, сплав начинает пузыриться.
Плавка меди в домашних условиях: пошаговая инструкция
Для расплавления не подойдет жестяная банка и костер. Нужны другие источники тепла, например, самодельные печи или готовые горелки с высокой температурой пламени. Для расплавления выбирают жаропрочные посудины, лучше всего использовать готовый тигель из огнеупорного сырья, выдерживающий температуру до +300°С. Для литья используют изложницу или форму. При работе с тиглем применяют специальные щипцы с длинными ручками, они должны хорошо зажимать тигель.
Теперь небольшой поэтапный инструктаж, как плавить медный лом в домашних условиях:
- Подготовка лома, в качестве сырья используют небольшие кусочки металла.
- Подготовка очага, где будет установлен тигель. Для расплавления лома используют готовые или импровизированные печи, горелки.
- Лом засыпают в тигель для расплавления металла. Специалисты советуют предварительно нагреть тигель, чтобы металл равномернее прогревался.
- Подготовка формы или изложницы – место, куда будет выливаться металл после расплавления. Для изготовления используют материал, имеющий температуру расплавления выше, чем у меди.
- Перед разливом с горячего металла снимают окалину с помощью длинной ложечки. Окислы не должны попасть в литье.
- Расплав осторожно выливают в подготовленную формочку. Работать нужно аккуратно, от капель остаются плохо заживающие ожоги.
Для подставки используют огнеупорный ровный лист, на него ставят тигель или специальный бокс для расплавления.
Муфельная печь
Лабораторный муфель – самое удобное устройство для расплавления металла.
Несколько советов, как расплавить медный сплав в лабораторных условиях:
- у муфельной печи есть ручка температурного регулятора, ее нужно поставить на отметку, незначительно превышающую температуру расплавления сплава;
- графитовый или керамический тигель перед загрузкой шихты хорошо прогревают;
- после отливки с горячего тигля проволочным крюком снимают окалину.
Литье в муфеле прогревается равномерно, плавильщик изолирован от летучих вредных компонентов, Через огнеупорное стекло дверцы удобно наблюдать за ходом расплавления меди.
Газовая горелка
Плавка меди в небольших объемах осуществляется ручной газовой горелкой. Мощность портативного устройства большого значения не имеет. Горелку располагают под тиглем, в котором будут плавить медный лом, направляют пламя на донце, языки должны охватывать его полностью. Процесс трудоемкий, длительный. Для защиты от кислорода цветной лом присыпают угольной крошкой.
Горн
Плавят медь в домашних условиях, используя тигельную печь или горн. Он представляет собой ограниченное пространство, куда на подставке помещается тигель. Снизу поджигаются угли или подводится горелка. Необходимо организовать воздухоподдув, чтобы повысить температуру горения топлива. Для ускорения процесса расплавления сверху горн прикрывают плотной крышкой. Хорошо раскаленный древесный уголь разогревают, засыпают в тигель с ломом. Метод используют специалисты, часто занимающиеся литьем в небольших объемах.
Паяльная лампа
Сплав с цинком, оловом плавится при невысокой температуре. В качестве источника энергии для расплавления используют обычную паяльную лампу, ее располагают вертикально под тиглем так, чтобы пламя охватывало поверхность дна и нижнюю часть боковой стенки. Для снижения объема окалины лом присыпают древесным углем. Процесс окисления при расплавлении под слоем угольной крошки будет протекать не так интенсивно.
Микроволновая печь
Плавить медь в домашних условиях можно в микроволновке, из нее достают поворотный механизм. Под размер тигля делают огнеупорный контейнер с крышкой из шамотного кирпича. Сначала в течение 15 минут на максимальном режиме нагревают керамический тигель, он разогревается до желтоватого свечения. Затем в него засыпают подготовленный лом, снова убирают шамотный контейнер в печь, плавить медный лом необходимо 20-30 минут на максимальном режиме, создается температура порядка +1200°С. Затем сплав выливают в заранее подготовленную изложницу или форму.
Для изготовления мелких деталей лучше выбирать многокомпонентные сплавы: латуни, бронзы, они не такие текучие, их проще плавить, не нужны слишком высокие температуры. Когда плавят медь в домашних условиях, соблюдают технику безопасности, предусматривают противопожарные меры.
Изделия из меди активно используются не только в различных отраслях промышленности, но и в быту. В связи с этим вполне естественно, что у многих умельцев возникает вопрос о том, как расплавить медь и в домашних условиях изготавливать из нее различные изделия методом литья. Знание такой технологии, которая известна человечеству еще с древних времен, позволяет создавать различные предметы не только из меди, но и из ее сплавов – .
Характеристики меди
Медь является одним из первых металлов, которые человек научился добывать и перерабатывать. Изделия из меди и ее сплавов использовались еще в 3 веке до н.э., о чем свидетельствуют исторические данные и результаты археологических раскопок. Широкому распространению меди во многом способствовало то, что она достаточно легко поддается обработке различными механическими способами. Кроме того, ее можно легко расплавить.
Медь, поверхность которой отличается явно выраженной желтовато-красной окраской, в силу своей мягкости легко поддается обработке методом пластической деформации. Поверхность меди при ее взаимодействии с окружающим воздухом покрывается оксидной пленкой, которая и окрашивает ее в такой красивый цвет.
Большое значение имеют и такие характеристики меди, как электро- и теплопроводность, по которым она занимает второе место среди всех металлов, уступая только серебру. Благодаря таким свойствам изделия из нее активно используются в электротехнической промышленности, а также в тех случаях, когда необходимо обеспечить быстрый отвод тепла от нагретого предмета.
Еще одним важным параметром меди, напрямую влияющим на объем энерго- и трудозатрат, расходуемых при производстве изделий из нее, является температура плавления. Для чистой меди температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое, составляет 1083°. Если смешать медь с оловом и получить бронзу, то температура плавления такого сплава будет составлять уже 930–1140° в зависимости от содержания в нем основной легирующей добавки. Такой , как латунь, который получают путем добавления к основному металлу цинка, обладает еще меньшей температурой плавления, которая находится в интервале 900–1050°.
Если вы решили реализовать в домашних условиях такой технологический процесс, как , важно знать еще один параметр – температуру ее кипения. При 2560° медь начинает буквально кипеть, что хорошо заметно по видео данного процесса. Появлению пузырьков на поверхности жидкого металла и активному газообразованию в нем способствует углерод, выделяющийся из меди в результате ее окисления, происходящего при сильном нагреве.
Если довести мель до кипения, то отливки из нее будут отличаться невысоким качеством, их структура и поверхность будут характеризоваться большим количеством пор, которые снижают не только ее декоративные, но и механические характеристики.
Пошаговая инструкция по плавлению меди
Плавка меди, если подготовить все необходимое для реализации такого технологического процесса и подойти к его выполнению правильно, позволяет даже в домашних условиях изготавливать медные изделия как декоративного, так и чисто практического назначения.
Для того чтобы расплавить медь, вам потребуются следующие инструменты, оборудование и расходные материалы:
- муфельная печь (желательно с регулировкой температуры нагрева);
- тигель, в котором вы будете расплавлять медь (для плавки меди используют тигли, изготовленные из керамики или огнеупорной глины);
- щипцы, при помощи которых горячий тигель будет извлекаться из печи;
- крюк (его можно изготовить из обычной стальной проволоки);
- бытовой пылесос;
- древесный уголь;
- форма, в которую будет выполняться литье;
- газовая горелка и горн.
Расплавить медь как в производственных, так и в домашних условиях можно, следуя нижеприведенному алгоритму.Шаг первый
Медь в измельченном состоянии помещают в тигель. Следует иметь в виду: чем меньше будут кусочки металла, тем быстрее он расплавится. Тигель после его наполнения медью помещают в печь, которую, используя регулятор температуры, необходимо прогреть до требуемого состояния. В дверцах серийных муфельных печей обязательно предусмотрено окошко, через которое можно наблюдать за процессом плавления.
Шаг второй
После того как вся медь в тигле расплавится, его необходимо извлечь из печи, используя для этого специальные щипцы. На поверхности обязательно присутствует окисная пленка, которую необходимо сдвинуть к одной из стенок тигля при помощи стального крюка. Расплавленный металл после освобождения его поверхности от окисной пленки следует максимально оперативно и аккуратно залить в предварительно подготовленную форму. Подробности и правила выполнения этой процедуры хорошо демонстрирует видео, которое несложно найти в интернете.
В том случае, если в вашем распоряжении нет муфельной печи, то разогревать тигель с медью можно при помощи газовой горелки, расположив ее вертикально под дном емкости. При этом важно следить за тем, чтобы пламя газовой горелки было равномерно распределено по всей площади дна тигля.
Шаг четвертыйЕсли в домашних условиях необходимо расплавить легкоплавкие сплавы на основе меди (латунь и некоторые марки бронзы), то в качестве нагревательного устройства можно использовать обычную паяльную лампу, также расположив ее вертикально под дном тигля. При плавке, выполняемой данным и предыдущим способами, поверхность расплавленного металла будет активно взаимодействовать с кислородом, что приведет к интенсивному окислению. Чтобы уменьшить интенсивность окисления, расплавленную медь можно присыпать измельченным древесным углем.
Если в вашей домашней мастерской имеется горн, то его также можно использовать для того, чтобы расплавить медь, латунь или бронзу. В данном случае тигель с измельченным металлом помещается на слой раскаленного древесного угля. Чтобы процесс нагревания и плавления проходил более интенсивно, в зону горения угля можно обеспечить подачу воздуха, для чего подойдет обычный пылесос, работающий не на втягивание, а на выдувание. В том случае, если вы будете использовать пылесос, на его шланг необходимо изготовить металлический наконечник с отверстием для выдувания небольшого диаметра.
Подбирая муфельную печь для выполнения литейных операций с медью и ее сплавами, следует обращать внимание на температурный режим, который может обеспечить такое устройство. В зависимости от типа расплавляемого металла такая печь должна обеспечивать следующие температуры нагревания:
- медь – 1083°;
- различные марки бронзы – 930–1140°;
- латунь – 880–950°.
Возможно, что вы решите сделать печь для плавки самостоятельно, посмотрев видеоролик.
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.
Медные заготовки
Сегодня медь является одним из самых востребованных металлов. Высокий спрос объясняется отличительными характеристиками, присущими этому металлу. Медь проводит электроток лучше любых других металлов, кроме серебра, благодаря этому ее используют в производстве кабелей и электропроводов. Температура плавления меди не высокая, металл пластичный и легко поддается обработке, благодаря этому качеству стало возможным ее применение в строительстве в качестве водопроводных тр. Этот металл имеет высокое сопротивление к внешним раздражающим факторам, поэтому долговечен и может быть использован несколько раз, после переплавки. Это качество меди высоко ценят экологи, поскольку при повторной обработке металла тратится значительно меньшее количество энергии, чем при добыче и обработки руды, к тому же сохраняются земные недра. Добыча медной руды не проходит бесследно, на месте отработанных рудников появляются токсичные озера, наиболее известное во всем мире такое озеро – Беркли-Пит в штате Монтана в США.
Необходимая температура для плавления меди
Медь не является легкоплавким металлом
Люди нашли применение меди еще в древние времена, тогда ее добывали в виде самородков. Ввиду низкой температуры, необходимой для осуществления процесса плавления ее стали широко применять для изготовления орудий труда и охоты, самородки можно плавить на костре. В наши дни технология получения металла мало чем отличается от придуманной в древние времена, совершенствуются лишь печи, увеличена скорость обжига и объемы обработки. Здесь возникает уместный вопрос — какая температура плавления меди? Ответ на него можно найти в любом учебнике по физике и химии – медь начинает плавиться при температуре нагрева до 1083 о С.
Кипение меди уменьшает ее прочность
В процессе термического воздействия на металл происходит разрушение его кристаллической решетки, это достигается при определенной температуре, которая в течение некоторого времени остается постоянной. В этот момент и происходит плавка металла. Когда процесс разрушения кристаллов полностью завершен, температура металла снова начинает подниматься, и он переходит в жидкую форму и начинает кипеть. Температура плавления меди значительно ниже, чем та, при которой металл кипит. Процесс кипения начинается с появлением пузырьков, по аналогии с водой. На этом этапе любой металл, в том числе и медь, начинает терять свои характеристики, в основном это отражается на прочности и упругости. Температура кипения меди составляет 2560 о С. Во время остывания металла происходит похожая картина, как и при нагреве – сначала температура опускается до определенного градуса, в этот момент происходит затвердевание, которое длится некоторое время, затем продолжается остывание до обычного состояния.
Как изменяется металл под термическим воздействием
Любой нагрев меди влечет за собой изменение ее характеристик, наиболее значимой является величина ее удельного сопротивления. Медь является проводником электрического тока, при этом металл оказывает сопротивление движению носителям заряда. Отношение площади сечения проводника к оказываемому движению и называется удельным сопротивлением.
Так вот, эта величина для чистой меди составляет 0,0172 ОМ мм 2 /м при 20 о С. Этот показатель может измениться после термической обработки, а также вследствие добавления в состав различных примесей и добавок. Здесь наблюдается обратная зависимость сопротивления меди от температуры – чем выше была температура обработки металла, тем ниже будет ее сопротивление электрическому току. Для обеспечения наилучших электролитических характеристик медной проволоки, ее обрабатывают при 500 о С.
Во время термической обработки можно не только придавать металлу нужную форму и размер, но и создавать различные сплавы. Самыми распространёнными медными сплавами является бронза и латунь. Бронза получается путем смешивания меди с оловом, а латунь – с цинком. Добавление алюминия и стали увеличивает прочность материала, а добавление никеля повышает антикоррозийные свойства. Но стоит заметить, что любая примесь снижает главное свойство – электропроводность, поэтому для изготовления жил электрокабеля используют чистый состав металла.
Отжиг меди
Под отжигом меди следует понимать процесс ее нагрева с целью дальнейшей обработки и приданию необходимых форм изделию. В ходе отжига металл становится более пластичным и мягким, поддающимся различным трансформациям. При отжиге меди температура достигает 550 о С, она приобретает темно-красный оттенок. После нагрева желательно быстро производить ковку и оправлять изделие на охлаждение.
Если подвергать материал медленному, естественному охлаждению, то возможно образование наклепа, поэтому чаще применяют мгновенное охлаждение путем помещения заготовки в холодную воду. Если превысить допустимую величину нагрева, металл может стать более хрупким и ломким.
Во время отжига осуществляется процесс рекристаллизации меди, в ходе которого образуются новые зерна или кристаллы металла, которые не искажены решеткой и отделены от прежних зерен угловыми границами. Новые зерна по размеру могут сильно отличаться от предшественников, при их образовании высвобождается большое количество энергии, увеличивается плотность и появляется наклеп. Рекристаллизация осуществляется только после деформации изделия, и только после достижения ее определенного уровня. Для меди критический уровень деформации составляет 5%, если он не достигнут процесс формирования новых зерен не начнется. Температура рекристаллизации меди составляет 270 о С. Следует отметить, что при этой температуре процесс роста кристаллов только начинается, но он достаточно медленный, поэтому для достижения необходимого результата медь необходимо нагреть до 500 о С, тогда времени для остывания хватит для завершения процесса рекристаллизации.
Видео: Плавление меди в микроволновке
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.