Коаксиальная криптоловая печь. Настольная плавильня 3000 градусов.

Коаксиальная криптоловая печь.  Настольная плавильня 3000 градусов.

Криптоловые печи, довольно широко применявшиеся в первой половине прошлого столетия, в настоящее время почти

неизвестны экспериментаторам. Тем не менее, такие печи – очень простой, быстрый и эффективный способ получения высоких (1500-2000 градусов и выше) температур в лабораторных условиях, если по каким-то причинам нет возможности использовать современное специальное оборудование (индукционные, дуговые или другие высокотемпературные печи). В данной статье в очень краткой форме (фотографии с минимальными комментариями) показана конструкция и порядок сборки коаксиальной криптоловой печи. Особенность этой печи в том, что ток течет радиально, концентрируясь около центрального цилиндрического графитового электрода. Этот электрод выполняет и роль тигля. Внешний коаксиальный электрод большего диаметра изготовлен из стали и играет дополнительную роль - боковой стенки печи. Помимо замыкания тока, внешние слои криптола, примыкающие к внешнему электроду, служат теплоизоляцией. При достаточно большом отношении радиусов внешнего и внутреннего электродов перегревная неустойчивость не возникает, высокотемпературная зона окружает только внутренний электрод, и печь работает устойчиво.


Когда у экспериментатора возникают разовые задачи, связанные с нагревом до температур выше 1100-1200 градусов, начинаются

проблемы. Промышленные печи на такой температурный диапазон резко возрастают в цене по сравнению со штатными муфельными

печами, а изготовление даже небольшой печи собственными силами «упирается» в проблему поиска подходящих материалов. Печи

сопротивления с металлическими нагревателями требуют применения либо дорогих благородных металлов (например, платины), либо использования инертной или восстановительной атмосферы. Если же требуемые температуры превышают 1500 градусов, то практически единственным приемлемым вариантом является применение графитовых нагревателей с какой-нибудь подходящей защитой графита от окисления атмосферным воздухом. Абсолютная герметизация графита в таких печах обычно не нужна. Достаточно исключить поступление свежего воздуха, содержащего много кислорода, непосредственно к нагревательному элементу. При этом удается достичь ресурса графитового нагревателя от нескольких десятков до сотни часов, в зависимости от рабочей температуры. Такой ресурс вполне удовлетворителен для единичных лабораторных экспериментов.


Как-то в ходе работы над одним изобретением нам понадобилось плавильное устройство с широким спектром нагрева, которым было

бы удобно пользоваться в домашних условиях. Перепробовали разные варианты газовых и электроспиральных нагревателей и убедились, что ни те ни другие не отвечают поставленной задаче: они получались либо громоздкими и неудобными в пользовании, либо не давали достаточного нагрева. Вот, думаем, была бы электродуговая плавка, но действующая в более замедленном темпе !


Так пришла в голову идея использовать для этой цели углеграфитовый порошок, который засыпается между двумя рабочими

углеграфитовыми электродами, к которым подводится напряжение питания в пределах 25—50 В от достаточно мощного (типа сварочного) трансформатора. За счет имеющегося омического сопротивления в порошке графита происходит постепенный интенсивный нагрев. Температура в такой электропечи может доходить до 3000 °С, что дает возможность плавить почти все металлы (малыми порциями). Несмотря на столь внушительный нагрев внутри печи, наружный слой угле-графитового порошка остается темноватого или красноватого цвета, так что ослепляющего свечения, как это бывает при электродуговой сварке, от печи не исходит. Время разогрева печи варьируется в интервале 3—5 минут, что позволяет легко контролировать и управлять процессом плавки, включая-отключая от сети трансформатор. Так как металла плавится немного, то он особо не расплывается внутри печи и порошок достаточно хорошо держит его форму.


Электропечь делается из простых и вполне доступных материалов: графита, слюды и асбестовой плитки. В связи с тем, что асбест по

медицинским соображениям запрещен и становится редкостью, его можно заменить кафельной или цементной плиткой.

Размеры печи не являются строго определенными. Все зависит от мощности имеющейся электросети и выходного напряжения трансформатора. Чем больше выходное напряжение, тем шире должно быть расстояние между электродами. При тех размерах электропечи, что указаны на чертеже, достаточно подавать на электроды 25—30 вольт: печь разогревается в плавном режиме, но довольно интенсивно. В случае применения сварочного трансформатора промышленного образца, который обычно выдает 50—60 вольт, расстояние между электродами надо увеличить примерно вдвое, до 150—200 мм. В объеме печи, приведенном на чертеже (100х65х50 мм), можно расплавить 60—80 граммов, например, серебра, что считается уже неплохим результатом.

В качестве электродов для печи подходят щетки от мощного электромотора. Они удобны тем, что имеют хороший токоподводящий гибкий провод. Если нет возможности достать такие электроды, их несложно выпилить самому из куска графита, например, от использованного стержня-электрода, применяемого в дугоплавильных печах. В самодельном электроде надо лишь просверлить сбоку два отверстия диаметром 5—6 мм, вставить в них многожильный медный провод толщиной 5 мм и для уплотнения осторожно забить сюда еще подходящий гвоздь. На внутренней стороне электродов делается сетчатая насечка напильником — для улучшения контакта с порошком графита.

В качестве внутреннего футеровочного слоя стенок печи применяется слюда: благодаря своей слоистости она служит хорошим

теплоизолирующим экраном. Наружные стенки дополнительно укрепляются асбестовой или цементной плиткой толщиной 5—10 мм. Для

предельной простоты сборки стенки обвязываются мягкой медной или вязальной проволокой. Изолирующей подставкой для печи служит обычный кирпич; под низ укладывается еще эмалированный металлический поддон с бортиками.

Углеграфитовый порошок можно получать из отслуживших стержней с помощью грубого напильника или многолезвийной ножовки по металлу. Надо учесть, что в процессе плавки порошок графита все же постепенно выгорает и его надо периодически подсыпать.






Электроплавильная печь: 1 — порошок углеграфита; 2 — место плавки металла; 3 — провод-обвязка корпуса печи; 4 — футеровка из слюды; 5 — плитка асбестовая; 6 — электрод углеграфитовый; 7 — провод токоподводящий.



Управлять энергетикой данной печи можно с помощью простой электронной схемы:




Только оябязательно соблюдайте правила техники безопасности при питании напряжением больше 50 В, поскольку все элементы конструкции находятся под напряжением.





Понижающий трансформатор на 25 вольт. Сетевая обмотка содержит 620 витков медного эмалированного проводя диаметром 1 мм.

Понижающая обмотка содержит 70 витков провода прямоугольного сечения 4,2х2,8 мм в стекловолоконной изоляции.

Собранная печь подключается к трансформатору достаточно толстыми медными проводами (7—8 мм) с обязательной наружной изоляцией, чтобы избежать во время работы случайного короткого замыкания.

Готовую к работе печь вначале как следует прогревают, чтобы дать выгореть органическим включениям (обеспечив при этом соответствующую вентиляцию в помещении). В дальнейшем печь работает практически без выделения копоти и гари.

Плавку металлов проводят по следующей схеме. Вначале с помощью небольшой лопатки в середине печи в порошке делают лунку, кладут в нее первую порцию металла и закапывают. Если используемый лом разной величины, то сначала помещают самый крупный кусочек, и только после его расплавления добавляют мелкие части.


Чтобы убедиться, что металл расплавился, печь можно слегка покачать — поверхность порошка в этом случае также начинает

колыхаться.После остывания металла его переворачивают и снова расплавляют. Так повторяется несколько раз, пока заготовка не примет более-менее шаровидную форму, свидетельствующую о качестве расплава.

Когда надо плавить мелкую стружку или опилки простых металлов, их засыпают прямо в лунку и плавят как обычно. Более драгоценный металл, с целью его сохранности, помещают в стеклянную ампулу из-под лекарства и плавят вместе с ней. Образовавшаяся у расплава корочка из стекла легко обсыпается при охлаждении в воде.


Легкоплавкие металлы — олово, алюминий и тому подобное — лучше помещать в железную чашечку. ' Для получения сплавов

сначала кладут в порошок более тугоплавкий металл, а после его расплавления вводят легкоплавкий. Например: медь + олово; медь + алюминий.


В электропечи можно плавить олово, алюминий, железо, никель, медь, серебро, золото, палладий. После плавки полученные

заготовки подлежат ковке. Их надо расклепывать на наковальне не спеша особенно вначале, небольшим молотком. И как можно чаще нагревать заготовку на газовой плите докрасна, затем остужать в холодной воде и снова расклепывать до нужных размеров.


Категорически нельзя плавить магний, свинец, кадмий, цинк и цинкосодержащие сплавы (цинковая латунь, мельхиор), а также серебряные контакты от различных типов реле, приборов, пускателей — в них содержится до 50% кадмия, который выгорает, образуя желтый ядовитый дым.


Если нет возможности приобрести мощный трансформатор, то его можно заменить составным. Для этого надо взять несколько менее

мощных однотипных трансформаторов и параллельно соединить их выходные обмотки (при условии, что все они рассчитаны на

одинаковое напряжение). Возможен и самодельный трансформатор. Он собирается из Г-образных пермалоевых пластин с внутренним сечением 60х32 мм. Его сетевая обмотка наматывается эмалированным проводом толщиной 1 мм и содержит 620 витков. Понижающая обмотка наматывается проводом прямоугольного сечения 4,2х2,8 мм и содержит 70 витков.

Что касается техники безопасности при работе с этой печью, то надо помнить, что сварочный трансформатор требует крайне осторожного обращения. Нельзя допустить, чтобы произошло короткое замыкание в проводах или между электродами в самой печи. Выключатель сети трансформатора должен располагаться рядом, чтобы в любую секунду его было удобно отключить. Нельзя также ни на минуту оставлять работающую печь без присмотра. Рядом всегда должна находиться емкость с водой, где остужаются горячие заготовки.



Написать:
22:59
1076
Нет комментариев. Ваш будет первым!