Печи для производства вторичного алюминия

Небольшая печь

Универсальность заключается в том, что в таком случае мини-печь собирается из подручных средств.

В качестве корпуса печки будет использоваться жестяная банка от консервов, супа или чего-либо еще, то есть она фактически готова, в отличие от предыдущего типа устройства

Единственное, что важно – это выбрать банку, металл в которой будет как можно толще. В нижней части банки делается отверстие, через которое при помощи трубы можно будет подключить фен, выступающий в качестве нагревательного элемента

Диаметр отверстия должен быть точно равен диаметру трубы. Оно может быть квадратным, но тогда будут потери тепла, а потому лучше немного повозиться, но сделать его круглым.

Как уже говорилось ранее, в качестве нагревателя применяется бытовой фен

Важно, чтобы он имел минимум две скорости работы. При помощи скотча можно прикрепить к фену трубу, которая и будет вставляться в нижнее отверстие банки

Важно проверить, чтобы в месте стыковки не было потерь воздуха. Также стоит отметить, что кнопка подачи холодного воздуха должна быть все время нажата. Для этого ее можно зафиксировать все тем же скотчем.

Люди, использующие такие типы печей, остались довольны. Судя по отзывам, печи достаточно компактны, их легко собрать своими руками. Электрический нагреватель хорошо помогает поднимать температуру до нужного уровня. Муфельные печи хороши еще и тем, что в них можно плавить сразу большое количество алюминия.

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.

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

Электрические плавильные печи для алюминия

По своей конструкции электрические печи для плавления алюминия подразделяются на печи сопротивления и индукционные печи. Электрический нагрев может быть в некоторых случаях более удобных чем, например, газовый, но только при условии доступности дешевой электрической энергии.

Применение электрического нагрева в печах при производстве первичного алюминия представляется вполне оправданным, хотя бы из-за дешевизны электрической энергии для такого производства. Однако стоимость электрической может быть совсем другой в том месте, где располагается производство вторичного алюминия. Отсутствие продуктов сгорания газа или другого топлива при печной обработке алюминиевого расплава обеспечивает малые потери от окисления металла, а также исключает загрязнение алюминиевого расплава водородом и другими газами. С точки зрения экологии, это более чистые печи.

Плавильные и другие печи для алюминия

Чем меньше емкость печи, тем больше затраты на ее техническое обслуживание из расчета на тонну металла. Поэтому в алюминиевой промышленности в настоящее время преобладают печи емкостью 25 тонн и более. Такая емкость ванны печи считается оптимальной с точки зрения обслуживания и эффективности работы.

Еще одним фактором при выборе емкости печи могут быть условия поставки продукции. Обычно минимальная партия алюминия составляет 20 тонн и одним из требований заказчиков является то, чтобы весь металл был от одной плавки.

Важным фактором при выборе печи является удобство ее обслуживания. Шлак, который образуется в ходе работы печи – плавильной печи, печи-миксера, раздаточной печи – имеет тенденцию скапливаться на стенах печи или оседать на ее дно, иногда он попадает даже на свод печи. Даже при самой оптимальной конструкции печи этого нельзя избежать на 100 %. Рост толщины шлака на стенах печи и подине печи снижает ее эффективность. Поэтому этот шлак необходимо периодически счищать

Это тем более важно при смене сплава, который выплавляется в печи. Поэтому конструкция печи обязательно должна предусматривать возможность снятия шлака с поверхности расплава и удобной чистки печи

Однако самым важным вопросом при выборе печи является выбор вида энергии, который будет подаваться в печь.

Печи для плавки

Технология плавки алюминия в домашних условиях достаточно проста. В специальном ковше нагревается лом алюминия до температуры, превышающей температуру плавления этого металла, расплав некоторое время выдерживается в разогретом состоянии, с его поверхности снимается шлак, затем чистый металл разливается в форму для остывания. Время плавки зависит от конструкции печи, то есть той температуры, которую она способна обеспечить.

Если используется паяльная лампа или газовая горелка, то они нагревают алюминий сверху. Правда, печь при этом все равно складывается из кирпичей колодцем без связующего раствора, внутри которого будут прогорать угли для нагревания емкости снизу и поддержания ее в нагретом состоянии.

Примерно так же выглядит конструкция печи, если тигель прогревается снизу с помощью обычных дров и фена для сушки волос. Только в этом случае дрова укладываются в кирпичном колодце не на дно, а на решетку, расположенную на первом ряду кирпичей, а в этом ряду оставляется отверстие для металлической трубы, надетой на горловину фена и закрепленной на ней изолентой. Тиглем в этом случае служит консервная банка, естественно, не алюминиевая, в которой на небольшом расстоянии от верха проделываются диаметрально противоположные сквозные отверстия. В эти отверстия продевается стальной прут, за который банка должна подвешиваться в печи. Фен нужен для нагнетания горячего воздуха в пространство между кирпичами и тиглем. Иногда вместо кирпичей используют металлическую бочку.

Если плавка должна происходить достаточно часто, то можно своими руками изготовить муфельную печь с вертикальной загрузкой тигля или купить готовую.

Электрическая или газовая печь для алюминия?

Если сравнивать печи с газовым нагревом с эквивалентными по емкости и производительности электрическими печами только по стоимости энергии, то стоимость газа обычно меньше, чем стоимость электричества.

С точки зрения обеспечения степени чистоты расплава, содержания водорода и потерь металла от угара электрические печи имеют неоспоримые преимущества.

С точки зрения экологии преимущество электрических печей сомнительно. Да, сама печь не загрязняет окружающую среду, но за нее это делает электростанция, от которой она берет электроэнергию. Если, конечно, это не гидростанция.

На тепловой электростанции чтобы произвести электрическую энергию необходимо сначала выработать тепло, а потом на турбинах и генераторах превратить его в электрическую энергию. Общая эффективность такого процесса составляет около 33 %. В электрической печи эта энергия превращается обратно в тепло. Поэтому общая эффективность энергетической цепочки здесь однозначно ниже, чем та, которая достигается при прямом газовом или мазутном нагреве.

Учет всех обстоятельств позволяет сделать вывод, что газовые или мазутно-дизельные печи способны обеспечивать достаточно высокую эффективность при плавке и печной обработке алюминия в сочетании с более низкой стоимостью из обслуживания. По крайней мере, при производстве вторичного алюминия.

Однако, конечно, могут быть случаи, когда выгоднее применять печи с электрическим нагревом, особенно индукционные печи.  Нередко применяют такую комбинацию: газовая плавильная печь и электрическая печь для выдержки и раздачи алюминия. Есть даже комбинированные печи: при плавлении алюминия они применяют газ, а при выдержке-раздаче – электричество.

Изготовление печи

Основой печи будет металлическая бочка на 50 литров, которая обрезается болгаркой до нужной высоты.

Изнутри бочка выкладывается жаростойким (шамотным) кирпичом. Для кладки кирпича используется термостойкий клей, он показан на фото.

Болгаркой обрезаем бочку, затем выкладываем на дне бочки основание из шамотного кирпича и «бетонируем» вокруг высокотемпературным плиточным клеем.

Затем выставляем боковые стенки. Чтобы кирпич вставал максимально вплотную друг к другу желательно снять небольшие фаски.

Для принудительной подачи воздуха используются сразу четыре форсунки, которые находятся внутри самой бочки. Такая вот интересная система подачи воздуха изготовлена из медных трубок диаметром 28 мм и фитинговых соединений — для ее установки в четырех нижних кирпичах нужно сделать четыре отверстия под небольшим углом (сверху вниз) под трубки.

Вместо медных трубок можно также использовать обычные стальные, что, естественно, позволит удешевить всю конструкцию. В данном случае медные трубки использовались лишь потому, что они были в наличии и их нужно было куда-то пристроить.

Для подачи воздуха будут использоваться два фена — их мощности вполне достаточно для такой печи. После установки труб для подачи воздуха приступаем к заливке первого «этажа» кирпичей плиточным клеем.

Для кладки второго ряда используются уже половинчатые кирпичи, которые будут располагаться с небольшим наклоном.

Трубки для принудительной подачи воздуха будут находиться внутри самой бочки

Обратите внимание, что вес тигельной печи составляет примерно 200 кг. Поэтому если вы не хотите устанавливать ее конкретно на одном каком-то месте, то заранее сделайте из уголков и четырех колес подвижную опору

Осталось сделать ручку и крючок для тигля.

Используя одновременно ручку и крючок, очень удобно переливать расплавленный металл из тигля в форму. Вот и всё, самодельная печь для плавки алюминия готова!

Ревербационный плавильный тигель

Ревербационный плавильный тигель служил эталоном в  алюминиевом производстве практически с самого первого дня. Вариации в исполнении невозможно перечислить, также как и все виды лома, подвергавшиеся переработке. Некоторые модели данного устройства являются стационарными моделями, моделями наклонного типа, передней загрузки, вертикальной загрузки, а также многокамерными моделями. Каждая из перечисленных моделей имеет свои сильные и слабые стороны.

Плавильная печь передней загрузки

Сушильный под передней загрузки (рисунок 3) – печь с передней или фронтальной загрузкой представляет собой устройство, оснащенное дверкой по всей ширине печи для обеспечения полного доступа вовнутрь печи. Загрузка производится автопогрузчиком или, что более распространено, при  помощи специальной загрузочной машины. Преимуществом данного типа устройства принято считать возможность полной выгрузки печи при непрерывной работе, а также способность работы с максимально высокой производительностью. Слабым местом печи является то, что необходимо произвести несколько операций загрузки для полного ее заполнения по причине внутренней геометрии печи. Данная печь подходит крупным и средним производителям под различные спецификации выплавок.

Рисунок 3 – Плавильная печь передней (фронтальной) загрузки

Плавильная печь вертикальной загрузки

Вертикальная загрузка (рисунок 4) – печь с верхней (вертикальной) загрузкой представляет собой устройство со съемной крышкой для обеспечения полного доступа вовнутрь печи. Загрузка производится с помощью козлового крана и загрузочного ковша. Преимущество данного типа модели составляет  возможность ее полной загрузки за очень короткое время. Печь разработана  с учетом ее полной выгрузки после каждого плавильного цикла, с возможностью легкой смены выплавок. Слабой стороной данной печи является потеря ею тепла при демонтаже крышки, что требует особого контроля  последовательности операций по загрузке и плавлению.

Данная модель хороша для крупных переработчиков алюминия, под большие объемы, для переработки самого разнообразного лома/скрапа.

Рисунок 4 – Плавильная печь вертикальной загрузки

Многокамерная плавильная печь

Многокамерная плавильная печь (рисунок 5) представляет собой комплекс из различных камер, разработанных под специальные задачи по физическому изменению перерабатываемого лома. Загрузка камер производится разными способами, включая подачу через приемник, а также загрузку через основной портал.

Рисунок 5 – Многокамерная плавильная печь

Печь с подачей через приемник включает в себя внешний приемник для подачи загружаемого сырья. Стандартный набор перерабатываемых материалов включает в себя экструзионный скрап, стружку и обрезки, пакетированный лом, а также материал с невысокими параметрами веса и невысокую относительную плотность. Данный вид сырья требует быстрого погружения ниже уровня тигля во избежание окисления и потерь металла.

Данный тип печи рекомендован для использования в производстве ограниченного количества выплавок со стандартной рецептурой сплава. Сложность многопрофильного применения состоит в ограниченной  возможности смены рецептуры в данной модели печи. Модель может представлять собой различную комбинацию камер, в зависимости от предполагаемого  сырья и доступной площади  для размещения печи .

Отражательные печи с сухим подом

Похожий подход применяется в так называемых печах с сухим подом (1.15). Эти печи применяют, когда нужно отделить алюминий от других металлов с более высокой температурой плавления, чем у алюминия, таких как латунь, медь или железо. Продукты сгорания печи сначала плавят алюминий в шихте, которая лежит на наклонном «сухом» поде. Расплавленный алюминий стекает по наклону в отделение печи, которое называют копильником. Затем операторы печи удаляют с сухого пода очищенные от алюминия более тугоплавкие металлы.

Рисунок 8 – Отражательная печь с сухим подом (1.15)

Рисунок 8.1 – Печь с наклонным подом для переплавки алюминиевого лома

Конструкция печи 1.16 является комбинацией шахтной печи и печи с сухим подом. Она также использует тепло отходящих газов для нагрева шихты. Такие печи также применяют в основном только на предприятиях по производству алюминиевых отливок.

Рисунок 9 – Отражательная печь с сухим подогреваемым подом (1.16)

Три класса плавильных печей для алюминия

Чаще всего в производстве вторичного алюминия применяют так называемые отражательные (подовые) печи. Этот тип печей для плавки алюминия (1.00) имеет много модификаций. Все эти модификации, так или иначе, приспосабливают классическую отражательную печь под особые условия работы и специальную шихту.

Популярными являются тигельные печи (2.00), особенно, на малых производствах.

Производители вторичного алюминия широко применяют в качестве плавильных печей роторные печи (3.00), особенно для переработки лома с высокой удельной поверхностью, например, алюминиевую стружку, а также сильно загрязненный алюминиевый лом.

Семейное древо плавильных печей, которое показано на рисунке, относится именно к производству вторичного алюминия. Некоторые технологии плавления алюминия имеют очень ограниченное и специальное применение.

Кроме того, производители вторичного оборудования применяют различное оборудование в зависимости от назначения своей продукции и типа алюминиевого лома, который они применяют.

Основные элементы конструкции и материалы для сборки

Основной элемент – это, конечно же, нагреватель. Лучше всего выбрать электрический. Его наибольшее преимущество заключается в том, что им очень просто управлять. Кроме этого, есть такие детали, как нагревательная камера и специальный аккумулятор тепла. Для того чтобы успешно плавить алюминий, необходимо обеспечить регулирование тепла. Это поможет сделать процесс непрерывным.

В том случае, если придется плавить несколько разных материалов, то сам алюминий стоит подвергать процессу также не один раз, а несколько. При таком режиме работы нужно сделать так, чтобы аккумулятор тепла выполнял еще и функцию регулятора. Это нужно для того, чтобы поддерживать нужную температура алюминия после плавки.

Для того чтобы изготовить печку для плавки алюминия, нужно подготовить такие материалы:

• болгарка, проволока и металлическое ведро;
• кирпичи в количестве семи штук;
• защитные очки строительного типа, несколько ненужных металлических кусков;
• молоток и другие стандартные инструменты.

Карусельная печь Scrap Manager

Карусельная печь Scrap Manager внешними формами почти напоминает наклонную цилиндрическую, однако вращается вокруг своей центральной оси. Данная печь впервые появилась на рынке в конце 1970 и за истекшее время претерпела многочисленные усовершенствования (рисунок 2).

Рисунок 2 – Наклонные печи карусельного типа Scrap Manager

Карусельная печь Scrap Manager используется для переплавки отбракованных отливок, экструдированного скрапа, скрапа из использованных банок (UBC), а также алюминиевого шлака (дросса). Данный вид лома имеет  относительно низкую плотность по отношению к площади поверхности. Поэтому материал должен расплавляться быстро, во избежание выгорания тонкого слоя материала.

Подходит для расплавки различных сплавов, что подразумевает частую смену металлов в  печи и для переработки всевозможных видов лома/скрапа. Печь может работать на чистом и загрязненном ломе с использованием надлежащего оборудования для  ограничения загрязнения окружающей среды.  Печь применяется в качестве плавильной печи вторичного цикла, а также в качестве первичного агрегата для утилизации собственных отходов. Также применяется для утилизации автомобильных свинцово-щелочных батарей.

Устройство печи для плавки алюминия

Индукционная печь состоит собственно из плавильной установки и вспомогательного оборудования. Установка – это опорный каркас из двух стоек с гидравлическими плунжерами, а также узловая составляющая индуктора. Установочный механизм изготовлен из листовой нержавеющей стали. Катушка индуктора выполнена из медной трубы, которая охлаждается холодной водой. Через последовательно соединенные гибкие кабели к индутору подключается электричество и вода. Наклон установки 95 градусов обеспечивается гидравлическими плунжерами. Питание оборудования происходит от частотного преобразователя тиристорного типа, благодаря которому трехфазный ток преобразуется в однофазный. На передней панели ТПЧ расположены индукторы, которые отображают работу преобразователя.

Частота регулируется автоматически на протяжении всей плавки. Система контроля протока и температуры процесса охлаждения печи, установлена на сливном коллекторе.

Печь из металлического бака

Совсем необязательно печь должна быть утоплена в землю. Несложно изготовить своими руками и переносную печь. Для этого подойдёт любой цилиндрический бак из термостойкого металла, например, бак от старой стиральной машины с вертикальной загрузкой. Изнутри диаметр бака уменьшается за счёт кирпичей и глины. Тем самым, толщина нашей печи составит 10-15 сантиметров. Не забываем монтировать внизу корпуса трубу для надува. Воздух можно подавать в неё любым удобным образом. Тигель с сырьём алюминия вешается внутрь топки. Как можно заметить, принципиальных отличий от предыдущего варианта нет. Его так же просто изготовить своими руками, различия лишь в необходимых инструментах и деталях.

Виды

Печи, используемые в промышленности, очень дорого стоят. Их цена составляет тысячи и десятки тысяч долларов. Кроме этого, такие агрегаты занимают непозволительно много места. Алюминий является самым распространённым металлом на Земле, поэтому промышленность в данном направлении продвинулась далеко вперёд. Существует множество типов плавильных печей. Например, наклонные цилиндрические печи, печи с ревербационным тиглем, печи карусельного типа и другие.

Но как поступить, если необходимо изготовить какую-либо деталь в домашних условиях, а возможности заказать её по той или иной причине нет? Отличную мини-печь совершенно несложно изготовить и своими руками, причём, для этого, в основном, не нужно будет искать какие-то специфические материалы, детали и приборы. Большинство из них найдётся практически у каждого дома, в гараже или же на даче.

В сущности, принцип работы всех самодельных печей прост и однотипен. Различия, как правило, лишь в их некоторых конструктивных особенностях. В некотором объёмном термостойком сосуде разжигаются древесные угли (это наиболее удачный вариант топлива для плавки алюминия), в которые или над которыми в тигле размещается сам металл. В качестве тигля может выступать, например, обрезанный корпус огнетушителя, либо даже обыкновенный стальной чайник. Для увеличения температуры углей необходим качественный обдув воздухом со всех сторон (чтобы алюминий разогревался в ёмкости равномерно). Как правило, кислород подаётся через трубу вниз «колодца». Тягу же создать может обыкновенный пылесос, двигатель от старой вытяжки, кулер или даже фен. В принципе, это необходимые условия для создания своеобразной мини плавильни своими руками.

В качестве формы для отливки деталей обычно выступает гипс. Если же необходимо отлить обыкновенную цилиндрическую болванку из алюминия, подойдёт и кусок обрезанной стальной трубы. Рассмотрим наиболее интересные и простые конструкции мини печей.

Изготовление самодельной печи для плавки алюминия

На куске картона размечаем проекцию будущей печи. В сечении это будет полый цилиндр с толщиной стенок, равной толщине кирпича.

Разбиваем окружность цилиндра на шесть равных частей по количеству элементов. В очертание окружности вписываем грани кирпичей, чтобы затем сделать единый шаблон для деталей этих стенок.

Кирпичи выставляем в вертикальном положении на так называемый тычок (торец). На него выставляем шаблон подрезки и очерчиваем его по контуру карандашом. Из шести прямоугольных кирпичей (параллелепипедов) должна получиться окружность цилиндра. Стыки остаются прямыми без четвертей, однако опытные мастера подтверждают, что значительная часть теплопотерь образуется именно ввиду расширения этих зон во время нагрева внутренности печи.

Для подрезки рекомендуется использовать крупную болгарку с диском по камню. При отсутствии охлаждения водой необходимо взять диск для сухого реза по камню. На быструю руку можно сделать приспособление в виде небольшого станка с закрепленной болгаркой и подвижной кареткой для более удобной резки.

Стесываем внешние края кирпичей, а на внутренних стенках делаем по 5 борозд в каждой для расположения нити накала. Также снаружи делаем 3 поперечных колеи для того, чтобы связать кирпичи проволокой в единую конструкцию. Должно выйти шесть таких заготовок (фото).

Для корпуса печки была выбрана нержавеющая емкость подходящего размера. На небольшой высоте от днища закрепляем два небольших квадрата (15х15 или 20х20), а на них располагаем пару шамотных кирпичей в виде днища печи.

Корпус изнутри прокладываем теплоизолятором, для которого была выбрана минеральная вата. Такой теплоизолятор не очень долговечен, однако его при случае легко заменить.

Кирпичный цилиндр печи помещаем на его место, контакты вводим снаружи корпуса, защищая их от нагрева керамическими предохранителями.

Электронная схема данной печи не очень сложна. Все детали продаются как в местных магазинах электроники, так и на Алиэкспресс. За регулировку температуры отвечает контроллер с электронным циферблатом настройки температуры. Датчиком служит термопара, реле твердотельное с охлаждающим радиатором.

Корпус блока питания взят от стационарного компьютера, и размещен на двух угловых кронштейнах на расстоянии от корпуса. Подключаем печь к сети и пробуем прогреть ее до нужной температуры. По всем расчетам на это понадобится не менее 2-х часов.

В итоге у нас получилась отличная модель высокотемпературной печи, в которой можно не только плавить алюминий, но и производить закалку, отпуск металлов, и даже обжиг керамики.