А.Ramir,
2006г.
Как
выплавить булатный слиток
в сыродутной печи на коксе.
Статья присутствует на http://anb.at.tut.by/default.html
Сразу предупреждаю, плавить железо у себя на даче занятие
не из простых. Это определенные, и не маленькие затраты и денег,
и времени, и труда. Но ежели желание есть.... Тогда вэлкам!
В этой статье я не буду останавливаться на конкретных видах, рецептах, и химсоставах
булатных слитков. Я всего лишь опишу одну конкретную технологию плавки стали
в сыродутной печи, используя минимум приспособлений и расходных материалов.
Топливо.
Набор компонентов, которые нам понадобятся, определяется видом топлива, которое
мы собираемся использовать. В данной статье я расскажу о методе плавки
на коксе. К сожалению, кокс достать достаточно проблематично в небольших
количествах. Производители норовят продать машину кокса, что не всегда
удобно.... Что сказать, я, к примеру, выписываю кокс у себя на заводе (у
нас есть литейное производство). Тем же, кто далек от заводов, могу посоветовать
следующее. Если в городе есть машиностроительные предприятия и железнодорожный
узел, то хоть кому-нибудь из предприятий кокс тоже необходим. А возят его
к ним - поезда по железной дороге открытыми полувагонами. И кокс из них
высыпается! Его собирают служащие ЖД и сжигают тут же, на путях. Но что
мешает нам прочесать определенный участок ЖД самим :) Там кусок, тут два,
а там - целая куча просыпалась. Вот так походишь, аки по грибы - и наберешь.
Так у нас собирают уголь реконструкторы из рыцарских клубов для ковки своих
мечей. Только тут есть две засады. Одна - таки по ЖД ездят поезда, глядите
в оба и не сыграйте в Анну Каренину или Берлиоза. А вторая - по ЖД ходить
простым смертным нельзя и за этим следит охрана. И в случае поимки - можно
вполне огрести штрафа, превышающего стоимость вами собранного кокса в несколько
десятков раз.
Дутье.
Для высокотемпературного горения кокса необходимо много воздуха. Поэтому волей-неволей
придется купить мощную воздуходувку. Возможен паллиатив - пылесос, но....
Есть простой закон - если количества воздуха на единицу обьема печи недостаточно,
кокс гореть у вас будет, и он таки сгорит, но высокой температуры вы не
получите. Однако, если пылесос достаточно мощный, и к тому же, в вашем
городе найти подходящую воздуходувку - проблема, то оставляем пылесос.
(Я и сам пользуюсь пока пылесосом по этой причине.) Но печь при этом делаем
минимально необходимого обьема.
Необходимые материалы.
Для печи нам понадобятся:
1. шамотные огнеупорные кирпичи - 26 штук.
(12 из них на корпус печки, 3 - на крышу, 10 - на фундамент, 0,5 - на подставки
под тигель)
2. красная глина обыкновенная (влажная) - 1 - 1,5 ведра
в 10литров.
(консистенции примерно как теплый пластилин, но не жиже)
3. металлическая водопроводная труба диаметром ~500
мм и высотой ~400 мм
(это наружный корпус печи, если нет - заменяем чем можем, бочка железная, и
т.п.)
Устройство печи.
Первое что мы должны сделать, это выложить фундамент. Для этого выбираем достаточно
твердое место, и выкладываем фундамент как показано на рис.
Продольный канал посредине - это место подвода дутья.
Синяя пунктирная окружность - положение будущего наружного
корпуса печи.
Очень желательно фундамент положить на металлический лист (если он есть) -
для пущего недопущения утечек подводимого воздуха.
Кирпичи фундамента скрепляем глиной, чтобы между ними не проходил воздух. Герметичность
- наша задача, т.к. если воздух будет уходить на сторону, минуя печь - можем
не получить высокой температуры.
Время класть корпус печи. На фундамент устанавливаем металлическую трубу диаметром
500мм и 400мм длиной. Это наружный корпус печи. Центрируем ее относительно
канала подачи дутья так, чтобы окончание канала заходило немного за центр трубы.
Теперь, берем 4 кирпича, ставим их на узкую длинную сторону, и складываем их
квадратом, ребро к ребру, как показано на рис.
Углы заполняем глиной. Это первый венец. Пространство
между венцом и наружным металлическим корпусом заполняем песком.
Точно так же как и первый, кладем и второй венец. Углы тоже заполняем глиной.
А третий венец кладем по-хитрому:
Делается это для того, чтобы на верх положить крышу
- два кирпича. А им ведь надо на что-то опереться. Поэтому
просвет третьего венца должен быть меньше по размерам, чем
предыдущие два. Межкорпусное пространство заполняем опять же
песком. Следует учесть, что по теплоизоляции песок не очень
хорош. Но тут уж что есть под рукой. Вермикулит, зола, керамзит,
перлит. Все это хорошие теплоизоляторы. Здесь принцип такой
- прослойка между корпусом печи должна удерживать тепло, но
сверх того - должна удерживать и воздух, который неминуемо
пойдет сквозь кирпичи внутреннего корпуса. И это второе не
менее важно. Если используем один песок, то верхний слой на
уровне от верхней трети верхнего же венца необходимо засыпать
слегка влажной красной глиной и утрамбовать. Если этого не
сделать, то в процессе плавки получим фонтан горячего песка,
извергающийся прямо вам в лицо - не подойти , не поглядеть.
Плюс песочный дождь, сыплющийся вам на голову и за шиворот.
Это результат пробивания газами из печи толщи песка. Поэтому
наружный слой глины необходим.
Время подводить дутье. Схема подвода дутья изображена на рисунке.
Отрезок трубы 1 1/4", в который мы будем подавать
воздух от воздуходувки вставлен в тройник. Боковое отверстие
тройника делается открывающимся (на подпружиненном винте -
круглая металлическая пластина) В третье отверстие вставлен
еще один отрезок трубы - он более длинный и ведет до центра
печи. На конец этой трубы одевается уголок, для заворачивания
потока воздуха от горизонтали - вверх, внутрь печи.
Отмечу, что для данной конструкции печи нет необходимости в колосниках и т.п.
устройствах. Поток воздуха направляется вертикально вверх - в подставку под
тиглем, которая с зазором 8-10 мм возвышается над воздухоподводящей трубой,
опираясь на 2 опорные пластины. Воздух отражается от дна подставки и растекается
по обе стороны тигля, якобы параллельно дну печи. Место входа воздухоподводящей
трубы в печь перед плавкой герметизируем влажной глиной, чтобы воздух, попав
в печь, не выходил наружу.
Предварительные приготовления и установка тигля в печи.
В описываемой печи и технологии используем тигель N3, или N4.
Заглянем внутрь печи. Прямо в центре ее мы увидим отверстие для подвода воздуха.
Тигель мы должны будем установить прямо над ним. Для этого, возьмем чуть меньше
половины огнеупорного кирпича и установим его над отверстием дутья на высоте
8-12 мм, используя плоские, по возможности, подставки. Я использую "пластинки" шамота.
(в кавычках, потому как они всегда кривые - я их отбиваю от старых расслоившихся
шамотных кирпичей. но, полагаю, подойдет обычная керамическая плитка.) Устанавливаем
полкирпичины на ребро на подставки ДИАГОНАЛЬНО относительно стенок печи. См.
рис.
Вид сверху на печь:
Печь в разрезе:
Почему диагонально. Все-таки и подставка под тигель,
и сам тигель занимают в печи достаточно большой обьем, а печка
у нас маленькая. Если вспомнить рекомендации В.Фурсы - расстояние
между стенками печи и стенкой тигля не должно быть менее 80мм.
В.Фурса прав. Иначе процесс горения развивается плохо и мы
рискуем не получить высокую температуру. При диагональном же
способе установки подставки под тигель в печи образуются два
сравнительно больших кармана горения по обе стороны тигля -
в углах печи, их достаточно для обеспечения нужной нам высокой
температуры. Чтобы убедиться, что все у нас правильно, необходимо
проверить, хорошо ли поступает в эти карманы воздух. Включаем
дутье и контролируем рукой. Должно четко ощущаться давление
воздуха в двух углах печи по обе стороны от подставки под тигель.
Еще момент. Все-таки печка у нас малая, и было бы хорошо, чтобы
подставка под тигель не была избыточно большой. Т.е. она должна
быть минимально необходимых для устойчивой установки тигля
размеров по длине - около пол-кирпича, а то и меньше. Но чтобы
тигель стоял устойчиво и не шатался, иначе увеличивается риск
его опрокидывания в процессе подсыпки кокса.
Касательно способа установки подставки под тигель. Обычно я тигель N3 устанавливаю
на ребро кирпичины, т.е. высота подьема тигля у меня равна ШИРИНЕ кирпича =
120 мм. Тигель N4 же я устанавливаю на пол - кирпичины плашмя, т.е. высота
установки тигля равна ТОЛЩИНЕ кирпича = 65 мм. Это из-за того, что N4 больше
в диаметре, и он свешивался бы с ребра кирпича, что недопустимо. Недопустимо
потому, что часто снизу идут кинжальные потоки пламени, которые просто прорезают
тигель в местах, где он не защищен кирпичом.
Но... - честно говоря, установка на высоту 65 мм мне не кажется оптимальной.
Т.к. близко дутье, то температура там все же поменьше, чем в более высоком
сечении печи...
Процесс плавления.
Для плавки нам потребуется 2,5 ведра кокса.(Здесь и далее 1 ведро = 10 литров
обьема).
Фракция - примерно 25-40 мм. Не более. Если больше..., как сказать - мне лично
не нравится как горит более крупная фракция. С одной стороны - дольше, что
вроде-бы хорошо, но с другой - медленнее набирает температуру. Это не догма,
тут можно спорить, в домнах, например, используют фракцию 50-60 мм, но то домна...
немного другой масштаб. В общем, я сейчас использую фракцию не более 40 мм.
Процесс плавления состоит из 5-ти основных этапов:
1. Розжиг и первоначальная загрузка печки.
Расход кокса - 1 ведро.
Длительность этапа - 12-15 минут. (от момента разогревания всего топлива докрасна)
2.Подсыпка N1
Расход кокса - 0,5 ведра.
Длительность этапа - 15 минут. (здесь и далее от момента
окончания засыпки и закрытия крыши.)
3.Подсыпка N2
Расход кокса - 0,5 ведра.
Длительность этапа - 15 минут.
4.Подсыпка N3
Расход кокса - 0,5 ведра.
Длительность этапа - 10-12 минут.
5.Охлаждение и кристаллизация
Длительность этапа - 30 минут.
Теперь остановимся немного более подробно. Почему первый
этап горения немного короче остальных, хотя угля целая
печка. Оговорюсь, это не догма, и у всех
может быть по разному. Но т.к. я разжигаю кокс на древесном угле,
то его доля в первоначальной загрузке печки может быть
значительной. Но древесный
уголь
горит что твой порох, и поэтому если промедлить, то можно застать
горение уже в середине печи, а тигель будет открыт, что
плохо. И потому, что в открытом
состоянии он слабо нагревается, и потому, что при подсыпке кокса
мы можем банально
его опрокинуть впопыхах. Пиши пропало, плавка не удалась. Поэтому
следить необходимо внимательно, если кокс подсел настолько,
что показалась крышка
тигля, стоит
переходить к следующему этапу.
Положение крыши. Крыша печки у нас состоит из двух кирпичей.
Между ними мы оставляем щель для выхода газов. Размер этой
щели очень важен - им мы регулируем выхлоп: и температуру внутри
печи, и скорость горения. Т.к. у меня не предусмотрено регулировать
само дутье, то я регулирую выхлоп.
Первый этап. На нем у нас задача простая - предварительно
прогреть печь, высокой температуры мы все равно не достигнем,
следовательно, ничто не должно препятствовать прохождению воздуха
и мощному горению. Пока кокс холодный, воздуха необходимо очень
много. Поэтому щель между кирпичами делаем где-то 25 мм. Прогорело.
Второй этап. Теперь подсыпаем первый
раз. Сдвигаем одну кирпичину в сторону, вторая у нас остается
лежать, и лежит
всю плавку - мы ее больше не трогаем. Дутье можно выключить,
а можно и не выключать. Здесь есть одна тонкость. Если собираемся
выключать дутье, то сначала необходимо открыть крышу печи,
а потом уже выключать. Если наоборот, а крыша была плотно закрыта
(это уже обычно бывает к концу плавки) то рискуем получить
мощный "бум!". Взрыв то есть. У меня так однажды
оторвало и унесло переднюю часть пылесоса - образовавшиеся
газы в замкнутом обьеме печи при ее открытии и доступе кислорода
взорвались. Причем времени на их образование нужно совсем немного.
Мощный такой звук был :)
Итак, открыли печь, и быстренько подсыпаем порцию кокса. Для ускорения этого
процесса кокс предварительно необходимо расфасовать в 2-3 тонких полиэтиленовых
пакета. Хватаем эти пакеты и по очереди закидываем их в печь. После чего ворушим
в печи кочергой, ровняя топливо. Кстати, часто требуется еще и до засыпки новой
порции топлива разровнять прогоревший кокс внутри печи - там образуется много
пустот и топливо распределенo неравномерно и рыхло. Но тоже осторожно, не попадите
кочергой по тиглю :)
Разровняли, и быстро кирпичину двигаем на место, оставляя щель между первым
и вторым кирпичами крыши в 15 мм. Если все идет успешно, подьем температуры
происходит очень быстро. Стоим рядом, наблюдаем. Через 2-3 минуты эта новая
порция кокса должна уже раскалиться до ярко красного цвета. И теперь настало
время уменьшать щель между кирпичами. Иначе тепло будет бесцельно выдуваться
наружу. Сужаем щель до 10 мм, и через 2-3-4 минуты еще до 7-8 мм. Необходимо
внимательно следить за процессом горения, если чувствуете, что после сужения
щели пламя стало задыхаться - открыть щель чуть больше, подождать пока раскалится
и сузить опять. Главное правило таково - уменьшать выхлоп можно только тогда,
когда температура в печи достаточно велика и печь раскалена.
Это хорошо видно по печке, по тому - как горит, но словами описать это состояние
несколько сложно. Это придет с опытом. Итак, сузили щель до 8 мм и отдыхаем
до следующего этапа.
Третий этап. На нем все также как
и на втором, только сужать щель на крыше можно чуть больше
- до 5 мм, т.к. температура
в печи уже достаточно велика. Мы уже не должны видеть стенок
печи в сиянии огня, языки "плазмы", проходящие сквозь
щели крыши и под ней должны быть полуневидимыми и ровно спокойно
шипеть. При открытии крыши от печки должно физически шибать
жаром, а внутри плавать солнце. Серьезно, однажды посмотрев
в этот как бы жидкий огонь - становишься пироманьяком надолго
:)
Четвертый этап - копия третьего во всем, кроме времени
и того обстоятельства, что кирпичи на крыше мы можем (и должны)
уже сомкнуть не оставив щели совсем. Т.е. пламя будет выходить
уже из-под кирпичей крыши. Эта последняя засыпка должна не
только дать жар для плавления (хотя, к этому времени все уже
должно быть жидким внутри тигля, но нужно время для дегазации
расплава) но и должен остаться кокс для процесса кристаллизации.
Пятый этап - замедленное охлаждение и кристаллизация
расплава. Итак, крыша сомкнута, но дополнительно кладем сверху
на нее еще один кирпич - перекрываем верхнюю щель окончательно.
А теперь немного oткрываем заслонку на впускной трубе дутья.
Образуется отверстие полумесяцем, через которое сбрасывается
лишний воздух. Через 5-10 минут открываем заслонку шире. Еще
через 10 минут - еще шире. И т.д. до полного открывания. Точные
рекомендации тут дать сложно. Нужно видеть, как горит топливо
по языкам пламени, бьющим из-под крыши, по цвету свечения внутри
печи - он просматривается через щели между крышей и внутренним
корпусом печи. Т.е. стремиться нужно к тому, чтобы свечение
тускнело постепенно, а не резко вдруг. И чтобы не оставалось
на высокой температуре слишком долго, пока весь кокс не выгорит,
а потом хлоп - резко упадет вниз. В общем, тут тоже опытным
путем необходимо будет подобрать режимы остывания конкретно
для себя любимого.
Можно, конечно закрыть печь, выключить дутье, и оставить остывать
самоходом, что я длительное время и проделывал.... Но тут есть
одно "Но". Тигель,
не закрытый коксом, а к этому времени он у нас уже прогорел - очень быстро
теряет температуру за счет излучения и охлаждается тоже быстро. Дендриты получаются
мелкие. В общем, техник охлаждения есть множество, тут простор для творчества
:) Да, описанный метод охлаждения - это охлаждение докрасна. Резко вынимать
тигель из печи после этого не стоит - слиток может потрескаться. Поэтому я
даю ему постоять в печи пока не почернеет (при открытой крыше) , а уже тогда
вынимаю и охлаждаю на спокойном воздухе.
Заключение.
Вот такая одна из технологий плавления металла на коксе. Есть свои плюсы -
все устройство достаточно простое. Есть минусы, черная пыль, грязь, топливо
обьемное, неудобное в доставке. К концу плавки ходишь чумазый что твой
кочегар. А если еще комары на даче докучают - отпечатки черных ладоней
на лице выглядят достаточно комично. :) Что еще... Процесс плавления не
сказал бы что отличается такой уж простотой... Погода еще вот влияет. В
пасмурную погоду горит лучше, как это ни странно. Одну из плавок я вообще
провел под проливным дождем. Почти всю. И ничего, слиток вышел нормальный.
Возможно это связано с изменением содержания кислорода в воздухе от температуры,
не знаю...
------
С уважением ко всем дочитавшим до конца,
А.Ramir, 2006г.
===
наверх
|