РУКОВОДСТВО ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ КЕРАМИЧЕСКОГО ТИГЛЯ.

1.Назначение   тигля.

1.1 Тигель керамический (в дальнейшем – тигель) предназначен для осуществления плавок и литья цветных металлов и их сплавов с температурой плавления не превышающей 1400⁰ С.   Промышленную апробацию на совместимость с материалом тигля прошли сплавы следующих металлов: алюминия, железа (чугун), золота, меди, свинца, серебра, цинка. 

1.2 Применение тигля наиболее целесообразно в печах сопротивления. В низкочастотных и среднечастотных индукционных печах, наиболее распространенных в ювелирном деле, материал тигля не нагревается, поэтому его применение ограничено ролью капсулы при обязательном наличии нагревательного тигля-нагревателя из графита, не контактирующего с металлом. В высокочастотных индукционных установках (рабочая частота выше 400 kHz) нагрев происходит за счет саморазогрева металла, и керамический тигель применяется самостоятельно, без графита.

1.3 Тигель позволяет осуществлять литье методами: свободной заливки, центробежного  и вакуумного литья. Керамический тигель, в рамках гарантированного изготовителем срока, не разрушается вследствие интенсивного окисления на воздухе, и поэтому не  меняет свои первоначальные  геометрические размеры, обеспечивая, таким образом, постоянство теплофизических свойств и точность посадки в системе тигель – муфель (тигель – нагреватель).

2.Химический состав тигля.

2.1 Тигли изготовляются по технологии РСНК из композиционной керамики.  Матрицей композиционной керамики  является нитрид кремния, в состав наполнителя входят оксинитрид и оксид кремния, оксид алюминия. Данные компоненты не токсичны при нагреве, практически не вступают в химическое взаимодействие с литейными металлами, их сплавами и не влияют на их литейные свойства  и химические свойства отливок.

2.2 После длительной эксплуатации при температуре выше 1000⁰С, а также после кратковременных перегревов выше 1400⁰С внешняя поверхность тигля покрывается пленкой двуокиси кремния (кварцем), которая защищает его от дальнейшего окисления и также не вступает во взаимодействие с металлом.

2.3 При использовании любых, даже сверхчистых металлов, сплавов, лигатуры и флюсов неизбежно зашлаковывание внутренней поверхности тигля, что не отражается на его работе, кроме случаев, описанных ниже (см. п. 4.1-4.3) .

3.Особенности работы с тиглем.

3.1 При использовании для литья данного тигля, между ним и нагревателем (индуктором) обязательно наличие предохранительного стакана (муфеля) или буферной обмазки, предохраняющих нагреватель (индуктор) от заливки металлом в случае образовании трещины в тигле.

3.2 Материал тигля позволяет эффективно применять в качестве флюса, как буру, так и борную кислоту. Перед проведением первой плавки металла рекомендуется пропитать всю внутреннюю поверхность тигля выбранным флюсом. При этом пропитка осуществляется двумя  методами. Первый метод заключается в засыпке и последующего плавления небольших порций флюса (достаточно 1-ой чайной ложки на тигель объемом 200 ml) на  внутреннюю поверхность нагретого до температуры 800⁰С  тигля прямо перед первой плавкой. Второй, в покрытии тигля водным раствором флюса. При этом в воде до сметанообразной консистенции замешивается чайная ложка смеси из 2-ух частей буры и  1-ой части борной кислоты.  После обмазки этой пастой и последующей выдержки не  менее 10 минут, тигель обязательно сушат не менее 2-ух часов при температуре 350⁰ С.

3.3 При перемешивании расплавленного металла в тигле можно использовать палочки из кварцевого стекла, титана, ниобия. Кварцевая палочка при использовании данного тигля имеет чуть более заметный  износ, чем в графитовом. Впрочем, на литейные свойства литейных сплавов  и на химический состав отливок из них это  не влияет, кроме случаев, описанных ниже (см. п. 4.1).

3.4 Важным отличием керамического тигля от графитового является отсутствие горения материала тигля и, как следствие – отсутствие защитного облака из смеси углекислого и угарного газов над расплавленным металлом. В случае плавки в керамическом тигле на воздухе металла, нуждающегося в защите (см. п. 4.1), необходимо создать над начавшим плавится металлом защитное газовое облако. Его можно создать поддувом в верхнюю часть тигля аргона, углекислого газа, азота из керамического сопла, соединенного с газовым баллоном, поддерживая расход газа 2-16 л/мин. Однако еще проще получить это облако  добавлением небольшого кусочка  древесного угля сверху шихты, при горении которого выделяются те же углекислый и угарный газы, что и при горении графита, надежно защищающие металл.

3.5 Для осуществления литья  с переносом тигля  при помощи литейных клещей существуют специальные модификации тиглей, снабженные сверху специальным фланцем, «губой». Во фланце  выполнена проточка, позволяющая захватывать и надежно удерживать тигель клещами.

3.6  По окончании заливки  металла в форму (изложницы) необходимо аккуратно, без лишних механических усилий приложенных к  тиглю, очистить его внутреннюю, еще   горячую, поверхность при помощи специального скребка (ножа) от пленки налипшего шлака и металла. Данную операцию при литье медных и алюминиевых сплавов необходимо производить после каждой плавки, в случае литья сплавов благородных металлов чистка производится по необходимости.

 3.7 Рекомендуется письменно фиксировать количество совершенных плавок и после серии плавок (не более 20) вынимать охлажденный до комнатной температуры тигель из печи для его поверхностного осмотра. Керамика данного состава характеризуется высокой стойкостью к трещенообразованию, однако, в случае появления  на поверхности тигля  ранее не замеченных «царапин» – микротрещин и, тем более, трещин, через которые сочится флюс необходимо незамедлительно его сменить.

4. Особенности работы с отдельными сплавами.

4.1 При плавке на воздухе серебряных сплавов особенно заметно влияние атмосферного кислорода, находящегося над зеркалом расплавленного металла. Серебро сильно растворяет в себе кислород, с которым интенсивно взаимодействует медь, входящая в сплав. Образовавшиеся оксиды меди значительно охрупчивают сплав. Наиболее эффективной  показала себя плавка серебряных сплавов на воздухе с добавлением в тигель кусочка березового древесного угля. Кусочек угля кладут перед расплавлением металла и вынимают перед самым литьем.  

При плавке серебра в керамических тиглях отмечено  также явление  интенсивного растворения кварцевой палочки. Данное явление приводит к вкраплениям кварца в поверхностный слой отливок, что особо заметно на крупных изделиях. Поэтому при плавке и литье изделий из данных сплавов рекомендуется использовать ниобиевую или титановую палочку.

4.2  После 100 – 120  плавок «красного» золота, сплава системы  золото – серебро – медь, стенки керамических тиглей покрываются боратами меди (на стенках появляется коричневый налет). Данные соединения являются продуктами взаимодействия флюса (буры, борной кислоты) с оксидами меди, которые неизбежно образуются при плавке лигатуры на воздухе (см. Э. Бреполь «Теория и практика ювелирного дела» стр.130). Насыщение поверхностного слоя керамики боратами чревато попаданием  этих соединений в очищенный флюсом сплав, что, в свою очередь, влечет к охрупчиванию готовых изделий. Простым способом борьбы с насыщением боратами является регулярная (по мере покрытия тигля коричневым налетом) очистка нагретого до 800⁰С - 1100⁰С тигля тонким слоем пищевой соды, счищаемым по мере его плавления и вступлению в реакцию с коричневым налетом кварцевой палочкой.

4.3 Литье медных сплавов на воздухе, характеризуется образованием самого большого количества шлаков, которые налипают на поверхность тигля, уменьшая его полезный объем, замедляя процесс нагрева металла. Поэтому, как уже упоминалось ранее, чистку стенок тигля после  литья медных сплавов необходимо производить после каждой плавки, что позволяет снизить нарастание коросты шлака в верхней части тигля и в некоторых случаях просто продлевает срок его эксплуатации.

5. Меры предосторожности при работе с тиглями.

Для длительной работы тигля  требуется избегать:

5.1 Механических ударов по тиглю,  падений тигля на пол.

5.2 Установки без зазора внутрь тигля капсул из материала с большим, чем у нитрида кремния, коэффициентом линейного расширения.

5.3 «Козления», то есть, кристаллизация недостаточно большой ванны металла внутри тигля при загрузке больших кусков холодной шихты.

5.4 Нагрева крупных кусков металла, вставленных в тигель «в распор».

5.5 Термических ударов путем охлаждения горячего тигля в воде, на холодном полу (и т.п.), заливки расплавленного металла в холодный тигель, быстрого (за  60 сек. и менее) нагрева металла от комнатной температуры до температуры плавления в индукционных печах.

5.6 Использовать для переноски в литейных клещах с холодными металлическими губками неприспособленные для этого тигли (без «губок», см п. 3.5) с расплавленным металлом.

5.7 Нагрева тигля до температур превышающих максимальную рабочую температуру (1400⁰ С).

5.8 Чистки тигля сильными щелочами, кислотами и их растворами.

6. Рекомендации по работе с тиглем, выполняющим функцию предохранительного стакана (муфеля).

6.1 Грамотное применение муфелей, изготовленных из данного материала, позволяет значительно повысить срок эксплуатации плавильной печи. Однако надо иметь в виду, что  теплопроводность нитрида кремния несколько ниже,  чем у кварца и графита, поэтому скорость нагрева металла в печи при использовании тигля  или  муфеля из данного материала  несколько ниже, чем при применении тиглей из графита, кварцита, или муфелей из кварцита, что с лихвой компенсируется  высокой химической инертностью и сроками эксплуатации.

6.2. Для длительной, соответствующей гарантийным обязательствам работы муфеля, требуется избегать ситуаций описанных в пп 5.1-5.7.

6.3  Тигель из материала, отличающегося от материала муфеля, при нагреве может расшириться больше муфеля и разорвать его, поэтому обязательным условием надежной  эксплуатации муфеля является наличие в холодном состоянии, гарантированного зазора между тиглем и муфелем. При диаметре тигля до 25 мм зазор должен быть не менее 0,8 мм, при диаметре  до 60 мм  - 1,2мм, при диаметре до 120 – 2,5 мм. Следует также отметить, что контуры тигля при проектировании теплового зазора должны в точности повторять обводы муфеля, не допускается установка тигля в распор пусть даже в небольшом пятне контакта.

7. Гарантийные обязательства.

7.1 В случае выхода тигля (муфеля)  из строя (появления трещин, сколов, и т.д.) ранее достижения гарантированного количества плавок (40)* изготовитель обязуется заменить тигель (муфель) на новый.

7.2 Грубые нарушения потребителем пунктов  5.1 -- 6.3 влечет за собой снятие с изготовителя гарантийных обязательств.

     - Под плавкой понимается один технологический цикл, включающий в себя операцию расплава металла и операцию его разлива в подготовленную форму (изложницы, опоку и пр.)

P.S. Изготовитель постоянно совершенствует свойства керамического материала тиглей.  В немалой степени труд по адаптации данного материала, изучению его технологических свойств лежит  на плечах многих и многих литейщиков. Изготовитель  с благодарностью примет любые замечания и пожелания, связанные с использованием керамических изделий. Держите связь через дилера.