Тигельна плавка, або тигельний процес — одержання металів (сплавів) у рідкому стані в тиглях. Виникла за бронзової доби. Тигельна плавка є найстародавнішим способом виплавки металів (міді, бронзи, сталі). Про тигельну плавку писав Арістотель (4 ст. до н. е.), вона відома з 4 ст. до н. е. в країнах Стародавнього Сходу — в Індії, Персії, Сирії та деяких інших країнах. Спочатку тигельна плавка була застосована для виробництва кольорових металів і сплавів (міді, бронзи), пізніше — для виплавлення сталі — тигельної сталі.

Вперше сталь у рідкому стані, так звана ливарна сталь, була одержана саме тигельним способом. Тигельна плавка використовувалася для виплавки яісної сталі (булатної, інструментальної). Найбільшого розвитку тигельна плавка сталі досягла у 1-й половині 19 століття, пізніше як малопродуктивна, з розвитком інших способів одержання сталі, втратила своє значення.

Історія Тигельна плавка спочатку викорристовувалася для виплавки кольорових металів.

Тигельна плавка була одним з найдавніших способів одержання сталі в Азії. В Європі тигельна плавка сталі не була відома до винайдення її у 1740-х роках годинникарем з Донкастера Бенджаміном Гантсманом. Переїхавши до Хендсворта поблизу Шеффілда він почав виробляти у тиглях високоякісну ливарну сталь. До того сталь в Європі виробяли лише у твердому стані цементацією заліза. В 1740-х роках тигельна плавка стала процесом, за яким вперше в Європі було одержано ливарну сталь, тобто сталь у рідкому стані і залишалася єдиним способом одержання ливарної сталі до середини 19 століття (появи бесемерівського і мартенівського процесів).

Основні прийоми тигельної плавки кольорових металів і сталі довгий час залишалися незмінними, однак процес був об'єктом досліджень і вдосконалень. Робилися зміни складу шихти, у виготовлення тиглів, конструкції печей.

Тигельна плавка посідала провідне місце у виробництві високоякісних сталей до появи електросталеплавильного процесу. Тигельна плавка є малопродуктивною. З розвитком мартенівського виробництва, конверторного виробництва й електросталеплавильного процесу тигельна плавка сталі втратила своє значення. До середини 20 століття тигельна виплавка сталі зберегалася в окремих країнах, зокрема Великій Британії і Швеції.

Обладнання тигельного виробництва

Тиглі

При тигельній плавці метал плавлять у вогнетривких або в металевих (чавунних, сталевих) тиглях, які вміщують у тигельні печі. Для плавлення кольорових металів необхідно правильно підбирати тиглі, враховуючи той факт, що тиглі можуть реагувати з металом і флюсами, забруднюючи їх. Для плавки кольорових металів тиглі бувають графітові, сталеві або чавунні (для легкоплавких металів — свинцю, олова тощо). Для плавки сталі тиглі робили з вогнетривних глин, або їх сумішей.

У 19 столітті тиглі виготовляли з глини. Вони мали низьку стійкість і тому зазвичай виготовлялися на місці на металургійному заводі. Точні рецепти сумішей глин трималися в секреті як комерційна таємниця. Після виготовлення тиглі сушилися протягом тривалого періоду, іноді до 6 тижнів. Тиглі були придатні лише протягом трьох плавок.

Печі для тигельної плавки

При сучасній тигельній плавці (2-а половина 20 століття — початок 21 століятт) тигель (один або кілька) встановлюють у піч, що складається з металевого кожуха, футерованого зсередини вогнетривкою кладкою. Тигельні печі з природною та примусовою тягами опалюються коксом, мазутом, газом чи електрикою. Коксові горни нині застосовуються рідко, оскільки вони малопродуктивні. Найбільш поширені печі, що опалюються мазутом або газом. Спалювання палива у робочому просторі проводиться зазвичай за допомогою пальників низького тиску. Тигельні печі бувають стаціонарні та такі, що нахиляються. Зручнішими в роботі є стаціонарні тигельні печі. Широко поширена в ливарних цехах алюмінієвих сплавів тигельна піч, що нахиляється типу Колеман. Такі тиглі повертають за допомогою ручного або механічного приводу. Тигель служить тільки для плавки металу, а заливку здійснюють за допомогою ковшів, в які метал виливають після розплавлення.

Тигельні печі знаходять застосування в порівняно невеликих цехах, що випускають виливки дрібного і середнього розважування. рідкий розплав при плавці не стикається з газами і окиснення (угар) порівняно невелике. Мала площа дзеркала ванни сприяє плавці під покривом флюсу.

Виплавлення тигельної сталі

В наш час (2025) для плавки чорних металів тигельна плавка засосовується рідко, переважно для виплавки високоякісних сталей, виробництва синтетичного чавуну та в інших випадках. Для плавки можуть використовуватись тигельні горна, газові тигельні печі і індукційні тигельні печі.

У 18, 19 і на початку 20 століть при виплавці якісної ливарної сталі основним компонентом шихти для тигельної плавки сталі була цементова сталь або пудлінгова сталь (містили включення шлаку). Мілкі шматочки цих сталей переплавляли у тиглях. При тигельній плавці виходила чиста і однорідна за складом сталь (без включень шлаку). Її розливали у форми для одержання заготовки або готового виробу. У всіх цих випадках процес полягав переважно лише у переплавці металу в тиглях.

Були також варіанти тигельні плавки сталі, при яких у тиглі відбувається більш складний процес. За Д. Мюшетом пулінгове зварне залізо переплавляється в тиглі з деревним вугіллям, кількість якого залежала від бажаної твердості сталі. В цьому процесі залізо, розчиняючи в собі вуглець вугілля, перетворювалося на сталь. Він також почав додавати в тигельну шихту оксиди марганцю — ввів операцію розкиснення сталі (1801). За способом Ухаціуса шихта складається з чавуну, залізної руди і перекису марганцю. Процес зі схожею шихтою запропонував Обухов (1857). У цих двох процесах окрім плавління відбувалося окислення чавуну і зневуглецювання металу.

Взагалі, тигельна плавка сталі полягає у плавленні чистої (без домішок сірки і фосфору) металевої шихти в закритих тиглях, кипінні металу і його заспокоюванні. Під час тигельної плавки розплавлений метал не контактує з пічними газами, що виключає можливість окислення металу і насичення його шкідливими газами. Тигельним процесом можна одержати будь-яку сталь (за винятком м'яких — через високу температуру плавлення).Металлургия стали. Общий курс. / Е. В. Абросимов, И. И. Аншелес, В. А. Кудрин ; ред. В. И. Явойский. — М.: Металлургиздат. — 1961. Тигельна плавка сталі має такі недоліки — низьку продуктивність праці, високі вимоги до чистоти шихтових матеріалів, низьку стійкість тиглів (до 3 плавок), велику витрату палива та інші. Ці недоліки спричинили витиснення тигельного процесу іншими способами одержання сталі.

Виплавлення кольорових металів

Тигельну плавку кольорових металів (сплавів) застосовують в основному в невеликих ливарних і ремонтних майстернях для отримання сплавів кольорових металів або для розплавлення металів і сплавів перед заливкою ливарних форм.

Для виплавки сплавів на цинковій, олов'яній та свинцевій основах у невеликій кількості застосовують зазвичай тигельні печі з електропідігрівом, а також печі, що обігріваються газом або мазутом. Тиглі використовують чавунні, сталеві або графітошамотні.

Плавка цинку і цинкових сплавів Сплави типу ЦАМ при плавці в тиглях готують так. Перед завантаженням шихти тиглі добре прогрівають, а потім вводять приблизно 2/3 необхідної за розрахунком кількості цинку. Після розплавлення цинку вводять алюміній та мідь у вигляді лігатури (50 % Al та 50 % Cu). Додаткове підшихтування міді іноді проводиться латунними обрізками. Після розчинення лігатури сплав перемішують і при 450°С довантажують решту цинку (1/3 від загальної кількості), а потім, безпосередньо перед розливом, вводять магній. Магній у кількості до 0,1 % є стабілізатором та затримує розтріскування цинкових сплавів при природному старінні. Якщо у шихту додають відходи або сплав вийшов сильно окисленим і газонасиченим, то перед литтям розплав рафінують хлористим цинком. Плавку ведуть за температур 460—480°С. Перегрів сплаву вище 480°С не допускається, оскільки він сприяє зайвому окисленню, газонасиченню, відхиленню від хімічного складу та зниженню властивостей сплаву.

Плавка олов'яних сплавів З олов'яних сплавів у техніці знаходять застосування бабіти (Б83). Плавлять бабіти в тигельних печах, що обігріваються газом або електрикою. Краще їх плавити в чавунних тиглях (з природолегованих хромонікелевих чавунів), оскільки сталь порівняно швидко роз'їдається олов'яними сплавами. При плавці Б83 в очищений і підігрітий до темно-червоного гартування (600—700 ° С) тигель завантажують мідяносурм'яну лігатуру (50 % Cu і 50 % Sb), сурму і приблизно 1/3 олова від загальної кількості всієї маси. Плавку ведуть під шаром дрібного прожареного деревного вугілля. Температуру розплаву доводять до 600—700 ° С, зчищають шлак, що утворився, і вводять по частинах інше олово. Дають сплаву відстоятися протягом 10-15 хв при 500—550 ° С, потім енергійно перемішують і виливають рідкий метал у металеві виливниці при 425—450 ° С. Малоолов'яні бабіти готують у подібній послідовності, тобто спочатку розплавляють лігатуру мідь-сурма, частину олова і 1/2 відходів (якщо вони входять у шихту). Сплав перегрівають (під шаром деревного вугілля) до 600—700 ° С, вводять свинець та інше олово. Перед розливом ретельно перемішують метал, зчищають шлак і виливають у виливниці при 500—520°С.

Плавка свинцевих сплавів Свинцеві метали готують у тих самих печах, як і олов'яні. Печі мають бути обладнані гарною витяжкою. Процес приготування сплавів складається із сплавлення складових шихти та очищення розплаву від шкідливих домішок (рафінування). Спочатку в тигель завантажують 3/4 всієї кількості свинцю (за розрахунком) та відходи. Після розплавлення на поверхню завантажують дрібне деревне вугілля. При 500—550 ° С завантажують сурму або лігатуру мідь-сурма (якщо до складу сплаву входить мідь). Після розчинення раніше завантаженої шихти в тигель завантажують решту свинцю, перемішують розплав і починають очищення (рафінування) металу від окисних та інших неметалевих включень шляхом. Після зняття з поверхні металу шлаку вводять за розрахунком олово, сплав ретельно перемішують і розливають у чавунні виливниці.

Плавка міді У тиглях мідь виплавляють лише при невеликих обсягах виробництва.

Див. також Тигельна сталь

Примітки

Література Тигельна плавка. //

Посилання