Méthodes de fusion des métaux et alliages. Caractéristiques de la fusion des alliages de cuivre. Faire fondre à l'aide d'appareils faits maison
Le cuivre est aujourd’hui considéré comme l’un des alliages les plus courants. Une question assez courante est de savoir comment faire fondre le cuivre à la maison. Des propriétés de coulée élevées permettent d'obtenir des produits précis et de haute qualité et d'utiliser l'alliage comme revêtement. La coulée du cuivre peut être réalisée en l'absence d'équipement spécial. Le processus se caractérise par un grand nombre de caractéristiques différentes, qui seront discutées ci-dessous.
Température de fusion
L’un des paramètres les plus importants de chaque alliage est le point de fusion. Cela peut dépendre de la concentration en éléments d’alliage dans la composition. Le cuivre pur est coulé à une température de 1 080 °C, à laquelle le réseau cristallin est réorganisé et l’alliage devient liquide. Le cuivre peut fondre même s’il contient une impureté sous forme d’étain, mais celle-ci peut varier de 930 à 1 140 °C.
Du zinc peut être ajouté à la composition, ce qui donne du laiton. En fonction de la concentration de cet élément d'alliage, la fusion peut être réalisée à 900 ⁰C.
Lors de l'examen des caractéristiques de la fusion du cuivre, le point d'ébullition est pris en compte. Ce chiffre est de 2 560 °C. A la maison, il est quasiment impossible d’atteindre une telle température. Le processus d'ébullition est indiqué par l'apparition de bulles de gaz.
Ne portez pas l'alliage à ébullition. Cela est dû au fait qu'une fois les gaz libérés, la structure devient poreuse. De ce fait, non seulement les qualités décoratives mais aussi mécaniques sont réduites.
Séquençage
Si nécessaire, vous pouvez vous procurer des produits à des fins décoratives ou pratiques chez vous. Les instructions étape par étape pour faire fondre le cuivre à la maison sont les suivantes :
- La matière première est broyée puis placée dans un creuset. Il convient de noter qu'en réduisant la taille des morceaux de métal, le processus de fusion est considérablement accéléré.
- Après avoir rempli le creuset, celui-ci est placé dans un four préchauffé.
- L'alliage fondu doit être retiré du four à l'aide de pinces spéciales. En raison du processus d'oxydation actif, un film homogène peut se former à la surface. Avant de couler du cuivre, il doit être retiré.
- Le métal est soigneusement versé dans le récipient préparé. Il convient de noter que si l'alliage redressé pénètre dans les zones exposées du corps, des blessures graves peuvent survenir. De plus, certains matériaux peuvent s'enflammer au contact. Il faut donc faire preuve d’une extrême prudence.
Lorsque l’on réfléchit à la façon de fondre le cuivre à la maison, il convient de considérer que vous pouvez utiliser plus que de simples fours. Dans certains cas, un brûleur à gaz est utilisé pour chauffer le fond du creuset. Le processus est moins productif, mais sa préparation prend peu de temps.
Un chalumeau ordinaire peut être utilisé comme équipement de chauffage. Lors de l'utilisation de cette technologie, il convient de garder à l'esprit que le contact du cuivre avec l'air entraîne l'apparition rapide d'oxyde. Dans certains cas, pour réduire l'intensité de l'oxydation, la surface est recouverte de charbon de bois broyé.
Équipement de fusion du cuivre
La phase préparatoire implique l'achat d'équipements spéciaux. Vous pouvez faire fondre du cuivre à la maison si vous avez :
- Four à moufle. Les options de conception modernes permettent de contrôler la puissance de chauffage avec une grande précision, ce qui simplifie considérablement le processus de fusion et permet d'obtenir un meilleur résultat.
- Un creuset conçu pour retenir la charge et la faire fondre.
- Pince avec laquelle le creuset est retiré du four. Il convient de considérer que la surface va chauffer, vous devez donc utiliser un mécanisme spécial en alliage résistant à la chaleur.
- Crochet et aspirateur ménager.
- Charbon pour revêtement de surface.
- Un moule en matériau résistant à la chaleur dans lequel sera effectué le moulage.
- Brûleur à gaz ou forge pour augmenter la ductilité de l'alliage.
N'achetez du matériel professionnel que si la coulée du cuivre est effectuée périodiquement. Il se caractérise par un coût élevé ainsi que par une efficacité d'utilisation.
Four à moufle
Le moyen le plus simple de faire fondre du cuivre à la maison est d'installer un four à moufle. Parmi ses caractéristiques on note :
- La charge peut être chauffée à des températures plus élevées, augmentant ainsi la fluidité. Cela est dû à une efficacité élevée, puisque les parois de la structure réfléchissent et accumulent la chaleur.
- Le processus de fusion est accéléré.
- Haute performance. Une répartition uniforme de la chaleur permet de fondre simultanément de grandes quantités de cuivre.
De plus, le four à moufle est assez simple à installer si vous respectez toutes les règles de sécurité. Des problèmes liés à l'installation de tels équipements à la maison surviennent souvent en raison de la grande taille de la structure.
Brûleur à gaz
La coulée du cuivre à la maison à l'aide d'un brûleur à gaz est souvent effectuée si les produits en cuivre sont extrêmement rares. Un tel processus se caractérise par de faibles coûts financiers. Lors du choix d'une telle technologie, les éléments suivants sont pris en compte :
- Indicateur de faible efficacité.
- Au moment de la fusion, des difficultés surviennent avec une répartition uniforme de la chaleur.
- Les travaux doivent être effectués dans un espace ouvert dans le respect des règles de sécurité incendie.
Un brûleur à gaz peut chauffer le creuset en quelques minutes. Il convient de noter que le cuivre s'oxydera rapidement.
Chalumeau
La fonte lors de l'utilisation de chalumeaux est extrêmement rare. Cela est dû à la faible efficacité de cette méthode. Comme dans le cas précédent, lors de l'utilisation d'un chalumeau, une oxydation active de la surface se produit.
Lorsque vous utilisez un chalumeau, tenez compte du fait qu'il faut beaucoup de temps pour chauffer le métal. Dans ce cas, le chauffage doit avoir lieu sans interruption, car le métal refroidit rapidement, après quoi il commence à cristalliser.
Corne
À la maison, la coulée d'ébauches de cuivre peut être effectuée dans une forge. Ce four se caractérise par les caractéristiques suivantes :
- Il est souvent utilisé en forge.
- Il convient de prendre en compte le faible indicateur d'efficacité, en raison duquel la fonte du cuivre prend beaucoup plus de temps.
- Il existe deux modèles : ouvert et fermé.
La température de fusion lors de l'utilisation d'une forge est relativement basse. Par conséquent, tout le cuivre ne peut pas être fondu avec cette méthode.
Faire fondre à l'aide d'appareils faits maison
La fusion peut être réalisée à l'aide de structures faites maison. Ils sont souvent une combinaison d'une source de chaleur et d'un boîtier en matériau réfléchissant la chaleur. Vous pouvez faire fondre le cuivre à la maison à l'aide de tels appareils.
En règle générale, en créant une structure réfléchissante spéciale, l'efficacité est augmentée et le processus de chauffage de la charge est accéléré. Vous pouvez fabriquer un corps réfléchissant pour le creuset en utilisant des briques résistantes à la chaleur.
2014-05-30
Les produits en cuivre sont très beaux et élégants, ce qui vous donne envie de créer vous-même un produit en cuivre. À ces fins, le métal doit d'abord être fondu. Dans le processus de coulée, la plupart des gens utilisent plusieurs types principaux de cuivre : du rouge pur et des alliages tels que le bronze et le laiton.
Le processus de fusion de produits en cuivre dans un four à moufle
Tout d’abord, vous devez mettre les morceaux de métal préparés dans le creuset, puis placer le creuset dans le four à moufle. Ajustez la chaleur à la position souhaitée. Lorsque le métal commence à fondre, un film d'oxyde apparaît à sa surface.
Lorsqu'une certaine température de fusion est atteinte, il faut ouvrir la porte et saisir le creuset avec une pince. Utilisez un crochet en acier pour retirer le film d'oxyde formé, puis versez le métal en fusion dans des moules préparés à l'avance. Si le four à moufle a la puissance nécessaire, il peut faire fondre une variété d’alliages de cuivre ou de cuivre rouge.
Comment faire fondre le cuivre en utilisant d'autres méthodes
S'il n'est pas possible d'utiliser un four à moufle, il existe une alternative : faire fondre le métal à l'aide d'un autogène, auquel cas la flamme doit être dirigée du bas du creuset vers le haut. Ce processus s'accompagne d'un bon accès à l'air. Afin d'éviter une forte oxydation du cuivre, vous pouvez saupoudrer du charbon de bois broyé dessus.
Le cuivre jaune, appelé laiton, et certains types de bronze fusibles peuvent être fondus à l'aide d'un chalumeau. Ce processus est quelque peu similaire à l'utilisation d'un autogène, il convient de considérer que le creuset doit être aussi englouti que possible par les flammes.
S'il n'est pas possible d'utiliser un autogène ou un chalumeau, utilisez une forge ordinaire. Vous devez placer le creuset sur la couche de charbon de bois. Pour augmenter la température de combustion, vous pouvez utiliser la technologie consistant à souffler de l'air dans les zones de combustion. À ces fins, vous pouvez utiliser un aspirateur domestique à soufflet. Son tuyau doit être équipé d'un embout métallique pouvant être rétréci, ce qui permettra d'obtenir un jet d'air beaucoup plus fin.
Le cuivre rouge est visqueux et fusible, il est donc pratiquement impropre au moulage figuré. Le laiton est mieux adapté à cette procédure. Il fond plus facilement et sa couleur est beaucoup plus brillante.
Matériaux populaires
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Le cuivre est une matière assez plastique de couleur rose doré ou rose pur s'il n'y a pas de film d'oxyde. Il est extrêmement populaire. Assez souvent, vous pouvez trouver des produits en cuivre, divers souvenirs, de nombreux éléments décoratifs, des objets beaux et insolites. Il y a aussi quelques détails utiles sur le ménage. Ce matériau est très apprécié par de nombreux artisans. Les utilisations les plus courantes du cuivre rouge pur, du bronze et du laiton (ses alliages).
Mais que se passe-t-il si vous n'êtes pas un artisan professionnel et que vous décidez en même temps de fabriquer quelque chose à partir de ce métal ? Une question raisonnable se pose : « Comment faire fondre le cuivre à la maison ?
De quoi aurez-vous besoin pour travailler ?
Avant de vous lancer dans le traitement du cuivre et de ses alliages, vous devez acquérir tous les outils nécessaires :
- creuset;
- forceps;
- four à moufle;
- charbon;
- clairon;
- aspirateur domestique;
- un crochet en fil de fer ;
- un moule pour un produit à fabriquer.
Assurez-vous qu'avant de faire fondre le cuivre à la maison, tous les outils sont à portée de main et soigneusement disposés, et non empilés.
Comment fondre le cuivre soi-même ?
Pour que tous les travaux soient terminés avec succès, sans aucun problème, suivez simplement l'algorithme ci-dessous :
- Tous les fragments de cuivre sont placés dans un creuset placé dans un four à moufle.
- Il est nécessaire de régler la position souhaitée pour le régulateur de chauffage. Vous pouvez surveiller l'état du contenu à travers une fenêtre dans la porte du four.
- Ensuite, pour faire fondre le cuivre, vous devez attendre la température requise pour que le métal commence à fondre. Dès que cela se produit, vous devez ouvrir le four et utiliser des pinces spéciales pour saisir le creuset.
- Lors de la fusion, un film d'oxyde apparaîtra à la surface du métal. Il faudra le retirer sur le côté à l’aide d’un crochet en fil de fer.
- Après cela, vous pouvez commencer à fabriquer divers produits en cuivre en les versant simplement dans des moules pré-préparés.
Note importante
Il convient de noter qu'il existe de nombreuses histoires sur Internet sur la façon dont les gens ont fait fondre ce métal non pas avec un équipement spécial, mais sur un feu, dans une boîte de conserve. En règle générale, ces auteurs n'ont aucune idée du point de fusion réel du cuivre - 1083 degrés. L'essence de ce qui a été dit est que vous devez vous préparer à des dépenses financières assez importantes. De nombreux outils ne sont pas très bon marché. De plus, avant de faire fondre le cuivre, vous devez prendre soin de l'équipement de sécurité.
Comment faire fondre le laiton ?
Ce matériau est un alliage de cuivre à plusieurs composants. Les pièces fabriquées à partir de celui-ci sont souvent utilisées pour créer diverses structures.
Que faut-il pour fondre ? Pour faire fondre du laiton, vous devez disposer de tous les outils répertoriés dans la liste suivante :
- four à moufle;
- chalumeau;
- brûleur à gaz;
- creuset;
- pinces métalliques;
- charbon;
- fil de fer;
- la forme du produit qui sera fabriqué à partir de ce métal.
Instructions pour faire fondre le matériau
Pour éviter diverses blessures, ainsi que des dommages matériels, vous devez agir strictement selon les instructions fournies. Un autre point important est d'assurer la ventilation de la zone de travail. La deuxième chose à faire est de broyer le matériau lui-même, ce qui lui permettra de fondre plus rapidement. Une fois cela fait, vous pouvez vous mettre au travail :
- mettre tout le matériel dans un creuset et le placer au four ;
- à l'aide d'un élément qui régule la température, réglez le degré de fusion souhaité (de 880 à 950 degrés) ; Allume le four;
- Pendant que le métal fond, observez-le à travers la fenêtre de la porte du four ;
- une fois que l'état requis du laiton est atteint, la porte peut être ouverte ;
- à l'aide d'un crochet en fil de fer, retirer le film d'oxyde de la surface ;
- à l'aide de pinces et en prenant toutes précautions, saisissez le creuset avec elles ;
- retirez-le délicatement du four et commencez à verser le contenu dans les formes préparées à l'avance.
Les conseils suivants peuvent rendre le processus de travail un peu plus facile si vous n'avez soudainement plus certains des outils nécessaires à portée de main :
- S'il n'y a pas de four à moufle, vous pouvez utiliser un haut fourneau, si disponible. A noter qu'il peut également être loué. Mais avant de faire fondre le cuivre, assurez-vous que l'appareil est capable de chauffer jusqu'à 1083 degrés. Et assurez-vous également qu'il peut résister à un fonctionnement à une température donnée.
- Si vous deviez quand même utiliser un haut fourneau, découvrez comment bien gérer les changements de température. Sinon, le métal pourrait commencer à bouillir.
- Le moule pour fabriquer un produit en cuivre doit avoir un point de fusion plus élevé que le métal lui-même.
De plus, au lieu de fours pour traiter le laiton, vous pouvez utiliser d'autres outils disponibles. Vous pouvez utiliser une torche ou un chalumeau pour chauffer. Pour traiter du métal avec, vous devez placer l'appareil dans une position stable avec la flamme vers le haut. Placez un support en fil de fer au-dessus. Placez un creuset sur le tout avec du laiton plié dedans. Ensuite, vous devez allumer l'outil de chauffage, en réglant la puissance de feu de manière à ce qu'il puisse recouvrir complètement le fond du récipient. Du fait que la fusion se produira à l'air libre, le laiton commencera à s'oxyder. Pour réduire cet effet, recouvrez la surface du récipient d'une couche dense de charbon de bois.
Le cuivre est extrêmement populaire et métal commun, utilisé dans la production d’électronique, la transmission de puissance et la fabrication de divers alliages.
Quel est le point de fusion du cuivre, comment ça se passe extrait et pourquoi c'est intéressant? Parlons de tout cela.
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Comment obtient-on le cuivre ?
Les réserves de ce métal sur Terre sont relativement faibles (par rapport aux autres éléments). De plus, on le trouve aussi bien sous forme de pépites que dans composition de composés complexes. Il s'agit le plus souvent de pyrite de cuivre, de chalcopyrite, de bornite et de chalcocite. On les trouve dans les roches sédimentaires, mais le plus souvent dans les veines hydrothermales. Total gisements de cuivre dans le monde assez grands, mais il n'y en a que quelques-uns vraiment importants et d'importance stratégique .
Sur le territoire russe Il s'agit d'Udokan, situé dans le territoire transbaïkal. Si l'on considère l'Europe, le gisement le plus important est celui de l'allemand Mansfeld. Le Kazakhstan peut se vanter de disposer de telles réserves dans les pays voisins – ils sont dans la ville de Zhezkazgan.
Une importante ceinture de miel se trouve en Afrique centrale. Les États-Unis possèdent également un important gisement - Morenci. Enfin, le Chili peut se vanter de deux points de production sérieux à la fois : Colhausi et Escondida.
Le minerai de cuivre est extrait méthode ouverte. Seule une partie relativement petite des gisements, où les matières premières se trouvent à de grandes profondeurs, utilise la méthode du puits.
Après l’extraction, le minerai subit un traitement complexe pour séparer le métal pur des scories. Différentes méthodes sont utilisées pour cela : électrolyse, hydrométallurgie, ainsi que la pyrométallurgie.
Comment nos ancêtres sentaient-ils le cuivre ?
C'est le métal le plus ancien que les gens maîtrisent. Une plasticité étonnante est devenue son principal avantage. C'est grâce à lui que même avec des outils primitifs, on peut travailler le métal, fabriquer des articles ménagers et divers outils.
Nos ancêtres ont appris à traiter le premier métal 4ème millénaire avant JC. Ayant trouvé des pavés d'une couleur inhabituelle, les gens ont essayé de les traiter, en les frappant avec de lourdes pierres, comme d'habitude. Cependant, les pépites ne se sont pas fendues, mais ont seulement été déformées. Ainsi, les maîtres primitifs ont pu fabriquer les premiers outils.
C'est la raison du passage de l'âge de pierre à l'âge du cuivre. Fabriquer des armes en métal ne demandait pas plus d’efforts que fabriquer des armes en pierre. Mais il a servi beaucoup plus longtemps, et s'il est endommagé hache de cuivre ou le couteau pouvait être réparé - des analogues en pierre devaient être refaits.
A combien degrés le cuivre fond-il ? Aujourd'hui, cette température ne semble pas élevée aux experts - seulement 1083 degrés Celsius.
Cependant pour métallurgistes anciens c'était inaccessible, alors ils ont appris à faire fondre le matériau pour un traitement complet beaucoup plus tard - seulement au 3ème millénaire avant JC, lorsque les technologies nécessaires sont apparues. Cependant, même avant cela, dans de nombreuses colonies, les artisans chauffaient des pépites de cuivre au feu, remarquant que le métal chaud était beaucoup plus facile à traiter.
Ce qui a changé au fil du temps
Bien entendu, les produits modernes en cuivre ne peuvent être comparés à ceux fabriqués il y a cinq mille ans. Au lieu de couteaux en cuivre brut, haches, pointes de flèches et lances, les pièces électroniques les plus complexes sont aujourd'hui produites. Mais toutes les propriétés du métal sont restées inchangées. À quelle température le cuivre fond aujourd’hui, il fondait à la même température il y a des milliers d’années. Mais de manière significative la technologie s'est améliorée.
Par exemple, préalablement propre (relativement propre, bien sûr) métal à partir de minerai exploité de la manière la plus primitive. Par exemple, le minerai et le charbon étaient placés dans une cruche en argile. Le récipient a été placé dans la fosse, le mélange a été incendié et la fosse a été remplie. Lorsque le charbon brûlait, du monoxyde de carbone était libéré. Au contact du minerai, il a déclenché une réaction qui a entraîné la libération de métal et une petite quantité d'eau.
Aujourd’hui, comme mentionné ci-dessus, différentes méthodes sont utilisées pour éliminer les impuretés du minerai. À l'aide d'un tableau spécial de fusion du cuivre et diverses méthodes de traitement, les spécialistes peuvent obtenir du métal presque absolument pur. Considérons l'hydrométallurgique comme exemple comme le plus simple à comprendre.
Le minerai de cuivre est coulé acide sulfurique. Le cuivre, en tant que métal relativement actif, réagit pour former du sulfate de cuivre. Le fer, au contact de celui-ci, déplace le cuivre. La réaction produit du sulfate ferreux et du cuivre.
Propriétés physiques
A une couleur rare– rose doré, ce qui est très inhabituel pour les métaux. Il réagit relativement facilement et se combine également avec d'autres métaux, modifiant considérablement leurs propriétés. Une démonstration en est le processus de combustion - assez mélanger du métal pur avec du soufre et chauffer le mélange.
Ce qui le rend très demandé, c'est son excellente conductivité électrique - les meilleures performances seul l'argent a.
De plus, il possède une bonne conductivité thermique, ce qui en fait un matériau indispensable dans la production de thermocollants. tubes de refroidissement et radiateurs. Le point d'ébullition du cuivre est assez élevé - 2567 degrés Celsius.
Fusible métal à la maison ou industriel va dans le même sens. La température augmente progressivement et constamment. Cependant, lorsque suffisamment de chaleur est reçue, le réseau cristallin est détruit. À ce stade, la température cesse d’augmenter, même si le chauffage ne s’arrête pas. Point de fusion du cuivre, comme mentionné ci-dessus, est de 1085 degrés Celsius . Ce n’est qu’une fois le métal complètement fondu que la température continue à augmenter. Il bout à 2567 degrés Celsius.
Une fois refroidi, le réseau cristallin est restauré et le métal durcit. La température de cristallisation est de 1085 degrés et, lorsqu'elle est abaissée, elle devient encore plus dense.
Les alliages peuvent avoir un fort excellent point de fusion. Par exemple, le point de fusion de l’aluminium et du cuivre est de 1 040 degrés Celsius.
Comment fondre à la maison
Certaines personnes ont des passe-temps lié au moulage des métaux. Ceux qui se lancent tout juste dans cette voie fascinante s'intéressent souvent à la façon de faire fondre le cuivre à la maison. Pour cela vous aurez besoin de :
- moule fondant;
- forceps;
- matières premières pour la fusion;
- un brûleur à gaz haute pression est la meilleure solution, car tous les foyers ne disposent pas de forge ;
- équipement de protection (lunettes, gants épais).
Une fois que vous avez tout ce dont vous avez besoin, vous êtes prêt à commencer fondre à la maison. Les instructions étape par étape sont assez simples :
- Si possible, écrasez le métal– peut être transformé en sciure de bois à l’aide d’une lime. Cela lui permettra de fondre plus rapidement.
- Placer dans un moule pour faire fondre– il doit être constitué d’un matériau à point de fusion élevé.
- Porter un équipement de protection allumez le brûleur et dirigez la flamme vers les matières premières.
- Quand le cuivre fond, Saisissez le moule fondant avec des pinces et versez le métal liquide dans le moule préparé.
Comme vous pouvez le constater, tout est assez simple. Cependant, cette méthode Ne convient pas à tous les alliages. Par exemple, le point de fusion de l'acier est trop élevé - un brûleur conventionnel ne fonctionnera pas ici. Cela s'applique également à l'alliage de cuivre et de fer.
Le champ d'application est très large. Voici quelques exemples :
- transport d'électricité– sa faible résistance rend ce métal extrêmement populaire ;
- instrumentation– la résistance à l’eau, y compris à l’eau de mer, est très importante dans de nombreux domaines ;
- lors de la soudure– également grâce à une bonne conductivité électrique ;
- Tuyaux d'eau– il conduit bien la chaleur ;
- radiateurs de refroidissement– la conductivité thermique du métal permet non seulement de réchauffer les pièces, mais aussi de refroidir les équipements.
Vidéo utile
Vous savez désormais tout sur le cuivre, comment l’obtenir, son histoire, son utilisation et comment le traiter à la maison. Sûrement cette connaissance vous sera utile.
Le cuivre et les alliages de cuivre peuvent être préparés dans tous les fours offrant des températures de 1 000 à 1 300°C. Cependant, il est préférable d'utiliser des unités dans lesquelles la surchauffe à ces températures s'effectue dans un délai plus court. A cet égard, les fours utilisés dans la pratique moderne pour la fusion du cuivre et des alliages de cuivre peuvent être disposés dans l'ordre suivant : fours à induction électrique (haute fréquence, basse fréquence et fréquence industrielle), fours à arc électrique à arc indirect (IA), fours à creuset et à réverbère (à flamme), chauffés au fioul ou au gaz. Le choix du four est déterminé par le type d'alliage, le besoin en métal, les exigences en matière de pièces moulées, les conditions territoriales de production, les considérations économiques, etc. Dans les fonderies de cuivre, on trouve donc aussi bien des fours antédiluviens chauffés au coke que des fours électriques modernes. . Le métal de la meilleure qualité est obtenu par fusion dans des fours à induction, mais avec une fusion appropriée, de bons résultats peuvent être obtenus en utilisant l'une des unités de four répertoriées.
La fusion du cuivre, du bronze et du laiton dans différents fours est fondamentalement similaire, mais il existe des caractéristiques spécifiques en fonction de la conception des fours, du temps de fusion, de la possibilité d'utiliser des fondants, de la variété de charge, etc. L'exigence générale est que le métal fondant le temps soit minime, le métal devait être constitué d'oxydes purs, de gaz et d'impuretés nocives, les pertes irrécupérables de métal étaient faibles ; la technologie était simple et fiable, et les coûts de matériaux et de maintenance étaient minimes.
Le cuivre pur est utilisé en technologie principalement sous forme de produits laminés (fils, tôles, tiges, etc.). Les produits moulés façonnés en cuivre sont difficiles à obtenir en raison de leurs faibles propriétés de coulée. Les lingots à laminer sont produits par coulée dans des moules refroidis à l'eau ou par une méthode continue.
La fusion du cuivre, si une grande quantité de métal est nécessaire à la fois, est effectuée dans des fours à réverbère à flamme d'une capacité allant jusqu'à 50 tonnes et plus. Dans la production à petite échelle, le cuivre peut être fondu dans des fours électriques ainsi que dans des fours à creuset. Le cuivre sans oxygène particulièrement pur est fondu dans des fours à induction sous vide ou dans des fours à atmosphère contrôlée excluant tout contact avec l'oxygène.
La fusion du cuivre consiste soit simplement à le fondre et à le surchauffer aux températures requises, suivi d'une désoxydation, soit simultanément pendant le processus de fusion, il est affiné (nettoyé) des impuretés si la charge utilisée contient une quantité importante d'impuretés (5-10 %).
La fusion et l'affinage sont effectués dans des fours à flammes réverbérantes, où l'atmosphère peut être facilement variée. Le processus de fusion et d'affinage oxydatif consiste séquentiellement en l'oxydation des impuretés, l'élimination des oxydes d'impuretés résultants et la réduction de l'oxyde cuivreux dissous.
L'oxydation se produit dès le début de la fusion et pendant toute la période de fusion de la charge ; à cet effet, une atmosphère fortement oxydante est maintenue dans le four. Le zinc, le fer et d'autres impuretés sont oxydés. Naturellement, le cuivre est également oxydé en même temps. Pour éliminer plus complètement les impuretés nocives, le bain de cuivre fondu est purgé avec de l'air comprimé ou de l'oxygène. L'oxydation des impuretés se produit dans une séquence correspondant à l'élasticité de dissociation de leurs oxydes, à la fois en raison d'une réaction directe entre l'oxygène et l'impureté, et en raison de l'interaction de l'oxyde de cuivre Cu 2 O avec des impuretés qui ont un plus grand chimique affinité pour l'oxygène que pour le cuivre :
Cu 2 O + Me = MeО + 2Cu.
Selon la loi de l'action de masse, la majorité des impuretés sont oxydées par le Cu 2 O. De plus, le Cu 2 O se dissout bien dans le cuivre et offre des conditions propices à l'oxydation des impuretés dans tout le volume du métal. La séquence d'oxydation des impuretés présentes dans le cuivre est la suivante : zinc, fer, soufre, étain, plomb, arsenic, antimoine, etc. S'il y a des impuretés d'aluminium, de magnésium, de silicium, alors elles sont oxydées en premier, car elles ont un une plus grande affinité pour l'oxygène.
Les oxydes qui en résultent, qui sont de nature basique, flottent et deviennent scories avec de la silice de laitier :
ZnO + SiO 2 → (ZnO SiO 2),
FeO + SiO 2 → (FeO SiO 2)
Outre les impuretés, le Cu 2 O passe également dans les scories en quantités déterminées par l'équilibre chimique entre le métal et les scories :
+ (SiO 2) → (Cu 2 O SiO 2).
Cette réaction est indésirable : elle augmente les pertes de cuivre. Par conséquent, les scories sont sélectionnées de manière à ce que leur composition comprenne des oxydes dont la basicité est supérieure à celle de l'oxyde cuivreux, et qui déplaceraient le Cu 2 O des scories vers le métal en fonction de la réaction.
(Cu 2 O SiO 2) + (Me`O) → (Me`O SiO 2) +.
De tels oxydes peuvent être CaO, MnO, FeO, etc. En pratique, on utilise à cet effet des scories basiques à foyer ouvert de composition suivante : 24-40 % CaO, 10-15 % FeO, 10-15 % Al 2 O 3 , 8 à 12 % de MnO et 25 à 30 % de SiO 2. Les scories sont déposées sur la surface du cuivre lors de la fusion à raison de 1,5 à 2 % en poids de la charge. Pour liquéfier les scories, du spath fluor CaF 2, de la cryolite Na 3 AlF 6, du carbonate de sodium Na 2 CO 3, etc. y sont en outre ajoutés.
La scorification des impuretés est accélérée en mélangeant le métal avec les scories. Remuer le métal facilite également l’élimination du plomb du cuivre, puisqu’il se dépose au fond en raison de sa plus grande densité. Le soufre est éliminé pendant la période d'oxydation sous forme d'un produit gazeux SO 2 par la réaction :
Cu 2 S + 2Cu 2 O ↔ 6Cu + SO 2.
Lors de l'élimination du soufre, on observe une « ébullition » du métal.
L'exhaustivité de l'oxydation à l'état fondu est déterminée en prélevant des échantillons de fracture. Une fracture dense, immature, brune et cristalline grossière indique la fin de la période oxydative de fusion. Les scories sont éliminées de la surface du métal liquide et la réduction de l'oxyde cuivreux contenu dans la solution après élimination des scories à 10 % commence. Un tel cuivre à l'état solide est fragile et, sans désoxydation, ne convient pas à la coulée de lingots. L'atmosphère du four est rendue réductrice, c'est-à-dire
La torche brûle avec un excès de combustible et un manque d'air (flamme fumante). La récupération du cuivre à partir du protoxyde d’azote est favorisée par une opération communément appelée « taquiner » le métal. Le taquinage se fait en immergeant des bûches de tremble ou de bouleau crues dans la fonte. Lorsque le bois brûle, de la vapeur d'eau et des produits de distillation du bois (hydrogène et hydrocarbures) sont libérés, ce qui fait que le métal bout vigoureusement, se mélange bien et interagit plus activement avec l'atmosphère réductrice du four.
Durant cette période, la surface du bain est recouverte de charbon de bois pour renforcer l'atmosphère réparatrice. L'oxyde cuivreux dissous dans le métal, au contact d'une telle atmosphère, se réduit : Cu 2 O + CO = 2Cu + CO 2.
Étant donné que le cuivre contient actuellement une grande quantité d'oxygène, l'immersion de bûches brutes est relativement inoffensive en ce qui concerne la possibilité de saturer le métal en hydrogène, car sa solubilité dans le cuivre avec une quantité importante d'oxygène est très faible.
Le test de fracture du cuivre bien désoxydé présente une fracture dense et à grain fin de couleur rose clair. Le métal est considéré comme prêt à la coulée lorsque la teneur en oxyde de cuivre est portée à environ 0,4 % ; une réduction supplémentaire de la teneur en Cu 2 O n'est pas considérée comme souhaitable, car à partir de ce moment le risque de saturation du cuivre en hydrogène augmente, ce qui, lors des phases ultérieures, augmente. La cristallisation du cuivre coulé est capable d'interagir avec l'oxygène avec la formation de bulles de vapeur d'eau, réduisant ainsi la densité et les propriétés du cuivre.
La fusion du cuivre à partir d'une charge pure consiste en une fusion, une surchauffe, une désoxydation et une coulée. À cette fin, des fours à induction électriques sont utilisés dans les magasins d'approvisionnement. La fusion s'effectue généralement sous une enveloppe protectrice de charbon de bois calciné, qui protège le métal de l'oxydation. Après avoir fondu la charge, un agent désoxydant est introduit dans le bain - du cuivre phosphoreux à raison de 0,1 à 0,3 % en poids de la charge. Ensuite, la masse fondue est soigneusement mélangée, contrôlée par fracture, maintenue pendant 3 à 5 minutes, puis, une fois atteinte une température de 1 150 à 1 200°C, coulée.
Le lithium, qui est un bon désoxydant du cuivre, est également utilisé pour éliminer l’oxygène. Parfois, un désoxydant complexe de lithium et de phosphore est utilisé (lorsqu'il est nécessaire d'obtenir un métal particulièrement pur), ainsi que du magnésium.
Cependant, presque tous les désoxydants restant dans le cuivre réduisent sa propriété la plus importante - la conductivité électrique. Ils s'efforcent donc de maintenir leur quantité dans le cuivre au minimum, et le cuivre sans oxygène de la plus haute qualité est fondu dans des fours avec une atmosphère protectrice spéciale dans sous forme de générateur de gaz ou sous vide, dans lequel aucune désoxydation n'est requise.
Le cuivre sans oxygène contient au moins 99,97 % de Cu – il est plus ductile que le cuivre conventionnel, plus résistant à la corrosion et possède une conductivité électrique élevée.
Malgré les mauvaises propriétés de coulée du cuivre, en particulier sa faible fluidité, des pièces moulées creuses assez complexes peuvent en être obtenues par coulée dans des moules en sable ou en métal. Dans ce cas, le cuivre doit être très bien désoxydé et nettoyé de l'hydrogène (par soufflage d'azote). Pour améliorer ses propriétés de coulée, jusqu'à 1,0 % Sn + Zn + Pb sont ajoutés. Plus il est possible d'obtenir une pièce moulée en quantité réduite de ces éléments, plus ses propriétés (conductivité électrique et thermique) sont élevées. Les tuyères, vannes, anneaux et autres pièces de haut fourneau sont coulés à partir de ce cuivre.