Professionele Gids voor Metaalsmelten in een Gieterij: Technieken, Temperaturen & Veiligheid

Metaalsmelten is het proces dat metaal transformeert van vaste toestand naar vloeibare toestand. Het smeltproces varieert in technieken. Hier bieden we een uitleg van hoe metaal te smelten in een gieterij plus veelvoorkomende metaalsmeltpunten en beschermend veiligheidsprotocol.

De gietersgieterij houdt voornamelijk bezig met werken aan vloeibaar metaal om een verscheidenheid aan giettoepassingen te vormen. Het is niet overdreven om te waarderen dat metaalsmelten het hart is van de gieterij.

Metaalsmelten is een onmisbaar gietproces dat het vaste metaal verfluisid om in de vorm te gieten en het gietstuk te vormen in welke vorm dan ook. Kortom, in het werkproces wordt het metaal in een smeltoestel genaamd een oven geplaatst en oververhit tot een bepaald smeltpunt om het vaste metaalmateriaal te transformeren in een vloeibare soort.

Er zijn verschillende technieken toegepast in metaalsmelten, voornamelijk afhankelijk van het type smeltoestel dat gebruikt wordt. In deze post helpen we u het antwoord te geven op de zorg "Hoe metaal te smelten" door de belangrijkste smeltoventechnologieën in gieters vandaag de dag te specificeren, plus de smeltpunten van veelvoorkomende metalen alsook begeleiding over veiligheidsbescherming in het smeltproces.

Blijf bij ons en ontdek de kennis!

Wat is metaalsmelten?

Smelten, ook wel fusie genoemd, is een overgangsproces dat de metaalmateriaalstatus verandert van vaste toestand naar vloeibare toestand door voldoende warmte te verstrekken.

Het metaalsmeltproces lost de vaste pakking van metaalmoleculen op. Als resultaat geeft het smelten metaalvloeistof uit het vaste materiaal.

Het zuivere en vaste metaalsmelten treedt op bij een bepaalde vaste temperatuur genaamd het smeltpunt, terwijl onzuivere metaalmaterialen smelten bij een andere temperatuur die varieert afhankelijk van het type en onzuiverheidspercentage.

Als het hart van de gieterij, levert het metaalsmeltproces vloeibare vloeistof die gebruikt kan worden om in de vorm te gieten en te verstollen in een reeks vormen zoals vereist. Metaalsmelten is een hoog energieverbruikend werk dat 55% van het energieverbruik van de metaalbewerkingsindustrie uitmaakt.

Het is een zeer cruciale stap omdat metaalsmelten niet alleen het materiaal voor het gietproces levert, maar ook de fysische en chemische eigenschappen van de eindgietproducten in grote mate beïnvloedt.

Het metaalsmeltproces

Diegenen die zich afvragen hoe metaal te smelten in de gieterij kunnen het metaalsmeltproces over het algemeen vinden betrokken in deze stappen in het kort:

1. Bepalen van de metaalmengverhouding
2. Voorbereiden en laden van het metaal
3. Het metaal smelten
4. Verfijnen en behandelen van het vloeibare metaal
5. Het vloeibare metaal transporteren

Bepalen van de metaalmengverhouding

Elke giettoepassing vereist verschillende mechanische eigenschappen van het metaal die gewijzigd kunnen worden door de metaalmengverhouding aan te passen. Gietersgieterijfabrikant heeft een formule voor metaalmengen in overeenstemming met specifieke materialeklasse en vereisten.

Bijvoorbeeld, de materialenmengverhouding voor het gieten van aluminiumonderdeel in onze metaalgieterij is vaak 40% Aluminium Ingot + 50% Aluminium schroot + 10% overige. Waarin 10% overige zijn enkele additieve materialen zoals legeringen van Zn, Mn, Cu, Si, etc.

Het metaal voorbereiden

Spijken en schrootmetaal zijn de hoofdmateriaalsamenstelling gebruikt in het smeltproces, beslagend tot 80% van de mengverhouding.

Voordat in de oven geladen, vereisen spijken en metaalschroot (blikjes, schrootmachineonderdelen, containers, of bekleding) vuil verwijderd plus voorverwarmd en gedroogd. Deze stap is om vocht te verwijderen, de ontploffingsmogelijkheid in de oven te voorkomen, de slakvorming te beperken, en de smeltcapaciteit te verbeteren.

In het bijzonder met schrootmetaal, vereist het het verwijderen van verf, bewerkingsolie, en andere verontreinigingen, doorgaans door het thermische proces.

Laden en smelten van het metaal

De oven wordt geladen door een brandstofbron toe te voegen (koolstof, aardgas, elektriciteit). Metaal wordt continu in de oven geladen tijdens het verhitingsproces in plaats van in batches om de energieverbruik en werkeffectiviteit te besparen.

De oven draait in een extreem harde omgeving waar vloeibaar metaal, ovenvoeringen, atmospherische gassen, en producten van verbranding van brandstoffen bij zeer hoge temperatuur zijn wat strikt beschermingsapparatuur voor de werker vereist. Ovens komen in verschillende grootte, vorm, werkprincipe, en energie, zodat de smeltcapaciteit van elke oven verschilt van anderen.

Bij een vast smeltpunt transformeert metaal van vast naar vloeibaar. Het smeltpunt varieert van metaal tot metaal, variërend van ongeveer 350°C tot 2000°C.

Verfijnen en behandelen van het vloeibare metaal

Dit proces is om de smelt te ontgassen, ongewene vaste stof te verwijderen, en de legeringsamenstelling aan te passen zoals verwacht. Additieve materialen, met name sommige ferro, om de mechanische eigenschappen van de metaalvloeistof te verhogen (sterkte, duktiliteit, rigiditeit, elasticiteit).

Deze stap is zeer cruciaal omdat het de eindgietkwaliteit kan beïnvloeden.

Het vloeibare metaal transporteren

Na het smelten, wordt de vloeibare vloeistof overgebracht van de oven naar de vervormingslijn door het gietstelsel.

Metaalsmelttechnologieën

Het hart van het metaalsmeltproces steunt direct op de smeltooven die betrokken is en het smeltproces effectiviteit beïnvloedt. Er zijn verschillende smelttechnologieën die beïnvloeden hoe metaal te smelten en bepaald door welke oven in gebruik is.

Hoe een smeltooven te kiezen

De smeltooven beïnvloedt niet alleen de operationele effectiviteit van de gieterij maar ook de eindgietresultaten, dus het is vitaal om in overweging te nemen welke oventechnologieën toegepast moeten worden.

Zoals u weet variëren metaalsmeltovens in vorm, geometrie, brandstof en capaciteit.

Deze onderstaande factoren beslissen strikt welke smeltooven past op uw gieterijoperatie.

• Ruimte beschikbaarheid: Controleer uw productiegebied. Waar zal u de oven plaatsen?
• Type legeringen te smelten en het smeltpunt
• Smeltcapaciteit en metaalhoeveelheid
• Energie-efficiëntie
• Kapitaalinvestering
• Exploitatiekosten
• Onderhoudsvereisten
• Emissie en milieuwaarden

Natuurlijk is er geen one-size-fits-all optie, maar de gietersgieterijfabrikanten moeten overwegen welke criteria belangrijker zijn dan andere. Elke metaalgietersgieterij zal hun eigen prioriteitscriteria hebben om de smeltooven te kiezen die hun vraag en productieschaal matcht.

Na het verduidelijken van deze overwegingen, is de tweede stap het selecteren van de ene die werkt op uw gietersgieterij. Hier sorteren we de meest populaire smeltovens in metaalgieters vandaag de dag. Laten we controleren.

Huidige en opkomende smeltooventechnologieën in metaalgieterij

Voor het smelten van metaal in de metaalbewerking, worden verschillende typen ovens gebruikt. Ze worden geclassificeerd volgens de verwarmingsbron, operationele eigenschappen, en ovenconstructie.

De crisolen en cupolaovens zijn traditionele smeltmethoden terwijl inductie- en elektrische boogovens de moderne geavanceerde smelttechnologieën zijn.

Crisoloven (Crucible Furnace)

Crisoloven is de allerouste, eenvoudigste, en meest oorspronkelijke smeltvat die gebruikt wordt in metaalbewerkende gieters. Dit basissmeltapparaat is gemaakt van hoge-temperatuur bestand materiaal die vaak keramisch of refractaire stoffen zijn.

De crisoloven kan in een heel klein bekertje komen dat meestal gebruikt wordt voor het smelten van juwelen (goud, zilver) tot een grotere container die toepasbaar is voor kleine batchwerk.

Crisoloven verwarmingsbrandstof is meestal cokes, gas, olie, of elektriciteit. Terwijl de elektrische crisolen een max capaciteit heeft van 2,5 ton/u, kan de gas of vloeibare brandstof crisolen tot 4 ton/u smelten.

Crisoloven is geen energie-efficiënt apparaat met meer dan 60% warmteverlies door straling.

Deze oven is geschikt voor non-ferro metaal dat vooral toegepast wordt voor aluminiumsmelten. Ze presteren goed op alle aluminiumlegeringen. Een voordeel is dat crisolen heel gemakkelijk te bedienen en te onderhouden is, dus kosten bespaart. Plus de lage kapitaalkosten trekken kleine gietersgieterijen aan om hun geld te investeren.

Echter, deze oven past alleen op kleine productievolume en laag smeltpunt metaal vanwege de lage energie-efficiëntie.

Cupolaovens (Cupola furnaces)

Cupolaoven wordt beschouwd als een van de meest economische smelttechnologieën. Bijna alle grijs ijzer vandaag de dag wordt gesmolten door deze oven.

Constructief gesproken, kan de cupola in elke vorm en grootte gemaakt worden, maar de diameter kan variëren van 0,5 tot 4m en de hoogte is ongeveer 6-11m. De cupola is gebouwd als een verticale en cilindervormige vat, waarschijnlijk een grote schoorsteen.

De cupolaovenwand is meestal van staal gemaakt en gevoerd met een refractaire baksteenwand. De bodem van de oven is op gelijke wijze gevoerd maar gebruikt vaak een mengsel van klei en zand aangezien deze voering slechts tijdelijk is. Sommige cupola's zijn uitgerust met koelingsschellagen om het cool te houden en zuurstof toegevoegd om de cokes intenser te laten branden.

De verwarmingsbrandstof van de cupolaoven is cokes en enkele additieven. Om een productiebatch te starten, worden cokeslagen in de oven toegevoegd en ontbrand met een fakkel. Wanneer de cokes ontbranden, wordt lucht geïntroduceerd in de cokeslagen door de ventilaties. Hout, koolstof, of brandbare gassen kunnen ook als ovenbrandstof gebruikt worden.

Wanneer cokes voldoende heet zijn, worden vaste metalen in de oven gevoerd door het gat in de top. Tijdens het smeltproces vindt de thermodynamische reactie plaats tussen de brandstof en de inlaatlucht.

De koolstof in de cokes combineert met de zuurstof in de lucht om koolstofmonoxide te creëren, wat doorgaaat te branden tot koolstofdioxide. Een bepaald bedrag koelstof lost op in de vallende vloeibare metaaldruppels en dus verhoogt de koolstofinhoud in het metaal. Dit smeltproces produceert verschillende typen graad van ijzer en staal.

Cupolaoven kan toepassen om elk ferro te smelten, meestal gebruikt voor ijzersmelten met groot volume. Statistisch, 60% van ijzergieten wordt gesmolten door een cupola. De energie-efficiëntie is ook hoog, rekening houdend voor ongeveer 40-70%.

Elektrische Boogovens (Electric Arc Furnaces)

Elektrische boogoven (EAF) is een oven die de energie van een elektrische boog gebruikt om het materiaal te verwarmen en te smelten.

Het varieert van 1 ton (meestal om varkenijzer te produceren) tot 400 ton (voor secundair staal). Industriële elektrische boogovens kunnen temperaturen van 1.800°C (3.272°F) bereiken terwijl laboratoriumvaten meer dan 3.000°C (5.432°F) kunnen bereiken.

Hoe metaal te smelten door de elektrische boogoven?

In de elektrische boogoven is het materiaal in direct contact met de boogelektriciteit en de elektrische stroom passeert door het materiaal. Daarom is het smelten effectiever dan andere technologieën die externe warmte gebruiken.

De elektrische boogoven wordt vaak gebruikt om staal te smelten (rekening houdend voor 87%) terwijl 13% is om ijzer te smelten. Ze kunnen staal automobielgeschrooi met hoge residuele elementen goed verwerken dat niet effectief zal zijn door cupolasmelten.

Inductieoven (Induction furnace)

Een inductieoven is een elektrische oven die het principe van elektromagnetische inductie gebruikt. Hoe metaal te smelten door deze smelttechnologie?

Metaal wordt geladen in de crisool die omringd wordt door de koperdraadspoel die wisselende elektrische stroom draagt. Eenmaal de inductieoven ingeschakeld, creëert de spoel een snel omkerend magnetisch veld dat penetreert over het metaal. Het magnetische veld creëert wervelstromen, een circulaire elektrische stroom die binnenin het metaal loopt. Als resultaat creëren deze stromencirculatie zeer hoge temperaturen die de metalen smelten.

De smeltcapaciteit van inductieovens varieert van minder dan 1 kg tot 100 ton, algemeen gebruikt om ijzer, staal, koper, aluminium, en edele metalen te smelten.

Vergeleken met andere metaalsmelttechnologieën, is het voordeel van inductieovens dat het schoon, energie-efficiënt, en gemakkelijk te controleren is het smeltproces.

Echter, inductieoven beperkt in metaalschroottypes en sommige legeringselementen kunnen verloren gaan door oxidatie.

Metaalsmeltpunten

De meeste metalen die op aarde bestaan, hebben hun normale toestand als vast. Echter, in metaalbewerkingsindustrieën, met name metaalgieten en metallurgie, moet het metaal verfluisid worden om een nieuw product te produceren. Om metaal te verfluisiden, is het noodzakelijk om het metaal te verwarmen tot zijn smeltpunt.

Daarom is het even belangrijk als hoe metaal te smelten om de smelttemperatuur van stoffen te weten. Het maakt metaalgietverwerking eenvoudiger. Experts kunnen de vorm-, smelt- en bevriestijd van gietproducten nauwkeurig berekenen. Dit helpt in efficiënte productie, tegelijkertijd de nodige back-up oplossingen brengen voor uw werk om noodgevallen te behandelen.

Wat is het smeltpunt?

Het smeltpunt, ook wel vloeistofvormingstemperatuur genoemd, is de temperatuur waarop het smeltproces van een vast metaal plaatsvindt. Het is het punt waarop metaal transformeren van de vaste fase naar de vloeibare fase. Het smeltpunt varieert van metaal tot metaal.

In de praktijk wordt het smeltpunt als relatief beschouwd. Het is ongevoelig voor druk. Sommige amorfe stoffen zoals glas hebben geen vast smeltpunt.

Welk metaal heeft het hoogste smeltpunt?

Wolfraam (W), ook bekend als Tungsten, is het metaal met het hoogste smeltpunt (3.422°C; 6.192°F), de laagste dampdruk (bij temperaturen boven 1.650°C, 3.000°F) en de hoogste trekkracht.

Makkelijkst metaal om te smelten

Tot nu toe is het metaal met het laagste smeltpunt kwikzilver met een smeltpunt van – 38,83°C. Het is het enige metaal op aarde in een vloeibare toestand onder normale, standaard chemische temperatuur- en drukcondities.

Op dit moment is de hoofttoepassing van kwikzilver voor gebruik als thermometer, druk, manometer, zweefklep, kwikzilver schakelaar, etc.

Smeltpunt van ijzer en staal

IJzer is het meest gebruikte metaal in de wereld vandaag, rekening houdend voor 95% van de totale jaarlijkse metaalproductie.

Zuiver ijzer is zacht en flexibel. Maar door het koolstofcomponent toe te voegen met een verhouding van 0,002% – 2,1%, creëert het een staallegering met uitstekende hardheid, duktiliteit, en draagvermogen.

IJzer heeft een smeltpunt van 1538°C terwijl die van staal 1370°C is. Op dit moment zijn ijzer en staal twee metalen die veel gebruikt worden op het gebied van mechanische productie, auto-industrie, scheepsbouw, bouw, etc.

Aluminium smeltpunt

Aluminium heeft een smeltpunt van 933,47K (660,32 °C; 1.220,58 °F). Aluminiums smeltpunt is niet hoog vergeleken met andere metalen.

In het periodieke systeem wordt aluminium aangeduid als Al; Atoomnummer is 13, dichtheid 2,9 g/cm3. Aluminium is licht in gewicht, zacht, en uitstekende corrosiebestendigheid en goede gietbaarheid. Het is het meest voorkomende metaal in de aardkorst. Aluminiumgieten wordt breed gebruikt in machine details, motoren, en buitenstedelijke decoratie.

Metaal	Smeltpunt (°C)	Smeltpunt (°F)
Aluminium	660,32	1.220,58
Aluminiumlegering	463 – 671	865 – 1.240
IJzer, Gesmeed	1.482 – 1.593	2.700 – 2.900
IJzer, Grijs Giet	1.127 – 1.204	2.060 – 2.200
IJzer, Nodulair	1.149	2.100
Lood	327,5	621
Magnesium	650	1.200
Koolstofstaal	1.425 – 1.540	2.600 – 2.800
Roestvrij Staal	1.510	2.750

Beschermende veiligheidsbegeleiding in het metaalsmeltproces

Metaalsmeltproces heeft dagelijks te maken met extreme verhit (kan tot 2000°C oplopen) wat een erg gevaarlijke werkomgeving is.

Men kan zeggen dat smelten een van de meest gevaarlijke werken is die onverwachte ongevallen in metaalgieters veroorzaakt. Lees meer over Hoe metaalgieterij werkt.

Daarom, om gezondheid en leven voor de werker te beschermen en verlies en schade aan de gieterijeigenschappen te vermijden, is er strikte begeleiding die metaalgietersgieterijfabrikanten in overweging moeten nemen.

Gieterijinfrastructuur waarborgen

• Het smeltgebied moet apart gerangschikt zijn om gevaar voor niet-geautoriseerde werknemers te vermijden
• Er moet ventilatie zijn en het gieterijdakontwerp moet hoog zijn voor luchtcirculatie
• De oven moet kwaliteit en veiligheid garanderen bij gebruik
• Moet uitgerust zijn met een automatisch of semi-automatisch systeem om te gieten en bij te vullen om menselijke blootstelling en ongevallen te beperken.
• Ontploffings- en brandbestendige apparatuur moet altijd gereed zijn

Beschermende veiligheidskleding voor de werker waarborgen

De smeltwerker moet volledig uitgerust zijn met beschermende kleding tijdens de dienst. Hoed, bril, handschoenen, masker, dikke kleding en schoen zijn verplichte accessoires.

Do's en don'ts

• Let op: waarschuwingsteken voor het smeltgebied plaatsen
• Let op: niet-geautoriseerde werknemers toegang tot smeltgebied beperken
• Let op: regelmatig de oven en ventilatiesysteem controleren en onmiddellijk repareren als ineffectief
• Let op: metaalmateriaal schoonmaken en drogen voor smelten
• Let op: ovens en refractairen voorverwarmen voor gebruik
• Let op: Noodplan voorbereiden
• Niet: roken, eten, drinken in het smeltgebied toestaan

Samenvatting

Door de bovenstaande inhoud hebben we een gedetailleerde uitleg gegeven van Hoe metaal te smelten in een gieterij. Hopelijk zal het u bijwerken op enkele interessante ideeën over het metaalsmeltproces.

Lees meer over onze blog over het gietprocedure in de metaalbewerkende gieters hier.

Kort geïntroduceerd, VIC is de metaalgietersgieterijfabrikant die gespecialiseerd is in het produceren en leveren van metaalgietstukken naar de wereldmarkt. Als u behoefte heeft, neem contact met ons op om een bestelling te plaatsen en advies te krijgen over gietbehandeling.

Referentie

US Department of Energy (2005). Advanced Melting Technologies: Energy Saving Concepts and Opportunities for the Metal Casting Industry.https://www.energy.gov/sites/prod/files/2013/11/f4/advancedmeltingtechnologies.pdf.

Safe Work Australia (2013). Guide to Managing Risks Associated with Foundry Work. https://www.safeworkaustralia.gov.au/system/files/documents/1702/guide-managing-risks-associated-foundry-workl.pdf