فرآیند ذوب مس

مراحل ذوب مس :

      برای انجام عملیات ذوب مس در ابتدا باید متریال مورد نیاز این فرآیند را تهیه کنید. متریال مورد نیاز شامل: محفظه و بدنه کوره، عایق/پوشش، ظرف مخصوص ذوب فلز، مشعل گازی پروپان، کلاهک یا سرپوش، دستکش‌های محافظ، محافظ صورت و انبردست‌های بلند، برای بلند کردن و حمل و نقل ظرف ذوب فلز دارید. در نظر داشته باشید، هرچقدر هم که اصول ایمنی را در ساخت کوره رعایت کرده باشید، به عنوان یک ریخته‌گر باید تمام نکات ایمنی را در مورد خودتان رعایت کنید و پوشش مناسب داشته باشید. بدنه کوره‌های DIY، معمولا استوانه‌ای شکل است و از جنس فلز ساخته شده است. حجم فلزی که قصد ذوب آن را دارید بستگی به اندازه کوره شما دارد.

کاوول(Kaowool)، یک فیبر سرامیکی با مقاومت بالا در درجه حرارت زیاد است که پوششی مناسب برای ظرف‌های ذوب فلز است. ظرف‌های ذوب فلز، مخازنی هستند که شما می‌توانید درون آنها فلزات قراضه و... ریخته و ذوبشان کنید. زمانی که مس شما به حالت مایع درآمد شما نیاز به قالبی دارید که وقتی مواد را داخلش می‌ریزید خودش ذوب نشود یا ترک نخورد که معمولا از گرافیت‌های خشتی(که از خاک رس تهیه شده) استفاده می‌شود. مشعل گازی پروپان برای آشپزی نیست بلکه برای انجام عملیات ریخته‌گری است، که به طور وسیعی در دسترس همگان قرار دارد. سرپوش یا کلاهک نیز باید متناسب با بدنه و محفظه ظرف ریخته‌گری انتخاب شود. این سرپوش‌ها باید دارای یک حفره باشند تا هم امکان تهویه را فراهم کنند و هم از ایجاد فشار خطرناک جلوگیری کنند.  باید اطمینان حاصل کنید که تجهیزات ایمنی شما دارای کیفیت بالایی هستند. دستکش‌ها و محافظی که برای صورتتان استفاده می‌کنید باید قابلیت دوام در درجه حرارت بالا را داشته باشند. از آنجا که مس در درجه حرارت بالایی ذوب می‌شود (در دمایی معادل 1083 درجه سانتی گراد یا1981درجه فارنهایت)، معمولا از کور‌ه‌های القایی(کوره‌های الکتریکی) استفاده می‌شود که ایمنی بالایی هم دارد.

کوره‌های القایی(کوره‌های الکتریکی)، دو مدل رایج دارند که عبارتند از : 1) کوره فشار دوبرابر(Double push up furnace) و 2) کوره شیب‌دار(Tilting furnaces)

کوره فشار دو برابر، فلزات را به سرعت گرم می‌کند و مزیتش در این است که شما می‌توانید به راحتی هر زمان که خواستید عملیات را شروع و متوقف کنید و زمانی که حجم کمی از فلز برای ذوب دارید انرژی را هدر ندهید. کوره شیب‌دار، معمولا در محیط‌های صنعتی استفاده می‌شود و مقادیر زیادی از مس را ذوب می‌کنند و به صورت اتوماتیک مواد مذاب را در داخل قالب می‌ریزد. اگر قصد ساخت کوره دارید، به سوخت کافی هم نیاز خواهید داشت. در صنعت ریخته‌گری نیاز به گاز طبیعی یکی از ملزومات اساسی است.در گذشته کارگران از زغال چوب و زغال سنگ استفاده می‌کردند اما در حال حاضر از پروپان و گاز طبیعی استفاده می‌شود، زیرا موجب صرفه جویی در زمان می‌شود و اجازه می‌دهد تا آهنگران روی قسمت اصلی کار متمرکز شوند.

برای ذوب حجم کمی از فلز مس یا قراضه مس نیازی به یک محفظه بزرگ ندارید یک محفظه کوچک هم کار شما را راه می‌اندازد(مثلا محفظه‌ای با ابعاد 6 اینچ در 1 فوت).

کوره‌ها، همانطور که در عکس مشاهده می‌کنید معمولا به شکل استوانه هستند. برای قسمت زیرین کوره یا یک ردیف آجر بچینید(یک چیزی شبیه به سکو بسازید) یا از سرامیک مخصوص استفاده کنید. این کار باعث می‌شود که اگر مواد مذاب از داخل ظرف به بیرون ریخت آسیب و صدمات کمتری به اطراف بزند.  کف و دیواره‌های داخلی محفظه را با کاوول(در بخش اول توضیح داده شده)،بپوشانید. کاوول از  ترکیب آلومینا، سیلیس، و کائولن ساخته شده و مقاومت بالایی در برابر حرارت دارد. 

پوشش کاوول را با سِی‌تی‌نات(satanite) یا  100 - ITC ،کاور کنید و بپوشانید. این کار دوام کاوول را بالا می‌برد و به حفظ درجه حرارت در طول فرآیند عملیات کمک می‌کند. 100 – ITC یک منعکس کننده مادون قرمز است که 98% درصد از گرمایی که به آن می‌رسد را بازتاب می‌کند. با استفاده از این متریال مهم می‌توانید از کوره محافظت کنید و هم می‌توانید در مصرف سوخت صرفه جویی کنید. سِی‌تی‌نات(satanite) را باید با آب مخلوط کنید تا یک ماده خمیری شکل بدست آورید سپس با قلمو یا با دست آن را روی پوشش کاوول، کاور کنید. برای مخزن پروپان باید یک حفره روی محفظه ایجاد کنید. مشعل پروپان به مخزن وصل می‌شود و حرارت و سوخت لازم را برای کوره فراهم می‌کند. برای این کار می‌توانید از یک دریل با مته مخصوص استفاده کنید. این حفره باید دو اینچ بالاتر از کف محفظه ایجاد شود. حفره باید یک زاویه 30 درجه داشته باشد. اگر مواد مذاب بیرون بریزند یا محفظه شکسته شود این حفره از وارد شدن مواد به لوله پروپان جلوگیری می‌کند. محدوده حفره ایجاد شده باید کاملا اندازه سرلوله پروپان باشد و کاملا چفت شود. زمانی که مشعل را به محفظه وصل کردید یک فشار کوچک دهید. سوخت را نباید یکباره به داخل محفظه وارد کنید. سوخت باید به آرامی وارد شود. نکته: زمانی که از گاز پروپان استفاده نمی‌کنید حتما دریچه مخزن را ببندید. 

بعد از گذارندن مراحل بالا درب یا سرپوش را روی محفظه قرار دهید. همچنین شما به عنوان یک ریخته‌گر می‌توانید دو اینج از قسمت بالای محفظه را برش دهید و خط برش خورده را با کاوول بپوشانید. حفره‌ای نیز روی درب ایجاد کنید. این امر به شما کمک می‌کند تا فشار داخل محفظه را کم کنید و ضایعات فلزی را به راحتی داخل محفظه بریزید. ظرف مخصوص ذوب فلز را جای گذاری کنید. این ظرف‌ها از جنس فولاد، سیلیکون کاربید و اغلب گرافیت خاک رس هستند. این ظرف‌ها در درجه حرارت بالا مقاوم هستند و مس ذوبی را گرم نگه می‌دارند. به یاد داشته باشید که اگر می‌خواهید مس ذوبی را به داخل قالب بریزید حتما از انبرهای مخصوص برای برداشتن این ظرف استفاده کنید. 

کاربرد ضایعات مس در لوازم خانگی و الکتریکی بسیار رایج است. شما می‌توانید کاربرد مس در خانه خود را در سیم‌ها، لوله‌ها، موتورها، وسایل آشپزخانه، مبلمان، اکسسوری‌ها و ... مشاهده کنید. برای انجام عملیات ریخته‌گری، قطعه‌های خود را بردارید و به حیاط خلوت یا محلی که برای انجام این عملیات در نظر گرفتید انتقال دهید. اگر که محموله شما حاوی سنگ‌های بزرگ و سنگین مس است نیاز به کامیون‌های سبک یا سنگین(بسته به میزان بار شما)، تسمه نقاله و جرثقیل دارید. قطعات مس را باید بشکنید و جدا کنید، زیرا این کار لازمه عملیات ریخته‌گری است. کار با اسلب‌های بزرگ برای فلزات، سنگین خواهد بود و نیاز به تلاش و کار بیشتری دارد. معمولا برای انجام این عملیات از روش بلند کردن – رها کردن (drop-ball) استفاده می‌شود. به این صورت که با ماشین سنگ را بلند می‌کنند، به بالا می‌برند و سپس آن را رها می‌کنند تا سنگ بشکند. توجه داشته باشید که انجام این عملیات بسیار خطرناک است و باید تمام نکات ایمنی مثل: 1) انجام عملیات در منطقه حفاظت شده 2) اطمینان از نبودن افراد در اطراف عملیات و ... را برای انجام این مرحله رعایت کنید. 

بعد از آنکه قطعات بزرگ را به قطعات کوچک و استاندارش تبدیل کردید حالا نوبت آن است که با یک مشعل قطعات کوچک را برش دهید تا به سایزی دست یابید که برای ریخته‌گری مناسب است. این مشعل حاوی یک گاز فشرده است که کاربردش در برش دادن فلزات رایج است. به یاد داشته باشید که در این مرحله حتما از ماسک صورت استفاده کنید. مس در برابر حرارت خیلی مقاوم است و برش با گاز می‌تواند یک مقدار سخت انجام شود. مشعل پلاسما و مشعل هوابرش معمولا برای فلزهای ابررسانایی مانند مس و برنز استفاده می‌شوند. اگر در حجم‌ و مقادیر بالا، فلز دارید از دستگاه‌های اتوماتیک برای کوچکتر کردن قطعات فلز استفاده کنید. بلرس (Balers)، دستگاهی است که از فولاد ساخته شده، هیدرولیکی کار کرده و قطعات مورد نظر را خرد می‌کند.

یکی از نکات مهمی که در این مرحله از اهمیت ویژه‌ای برخودار است، وجود شن و خاک در اطراف کوره‌ ریخته‌گری است. زیرا اگر مواد مذاب روی آنها ریخته شود قابلیت جذب بالایی دارند و مواد مذاب را جذب می‌کنند، اما اگر بجای شن و ماسه از ماده‌ای مثل بتن استفاده کنید در صورت ریختن مواد مذاب روی آن ممکن است که منفجر شود.

حالا نوبت آن است که ظرف مخصوص ریخته‌گری را در کوره قرار دهید و سرپوش را بگذارید. حتما اطمینان حاصل کنید که ظرف خیس نباشد یا مواد اضافی به آن نچسبیده باشد، زیرا اگر ظرف خیس باشد یا مواد اضافی به آن چسبیده باشد ممکن است که انفجار ایجاد کند. بعد از آنکه تمام نکات ایمنی را رعایت کردید و ظرف مخصوص ریخته‌گری را درست سر جای خودش قرار دادید نوبت آن است که گاز پروپان را روشن کنید. زمانی که گاز پروپان روشن شد، روشنایی و حرارت آن را از داخل کوره مشاهده می‌کنید. بعد از گذر از مراحل بالا قطعات مسی که قصد ذوب آنها را دارید داخل ظرف مخصوص ریخته‌گری بریزید. در این مرحله حتما باید دستکش‌های مخصوص ضد حرارت و ماسک صورت داشته باشید. در ضمن حجم موادی که در ظرف می‌ریزید باید با اندازه ظرف هماهنگی داشته باشد تا زمانی که فلزات ذوب شدند از داخل ظرف سرریز نکنند. بعد از آنکه فلزات را در ظرف ریختید، نوبت آن است که دمای داخل کوره را اندازه‌گیری کنید. مس در دمای 1981 درجه فارنهایت ذوب می‌شود. برای اندازه‌گیری اینکه آیا کوره شما به اندازه کافی داغ است یا نه، باید از پروب ترموکوپل که در درجه حرارت بالا مقاوم است استفاده کنید. 

در آخر، نوبت آن است که مواد ذوب شده را به قالب مورد نظر انتقال دهید. در این مرحله زمانی که فلزات ذوب شدند با استفاده از یک انبر ظرف مخصوص ریخته‌گری را برداشته و به قالب مورد نظر انتقال دهید. توجه داشته باشید که حتما نکات ایمنی مثل پوشش مناسب برای کف (برای پیشگیری از انفجار)، را رعایت کنید.