1. Плавка

Плавка - это плавление какого-либо количества металлов для получения сплава необходимой пробы и нужных профилей.

Металлы, входящие в сплав с драгоценным металлом, называют лигатурой. В условиях выполнения заказов из материалов (лома) драгоценных металлов различных проб, сдаваемого населением в переработку, необходимо знать методы плавки и уметь самостоятельно произвести расчет шихты для выхода на нужную (установленную в нашей стране) пробу. При этом с целью экономного использования драгоценных металлов необходимо избегать лишних плавок, а следовательно, в одном тигле надо сплавлять максимально возможное количество шихты, в состав которой могут входить сплавы лома драгоценных металлов нескольких проб.

Примеры расчета шихты. Расчет шихты производится для выхода на нужную (установленную) пробу драгоценных металлов. При этом в соответствии с необходимостью могут быть случаи как повышения, так и понижения пробы.

1. Необходимо сплав определенной массы и пробы сплавить с другим сплавом для получения слитка установленной пробы.

а) Какое количество лома золота 750° необходимо сплавить со 100 г лома золота 56°, чтобы получить сплав 583°?

100(583°-560°)/(750°-583°) = 100*23°/167°= 13,77 г.

Следовательно, для получения сплава золота 583° к имеющемуся лому золота 56° массой 100 г нужно добавить 13,77 г золота 750°.

б) Какое количество лома серебра 916° необходимо сплавить с 50 г лома серебра 84°, чтобы получить сплав 875°?

50(875°-840°)/(916°-875°) = 50*35°/41° = 42,68 г.

Для получения сплава серебра 875° к имеющемуся лому серебра 84° массой 50 г необходимо добавить 42,68 г серебра 916°.

в) Какое количество чистого золота 999,9° необходимо сплавить со 100 г лома золота 375°, чтобы получить сплав 500°?

100(500°-375°)/( 1000°-500°)-100*125°/500° = 25 г.

Для получения сплава золота 500° к имеющемуся лому золота 375° массой 100 г необходимо добавить 25 г чистого золота 999,9° (для упрощения расчета чистое золото принято за 1000).

2. Необходимо понизить имеющийся сплав до установленной пробы.

а) Каким количеством сплава лома золота 500° необходимо долегировать 40 г сплава лома золота 958°, чтобы получить сплав 583°?

40(958°-583°)/(583°-500°) = 40*375/83° = 180,72 г.

Для получения сплава колота 583° к имеющемуся лому золота 958° массой 40 г нужно добавить 180,72 г лома золота 500°.

б) Каким количеством сплава лома золота 56° необходимо долегировать 50 г лома золота 900°, чтобы получить сплав 750°?

50(900°-750°)/(750°-560°) = 50*150°/190° = 39,47 г.

Для получения сплава золота 750° к имеющемуся лому золота 900° массой 50 г нужно добавить 39,47 г лома золота 56°.

в) Каким количеством сплава лома серебра 800° необходимо долегировать 30 г чистого серебра 999,9°, чтобы получить сплав 875°?

30(1000°-875°)/(875°-800°)-30*125°/75° = 50 г.

Для получения сплава серебра 875° к имеющемуся чистому серебру 999,9° массой 30 г необходимо добавить 50 г лома серебра 800° (для упрощения расчета чистое серебро принято за 1000°).

3. Необходимо получить конкретное количество сплава установленной пробы из нескольких сплавов различных проб.

а) Какое количество лома золота 750° и 500° надо сплавить, чтобы получить 100 г сплава 583°?

100 (583°-500°)/(750°-500°) = 100*83°/250° = 33,2 г.

Для получения сплава золота 583° массой 100 г необходимо сплавить 33,2 г лома золота 750° и 66,8 г лома золота 500°.

б) Какое количество лома золота 958° и 53° надо сплавить, чтобы получить 50 г сплава 750°?

 50(750°-560°)/(958°-560°) = 50*190°/398° = 23,87 г; 
 50-23,87 = 26,13 г. 

Для получения сплава золота 750° массой 50 г необходимо сплавить 23,87 г лома золота 958° и 26,13 г лома золота 56°.

в) Какое количество лома серебра 916° и 750° надо сплавить, чтобы получить 40 г сплава 800°?

 40(800°-750°)/(916°-750°) = 40*50°/166° = 12,05 г; 
 40-12,05 = 27,95 г. 

Для получения сплава серебра 800° массой 401 г необходимо сплавить 12,05 г лома серебра 916° и 27,95 г лома серебра 750°.

4. Необходимо понизить пробу сплава и получить конкретное количество сплава установленной пробы с применением легирующих материалов.

а) Каким количеством лигатуры (серебро и медь) необходимо долегировать лом золота 750° массой 100 г, чтобы получить сплав золота 583°?

100(750°-583°)/583° = 100*167°/583° = 28,64 г.

Для получения сплава золота 583° из лома золота 750° массой 100 г необходимо к этому лому 750'° добавить 28,64 г лигатуры. Соотношение серебра и меди в составе лигатуры зависит от желаемого цвета сплава золота.

б) Каким количеством лигатуры меди и цинка необходимо долегировать лом серебра 960° массой 60 г, чтобы получить сплав серебра 916°?

60(960°-916°)/916° = 60*44°/916° = 2,88 г.

Для получения сплава серебра 916° из лома серебра 960° массой 60 г необходимо к этому лому добавить 2,88 г лигатуры. Соотношение меди и цинка зависит от желаемых прочностных характеристик сплава.

5. Необходимо сплавить несколько слитков различных проб с целью получения одного слитка установленной пробы.

а) Какое количество лигатуры нужно добавить, чтобы из нескольких слитков различных проб получить сплав золота 500°?

Каждый слиток условно переводим в чистое золото:

        20 г золота 900° = 18,0  г  чистого золота 
        30 г золота 583° = 17,49 г  чистого золота 
        20 г золота  56° = 11,2  г  чистого золота 
        40 г золота 375° = 15,0  г  чистого золота
Итого: 110 г слитка      = 61,69 г чистого золота. 

Определяем среднюю пробу общего слитка золота массой 110 г:

61,69*1000/110 = 560,82°.

Затем полученный слиток золота 560,82° массой 110 г необходимо легировать для получения сплава 500°.

110(560,82°-500°)/500° = 110*60,82°/500° = 13,38 г.

Для получения единого слитка золота 500° из указанных выше слитков к общему их сплаву массой 110 г необходимо добавить 13,38 г лигатуры.

Общая масса слитка золота 500° будет составлять без учета потерь на угар при плавке 110+13,38 = 123,38 г.

б) Какое количество чистого серебра нужно добавить, чтобы из нескольких слитков различных проб получить сплав серебра 875°?

Каждый слиток условно переводим в чистое серебро:

        40 г серебра 750° = 30    г чистого	 серебра 
        30 г серебра 800° = 24,0  г чистого	 серебра 
        20 г серебра  84° = 16,8  г чистого	 серебра 
        10 г серебра 916° = 9,16  г чистого	 серебра 
        10 г серебра 960° = 19,6  г чистого серебра 
Итого: 110 г слитка       = 89,56 г чистого серебра. 

Определяем среднюю пробу общего слитка серебра массой 110 г:

89,56*1000°/110 = 814,18°.

Затем полученный слиток серебра 814,18° массой 110 г необходимо повысить до установленной 875° добавлением чистого серебра 999,9° (для упрощения расчетов чистое серебро принимаем за 1000°).

110(875°-814,18°)/(1000°-875°) = 110*60,82°/125° = 53,52 г.

Для получения единого слитка серебра 875° из указанных выше слитков к общему их сплаву массой 110 г необходимо добавить 53,52 г чистого серебра 999,9°.

Общая масса слитка серебра 875° будет составлять без учета потерь на угар при плавке 110+53,52 = 163,52 г.

6. Необходимо из чистого драгоценного металла получить сплав определенной массы и установленной пробы.

а) Какое количество чистого золота 999,9° нужно использовать, чтобы получить 80 г сплава золота 375°?

80*375°/1000° = 30 г.

Для получения сплава золота 375° массой 80 г нужно использовать 30 г чистого золота 999,9° (для упрощения расчетов чистое золото принимаем за 1000°).

б) Какое количество чистого серебра 999,9° нужно использовать, чтобы получить 80 г сплава серебра 960°?

80*960°/1000° = 76,8 г.

Для получения сплава серебра 960° массой 80 г нужно использовать 76,8 г чистого серебра 999,9° (для упрощения расчетов чистое серебро принимаем за 1000°).

Плавку драгоценных металлов и лигатуры осуществляют под действием высоких температур. При этом атомы расплавляемых металлов освобождаются от внутрикристаллических связей, кристаллиты распадаются и между ними образуется все больше жидкого металла. Процесс растворения структуры продолжается до тех пор, пока весь металл из твердого состояния не перейдет в жидкое.

При проведении плавки сначала начинают расплавлять драгоценные металлы, а затем добавляют цветные (лигатурные). Когда лигатура полностью расплавится и сплав будет хорошо перемешан, его выливают в металлические изложницы, где он остывает.

Для обеспечения процесса плавления применяется флюс (бура) в количестве 5 г на каждые 100 г сплава. Расплавленная бура образует при охлаждении на стенках тигля или плавильной чаши глазурь, предохраняет расплав от доступа кислорода и растворяет окислы. Стальные изложницы, в которые заливают сплавы, перед заполнением очищают стальной щеткой, чисто протирают и смазывают слоем машинного масла.

Плавка может быть индивидуальной или централизованной.

Переводы проб сплавов драгоценных металлов. При оформлении заказов на изготовление и ремонт ювелирных изделий население сдает лом золота и серебра различных проб и приемщику заказов необходимо сразу произвести пересчет этого лома в ту пробу драгоценного металла, из которой будут изготовлены изделие или отдельный элемент. Для облегчения этого пересчета приводятся таблицы приложений 1 и 2, в которых в качестве основных приняты сплавы золота 583° и серебра 875° массой от 0,01 до 1 г и даны эквивалентные им массовые величины всех установленных в СССР проб золота и серебра.

В соответствии с Инструкцией Министерства финансов СССР все расчеты драгоценных металлов должны вестись с точностью до 0,01 г. Следовательно, в процессе перевода массовые величины должны округляться до второго знака после запятой.

Если необходимо перевести массовое количество золота 583° или серебра 875° больше чем 1 г в другую пробу, то это можно выполнить путем умножения на 10, 100 и т. д., а также путем суммирования.

Пример 1. Сколько золота 750° будет эквивалентно 1,5 г золота 583°?

В этом случае можно взять из приложения 1 массу золота 750°, которая будет эквивалентна 0,15 г золота 583°, т. е. 0,117 г, и умножить на 10, что даст 1,17 г.

Пример 2. Сколько золота 750° будет эквивалентно 1,52 г золота 583°?

В этом случае нужно взять из приложения 1 массу золота 750°, которая будет эквивалентна 1 г и 0,52 г золота 583°, т. е. соответственно 0,777 г и 0,404 г, затем суммировать и полученную величину 1,181 г. округлить до 1,18 г.

Пример 3. Сколько серебра 916° будет эквивалентно 5,37 г серебра 875°?

В этом случае можно взять из приложения 2 массу серебра 916°, которая будет эквивалентна 0,5 г серебра 875°, т. е. 0,478 г, и умножить ее на 10, что даст соответствующую величину 4,78 г, равнозначную 5 г серебра 875°.

Затем взять из приложения 2 массу серебра 916°, которая эквивалентна 0,37 г серебра 875°, т. е. 0,353 г, после чего суммировать две полученные величины 4,78 и 0,353, что составит 5,133 г, и округлить до 5,13 г.

В обратной последовательности могут быть произведены переводы любых указанных в таблицах проб сплавов золота и серебра в принятые как основные пробы: золото 583° и серебро 875°.

Индивидуальная плавка. Эту плавку выполняет ювелир непосредственно на рабочем месте в плавильной чаше или ложке. Металлы при таком методе плавки легко нагреваются открытым пламенем горелки. Их сплавляют в небольшой слиток или в горячем расплавленном состоянии разливают в специальные формы для получения при остывании необходимой заготовки.

При плавке открытым пламенем необходимо, чтобы оно было сильным, шумящим, с вытянутой восстановительной зоной.

Централизованная плавка. При централизованной плавке в состав шихты могут входить драгоценные металлы в различном виде и различных проб (лом ювелирных изделий, отходы собственного производства и чистые драгоценные металлы), которые при расчете шихты учтены в соответствии с пробой, определенной различными методами. Однако, учитывая, что при опробовании раствором хлорного золота, пробирными реактивами и на пробирном камне с пробирными иглами проба определяется ориентировочно, с отклонениями, сплав, полученный при централизованной плавке, часто имеет отклонения от расчетной пробы. Поэтому если в состав сплава входят драгоценные металлы, проба которых определена ориентировочно, то при плавлении весь состав тигля выливают в изложницы и полученные слитки, как правило, подвергают химическому анализу муфельным методом. А затем в соответствии с полученной пробой проводят повторный, уточненный, расчет шихты и сплав повторно плавят и долегируют с целью точного выхода на планируемую пробу.

При повторной, уточненной, плавке сплав разливают в специальные изложницы для получения при остывании заготовок нужных профилей. Если перед первой плавкой проба драгоценных металлов определена точно, то повторную плавку проводить не следует и полученный расплав можно разливать в специальные изложницы для получения при остывании заготовок нужных профилей. Чтобы избежать неравномерности сплава, следует тщательно перемешивать шихту.

Централизованная плавка золота проводится в электрических или высокочастотных установках (печах).

В ювелирном производстве применяется несколько типов электрических печей. Выбор конструкции печи зависит от объема производства, т. е. количества перерабатываемого металла. В настоящее время наиболее широкое применение получили электроконтактные печи (рис. 24). Принцип действия такой печи заключается в том, что через графитовый тигель, помещенный между двумя токопроводящими контактными пластинами (шинами), пропускают электрический ток. Тигель, в котором помещают металл, служит одновременно контактным нагревателем (электрическим сопротивлением). Тигель помещают в специальный захват и с помощью рычага с рукояткой устанавливают и извлекают из печи.

Рис. 24. Электроконтактная печь для плавки: 1 - рукоятка подъема верхней шины, 2 - верхняя подвижная токопроводящая шина, 3 - захват тигля, 4 - графитовый тигель, 5 - нижняя токопроводящая шина

Питание печи осуществляется от понижающего трансформатора, который в свою очередь питается от сети и трансформирует напряжение сети в низкое напряжение (наиболее часто 6 В). Мощность трансформатора определяется в зависимости от загрузки тигля. Для плавки металла массой до 0,5 кг-10 кВт. При этом можно достигнуть необходимой температуры плавления и полного сплавления металлов в течение 5-7 мин. Токопроводящие шины (контакты) изготовляются из меди, концы шин подводятся к специальным пустотелым металлическим головкам, в которых циркулирует проточная вода для охлаждения контактов и шин. Подъем верхней головки для освобождения тигля от зажима между контактными пластинами и его вывода для разлива сплава осуществляется поворотом рукоятки подъемного механизма.

Высокочастотные индукционные печи отличаются большой производительностью и применяются в основном на специализированных ювелирных предприятиях. В условиях индивидуального производства коэффициент их использования незначителен. Принцип действия индукционной печи состоит в нагреве электропроводящих материалов в электромагнитном поле высокой частоты, которое создается высокочастотным генератором.

Установка состоит из шкафа, лицевой панели, вентилятора, выпрямителя, электромеханической блокировки анодного трансформатора, зажима индуктора и плавильной части.

Индуктор с плавильной частью проектируется и размещается в зависимости от имеющихся производственных площадей и создания максимальных удобств для работы.

В качестве плавильных тиглей в ювелирном производстве применяются графитовые и глиняные (гессенские).

Графитовые тигли изготовляются из графита, который размалывают и смешивают с глиной. Перед первым употреблением тигель медленно нагревают и прокаливают. При первом подогреве внутренняя поверхность тигля должна быть обработана бурой для предотвращения шелушения его поверхности и, следовательно, загрязнения плавки.

Гессенские тигли изготовляют из жирной глины, не содержащей железа и извести. Примеси кварцевого песка и шамотной муки предотвращают растрескивание и усыхание тиглей. Они дешевле и прочнее графитовых, но срок их эксплуатации меньше. Перед эксплуатацией их также прокаливают и глазируют бурой, прилипшие остатки металла не выбирают, а выплавляют вместе с бурой.

Тигли должны применяться для металла определенной пробы, поэтому снаружи на стенке тигля делают соответствующую маркировку. Для сокращения времени плавления и уменьшения возможности окисления металла перед загрузкой тигель необходимо прогреть.