Плавление свинца
моделирование нагрева металла, температура плавления свинца
Пример подготовил Борисов С., студент электромеханического факультета СПбГПУ
В тигле находится свинец. Определить время плавления свинца и нагрева расплава до требуемой температуры, 350 градусов.
Тип задачи:
Теплопередача нестационарная.
Геометрия:
Нагрев осуществляется со дна тигля. Охлаждение происходит со всех свободных поверхностей.
Дано:
Теплопроводность жидкого свинца 35.3 Вт/K·м
Удельная теплоемкость жидкого свинца 150 Дж/кг·К
Плотность жидкого свинца 9810 кг/м 3
Теплопроводность твердого свинца 35.3 Вт/K·м
Удельная теплоемкость твердого свинца 130 Дж/кг·К
Плотность твердого свинца 11340 кг/м 3
Удельная теплота плавления свинца 25000 Дж/кг
Теплопроводность тигля 47 Вт/K·м
Удельная теплоемкость тигля 460 Дж/кг·К
Плотность тигля 7800 кг/м 3
Начальная температура 0 градусов
Конечная температура 350 градусов.
Тепловой поток нагревателя 223000 Вт/м 2
Коэффициент конвекции с поверхности тигля и свинца 30 Вт/K·м 2
Решение:
Сначала происходит нагрев твердого металла, затем его плавление, и позже нагрев жидкого металла. Каждый процесс смоделирован отдельно.
- Процесс нагрева твердого свинца смоделирован в первой части. Свинец достигает температуры плавления после 1800 секунд нагрева.
- При достижении температуры плавления температура свинца не меняется. Идет процесс расплавления. Время плавления определяется вручную:
Объем свинца V = 3045 см 3
Масса свинца m = V * ρ = 3045 * 11.34 = 34530.3 гр (34.5кг)
Теплота плавления Q = m * λ = 34.5 * 25000 = 8625000 Дж
Входящий тепловой поток F = 954.21 Вт
Время плавления t = Q / F = 8625000 / 954.21 = 903.8 сек. - Процесс дальнейшего нагрева идет от температуры, полученной в первой задаче (за время плавления температура не менялась). Для передачи температуры из одной задачи в другую используется связь задач.
Температура плавления свинца позволяет использовать металл в технических целях для изготовления деталей, образования сплавов. Переплавку материала можно проводить в кустарных условиях, соблюдая при этом меры предосторожности.
Свинец легко плавится.
Приготовление расплава
Плавление материала предусматривает процесс перехода из твердого состояния в жидкость под влиянием температурного градиента. Этот показатель имеет зависимость от характеристик компонентов, формирующих сплав.
К примеру, температура плавления свинца составляет 327 °C, а олова — 232 °C. Для припоя, состоящего из этих материалов, температура перехода в жидкость составляет 183 °C.
Плавка материалов происходит при нагревании. Показатель перехода в жидкое состояние называется температурой плавления.
Свинец является пластичным и вязким химическим элементом, легко поддающимся обработке. Он легко образует на воздухе оксид. Свежий срез металла быстро тускнеет. Материал непрочный и легко поддается механическому воздействию. составляет 11,3 г/см³.Удельная теплота плавления свинца составляет 25 кДж/кг. Материал отличается большой вязкостью, его трудно разломать на части. В то же время он очень мягкий, на нем остается вмятина от нажатия ногтем. Металл легко разрезается ножом.
Температура плавления -температура, при которой металл переходит в жидкое состояние.
Температура плавления свинца позволяет разогревать его в ковше на простом очаге с последующим отливом в формы.
Удельная теплоемкость свинца при комнатной температуре равна 127,5 Дж/кг, а при нагревании металла до кипения показатель увеличивается.
Переплавка в кустарных условиях
- Свинец, температура плавления которого низкая, позволяет его использование для литья разнообразных поделок, грузил для рыбалки в домашних условиях. Формировать расплав несложно, но при этом необходимо соблюдать элементарную безопасность и внимательность.
- Плавку металла следует проводить в хорошо проветриваемом помещении. Источником тепла можно выбрать ручную горелку, а в качестве сосуда использовать емкость из более прочного и устойчивого к нагреванию металла.
- Поместив материал в емкость для нагревания, включить источник тепла на максимальную мощность и направить температурный поток ближе к расплавляемому материалу. Для перевода в жидкость значительного количества сырья потребуется некоторое время.
- После выключения горелки расплавленный материал можно заливать в подготовленную форму для литья. Надев специальные рукавицы, аккуратно взять емкость с жидкостью, слегка вращая для предотвращения образования пузырей.
- Заливать металл в форму нужно на расстоянии, чтобы не обжечь открытые части тела горячими испарениями свинца. После заливки форму оставить остывать до безопасной температуры.
- Пролитый расплав можно легко механически удалить с поверхности с помощью отвертки или долота и использовать его при следующей плавке.
- Материал хорошо смешивается с другими металлами, что влияет на состав и качество отливки. При работе необходимо использовать спецодежду и плотные рукавицы для защиты кожи рук от попадания металлической пыли.
- Перед заливкой нужно удостовериться, что форма абсолютно сухая. При наличии влаги может произойти мгновенное ее испарение, что повлечет за собой попадание расплава на тело.
Применение металла
Свинец известен человечеству несколько тысячелетий. Еще в Древнем Риме его использовали для изготовления труб для транспортировки воды.
В природе существует примерно 180 минералов, включающих в состав химический элемент №82. Месторождения свинца часто сочетаются с рудами меди, висмута, цинка, серебра.
На сегодня применение металла в промышленном производстве позволяет изготавливать:
пластины для аккумуляторов;
оболочки силовых кабелей;
типографские шрифты;
сплавы и припои;
сплавы для изготовления подшипников;
красители;
пули и дроби для охоты.
А также он используется как средство защиты от радиоактивного излучения.
Свинец широко используется в жизнедеятельности человека.
До недавнего времени металл применяли с целью увеличения октанового числа топлива и обнаружения H2S, но постепенно от данного метода начали отказываться.
Свинец является токсичным химическим элементом. Отравление металлом и его соединениями возможно при разработке рудных месторождений, выплавке и использовании в производстве.
Бытовые отравления происходят по причине длительного хранения продуктов в упаковках или посуде, покрытой глазурью, содержащей свинец.
Расплавить свинец нетрудно. Это можно сделать даже в домашних условиях, используя подходящую тонкостенную стальную или даже алюминиевую емкость. Температура плавления свинца невысокая. Чтобы ее достичь, достаточно пламени конфорки бытовой газовой или электрической плиты.
Свинец: характеристика
Распространение в общей массе земной коры - 0,0016 %. Это вроде бы и мало, но если сравнивать данный показатель с ближайшими соседями по таблице химических элементов - ртутью, золотом, висмутом, то свинец занимает гораздо более высокое место. Основной источник сырья для его получения - это полиметаллические сульфидные руды.
Материал имеет характерный грязно-серый цвет. На срезе свинец блестит с синеватым отливом, однако вскоре тускнеет. Это происходит окисление при воздействии воздуха. На поверхности среза образуется тонкий слой оксида. Металл тяжелый, его плотность - 11,34 г/см³. Это в полтора раза больше, чем у железа, и вчетверо в сравнении с алюминием.
Кроме того, что температура плавления свинца невысока, он еще является одним из самых мягких металлов. Его можно поцарапать ногтем, порезать ножом. Он достаточно гибкий, плющится молотком. Материал хорошо подходит для плавления и литья даже в домашних условиях.
Технологические свойства: какая температура плавления свинца?
Он плавится при 327,46 °C (600,61 K). Сохраняет высокие технологические литьевые свойства в диапазоне от 400 до 450 °С. Температура кипения свинца равна 1751 °С (2022 K). Пленка оксида, необходимая для защиты от коррозии, плавится только при 850 °С. Такая высокая температура, существенно превышающая режим плавления, усложняет процесс сваривания свинца в сплавах с другими металлами. К тому же при 700 °C летучесть свинца заметно возрастает.
В холодном виде материал хорошо поддается обработке. Его можно прокатать в тонкую фольгу. При давлении от 2 т/см² дробленый свинец спрессовывается с образованием монолитной массы. Проволоку из него получают не методом литья, а при продавливании твердого материала через фильеру. Малая разрывная прочность не дает возможности использовать для этих целей обычное волочение.
При какой температуре плавится свинец в составе с другими металлами? Это будет зависеть от состава сплава и соотношения металлов в нем. С одним материалом температура может повыситься, в то же время с другими - быть значительно ниже. К примеру, припой, в основе которого олово (64 %) и свинец (36 %), плавится при 180-200 °С.
Плавление в домашних условиях: подготовка
Необходимо подобрать подходящую емкость, желательно, чтобы ее ручка была из жаростойкого материала. Хорошо для этих целей подойдет старый чайник, кофейник или другая вышедшая из употребления кухонная утварь с удобной рукоятью. Можно расплавить материал и в старой чугунной посуде, а для заливки использовать глубокую ложку с длинной ручкой.
В крайнем случае подойдет и жестяная консервная банка. Но тут не обойтись без плоскогубцев. Ими можно снять с огня разогретую посуду и залить расплавленный свинец в подготовленную форму. Но это следует делать очень осторожно. Для удобства на ободке жестянки лучше сделать желобок. Тогда расплавленный металл выльется тонкой струйкой без подтеков и точно в нужное место. Место для захвата плоскогубцами также следует заранее оборудовать, чтобы не производить лишних манипуляций с посудой и разогретым металлом.
Подготовленный и максимально очищенный от посторонних примесей свинец по возможности измельчают на мелкие кусочки. Так он быстрее будет плавиться. Емкость надежно устанавливается над горелкой и прогревается. Это делается для выгорания с ее поверхности влаги и нежелательных посторонних примесей.
Процесс плавления и заливка
Не стоит загружать в посуду сразу весь объем подготовленного материала. Контактировать с разогретой поверхностью будет только нижний слой свинцового лома, а все, что сверху, будет только забирать на себя тепло и этим замедлять прогрев. Лучше сначала расплавить несколько кусочков, чтобы образовалась лужа, а затем в нее постепенно добавлять новые порции металла. В таком случае увеличивается площадь разогревающей поверхности.
После расплавления всего объема материала металлической лопаткой или ложкой с длинной ручкой с поверхности расплава необходимо снять слой шлака, примесей и мусора. Заливку следует производить в разогретую форму. Сравнительно низкая температура плавления свинца предполагает его быстрое застывание. Особенно заметно это в холодной форме. Материал теряет текучесть, заметно густеет, расплав не заполняет форму, качество отливки ухудшается.
Техника безопасности
Температура кипения свинца очень высока (1751 °C), и достичь ее в домашних условиях нереально. Тем не менее летучесть его уже при 700 °C становится довольно высокой. При существенном превышении температуры плавления находящиеся поблизости люди могут подвергаться негативному воздействию его испарений. Если нет существенной технологической необходимости перегревать расплав, не следует его доводить до красноватого оттенка. Именно это свидетельствует о том, что температура плавления свинца была превышена.
Расплавленный свинец при попадании на кожу может вызвать серьезные ожоги. Его капли прожигают одежду, при попадании на быстровоспламеняющиеся материалы могут вызвать возгорание и, как следствие, пожар, поэтому работать следует осторожно. Недопустимо попадание воды в расплавленный свинец. Это вызывает фонтан серебристых брызг, которые при попадании в глаза могут вызвать крайне нежелательные последствия.
Работать следует в хорошо проветриваемом помещении или на улице. Не стоит пренебрегать средствами индивидуальной защиты. Респиратор или даже ватно-марлевая повязка защитят дыхательные пути от свинцовой пыли. Малые дозы свинца в организме, возможно, сразу и не вызовут последствий. Однако этот материал имеет склонность накапливаться на протяжении жизни и вызывать отравление при превышении допустимых доз.
Cтраница 4
Плавкостью называется способность металлов при определенной температуре переходить из твердого состояния в жидкое. Эта температура называется температурой плавления. Различные металлы имеют различную, но определенную (для данного металла) температуру плавления. Сплавы не имеют постоянной и определенной температуры плавления, она зависит от количества и свойств элементов, входящих в сплав. Так, например, если температура плавления свинца 327 С, а олова 232 С, то сплав олова в количестве 62 % со свинцом в количестве 38 % (так называемый припой) имеет температуру плавления 183 С.
Плавкостью называется способность металлов при определенной температуре переходить из твердого состояния в жидкое. Эта температура называется температурой плавления. Различные металлы имеют различную, но определенную (для данного металла) температуру плавления. Сплавы не имеют постоянной и определенной температуры плавления, она зависит от количества и свойств элементов, входящих в сплав. Так, например, если температура плавления свинца 327 С, а олова 232 С, то сплав олова (62 %) со свинцом (38 %), называемый припоем, имеет температуру плавления 183 С.
В тигельных печах обычно нет термопары или термометра для измерения температуры. О примерной температуре в печи судят по цвету нагретого керамического муфеля: темно-красное каление - 700 С, ярко-красное - 950 С, желтое - 1100 С. Через 10 - 12 мин тигель осторожно вынимают, захватив тигельными щипцами. Нужно подчеркнуть, что эту операцию целесообразно выполнять без задержки, не давая тиглю охладиться. При охлаждении металл может иногда приплавиться к тиглю и тогда его трудно извлечь, не разбив тигель. Для восстановления выбирают оксиды низкоплавких металлов (температура плавления свинца 327 С, олова 232 С), чтобы получить расплавленный металл в лабораторных условиях.
Свинец пластичен и вязок, легко поддается обработке. Свежий разрез свинца на воздухе быстро тускнеет, так как свинец окисляется кислородом воздуха. Вследствие большой вязкости свинец трудно ломается. Механическая прочность свинца весьма невысокая. Он настолько мягок, что чертится ногтем, легко режется ножом, легко сгибается и рвется даже при сравнительно небольшом усилии. Теплопроводность свинца между 0 и 50 равна 30 ккал мчас С, теплоемкость между О и 100 равна 0 031 ккал. С, коэфициент линейного расширения равен 0 0000276 - 0 0000293, уд. Температура плавления свинца 327 5, поэтому его очень легко можно расплавить в ковше на простом очаге и отлить в любую форму. Простота обработки является наиболее ценным свойством свинца по сравнению с другими материалами.
Инструкция
Прогрейте емкость, в которой будет производиться . Надежно установите емкость над газовой горелкой. Зажгите огонь. Отрегулируйте подачу газа так, чтобы было небольшим. Подождите, пока емкость прогреется. Прогрев необходим для выпаривания влаги с поверхности емкости, выгорания органических веществ и предотвращения разрушения керамической посуды из-за быстрого неравномерного термического расширения.
Расплавьте свинец . Поместите в емкость несколько кусочков . Для того чтобы избежать ожога, делайте это щипцами или лопаткой. Дождитесь их полного расплавления. Добавляйте в расплав порции свинца до получения необходимого количества жидкого металла. Постепенное добавление свинца в расплав ускоряет процесс плавления, поскольку твердые фрагменты контактируют с жидкой фракцией, что увеличивает площадь соприкосновения и улучшает теплопередачу.
Обратите внимание
Расплав свинца имеет очень высокую температуру. Остерегайтесь попадания его на кожу, одежду и легко воспламеняющиеся предметы. Работайте на улице или в очень хорошо проветриваемом помещении, так как пары свинца токсичны.
Полезный совет
Расплавить свинец можно даже в консервной банке, прочно установив ее над газовой горелкой.
Свинец сразу распознается по внешним признакам, он достаточно гибок, не ломается, с легкостью плавится под молотком, имеет темно-серый цвет. Он относится к легкоплавким металлам, так как плавится при 327 градусах. В том случае если он находится в сплаве с другим металлом, плавления может значительно снизиться или повыситься. Свинец вполне подходит для литейных работ в домашних условиях
Инструкция
Достать свинец совершенно не сложно, это можно в организациях, занимающихся утилизацией сырья. Желательно приобретать более чистый свинец. Перед началом плавки свинца, приготовьте форму, в которую будете его заливать. Возьмите чугунную кастрюлю, поставьте ее на огонь, кусочки свинца сложите в кастрюлю и держите на огне до тех пор, пока свинец не станет похожим на блестящую жидкость. Следите, чтобы не оставалось мелких кусочков. Если температура, необходимая для плавления свинца, будет превышена, он начнет приобретать красноватый оттенок.
В то время пока свинец на огне, подготовьте форму для заливки, немного разогрев ее, что позволит избежать частичной или неровной отливки. После этого форму зажмите в тисках, прикрепленных к столу. Для этих целей также специальные струбцины и формы с приваренными ручками.
Как только свинец расплавится, соскребите с его поверхности ножом или ложкой весь мусор. Затем большой ложкой зачерпните небольшое количество свинца и осторожно залейте в форму, предварительно поставив ее возле кастрюли, так как он может расплескаться и оставить серьезные ожоги на руках. Люди, постоянно работающие со свинцом, предпочитают разливать его в форму специальной ложкой, имеющей сбоку небольшую выемку.
Свинец можно добыть и из обычного аккумулятора. Для этого разберите, слив предварительно кислоту и оставив в перевернутом состоянии на один день. После отколите боковые стороны аккумулятора и достаньте свинцовые , которые находятся в резиновых пакетах. Расплавьте их описанным выше способом. А предотвратить поверхностное окисление при плавке поможет древесный - просто посыпьте его поверх свинца во время плавки.
Обратите внимание
Несмотря на то, что свинец легко плавится, форму он заполняет хуже, чем другие легкоплавкие металлы.
В холодную форму разливать свинец нельзя, так как он может при соприкосновении с холодной поверхностью дать брызги.
Источники:
- температура плавления свинца в 2018
Совет 3: Как после плавки свинца защитить фигурки от окисления
Свинец известен с древнейших времен. Археологи довольно часто находят фигуры божеств и украшения из этого материала. Популярен свинец и в наше время – из него, например, делают грузила для рыболовных снастей. Металл этот довольно легко плавится, поэтому из него отливают статуэтки, бусы и браслеты. Впрочем, у свинца есть довольно существенный недостаток: он очень быстро покрывается оксидной пленкой и теряет блеск.
Что для этого нужно?
Оксидная пленка на из свинца появляется после плавки довольно быстро. Очищать ее механическим способом совершенно бесполезно − это довольно трудоемкий процесс. Кроме того, очищенная поверхность тоже быстро начнет окисляться. Защитить грузила, бусы или электроразъемы можно с помощью следующих веществ:- ;
- ;
- лака.
Приготовьте также пачку бумажных салфеток, а для работы с кислотой – химическую посуду, перчатки и респиратор.
Домашние и промышленные способы
Есть в буквальном смысле домашний способ защитить свинцовую поверхность от коррозии. Подсолнечное масло в хозяйстве всегда найдется. Налейте его в миску и погрузите туда недавно выплавленную фигурку. Подержите минут пять, достаньте, положите на слой салфеток и дайте высохнуть.На производстве для защиты свинцовых деталей применяется обычно . Под рукой ее может и не оказаться, но купить ее не так сложно. Она встречается в магазинах автозапчастей, хозяйственных, сельхозтехники – , там, где продают промышленное масло. Можно заказать графитовую смазку и через интернет-магазин. Свинцовое изделие долго сохранит блеск.
Если изделие большое, его можно просто протереть ватным тампоном, смоченном в растительном масле.
Рыболовные лаки
Можно покрыть свинцовую и лаком по . В магазине, где продают товары для рыболовов, часто встречается специальный «рыболовный» лак, предназначенный именно для таких целей. Цвета встречаются самые разные, но если вы хотите сохранить металлический блеск, вам больше подойдет бесцветный. Промышленность выпускает и флуоресцентные «рыболовные» лаки.Избавиться от оксида
Если оксидная пленка на поверхности уже есть, ее можно снять концентрированной кислотой. Помните о том, что для химических экспериментов лучше применять посуду из химического стекла. Обычная стеклянная банка может оказаться недостаточно прочной, а использовать металлические или пластиковые предметы и вовсе нежелательно. Не забудьте также о мерах предосторожности – с едкими кислотами нужно работать в перчатках. Желательна и защитная . Опустите предмет в кислоту, дождитесь, пока исчезнет оксидная пленка. Аккуратно слейте кислоту. Дайте изделию высохнуть, после чего смажьте его маслом, или покройте лаком. При работе со свинцом не забывайте, что этот материал токсичен.Свинец известен с глубокой древности. Этот металл незаменим во многих отраслях промышленности в силу своих физических и химических свойств. Для использования свинца необходимо знать его температуру плавления, что позволит изготавливать из него нужные материалы и детали. Он легко поддается ковке, очень пластичен, также такой металл отличает инертность к кислотам при нормальной температуре.
Области применения свинца
Одним из наиболее распространенных вариантов применения является изготовление пуль, дроби и других снарядов для огнестрельного оружия. А возможность для охотников мастерить самодельные пули создана благодаря дешевизне металла и низкой температуре его плавления.
Также из свинца изготавливают рыболовные грузила. Благодаря тому, что металл достаточно мягкий, его можно зафиксировать на леске без использования специальных приспособлений, простым обжатием.
Свинец обладает также антикоррозионным свойством, поэтому его применяют для нанесения защитного слоя на изделия из железа и изготовления защитных оболочек для кабелей. Также эта особенность свинца позволяет использовать его при производстве лакокрасочных изделий.
В качестве основного компонента корабельного, или железного, сурика, которым окрашивают подводную часть корабля, используется пигмент, в состав которого входит свинец.
Часто этот металл применяется в виде сплавов. Листы с примесью свинца, например, способны защищать от рентгеновских лучей и радиоактивного излучения. При аварии на Чернобыльской атомной электростанции, сопровождавшейся интенсивным излучением, использовали мешки с болванками и дробью свинца, чтобы остановить опасные процессы в реакторе. Для защиты людей, которые находились на подающих этот груз вертолетах, применялись свинцовые листы. Уникальные особенности этого металла в таком случае оказались незаменимыми.
Температура плавления свинца
Температура плавления чистого свинца, в котором не имеется примесей, составляет 328оС. При плавлении улучшаются литейные качества и без того пластичного свинца. Это позволяет охотникам в отливать снаряды для оружия.
Свинец можно расплавить даже в домашних условиях или на костре.
Однако для заливки в формы необходимо довести металл до жидкотекучего состояния. До такой степени можно свинец при температуре примерно на 100-200оС выше температуры плавления. Температура кипения этого металла варьируется в пределах 1749оС.
В расплавленном виде он имеет заметную летучесть, которая повышается вместе с . Пары свинца, а также его пыль могут вызвать у человека острое отравление. Для тяжелой интоксикации достаточна концентрация в организме 0,3 г свинца или же его компонентов.