Urządzenia i przyrządy do topienia

Węgiel drzewny jest doskonałym materiałem do tworzenia tygli do topienia metali, a także powierzchni do lutowania, dzięki swoim właściwościom odbijającym ciepło, które przyśpieszają osiągnięcie optymalnej temperatury oraz tworzeniu czystszych warunków lutowania. Pod płomieniem palnika, węgiel powoduje redukcję atmosfery poprzez pochłanianie tlenu z otoczenia, zapobiegając utlenianiu topionego (lub lutowanego) metalu.

W handlu dostępne są namiastki węgla drzewnego, wykonywane z trudnotopliwych materiałów w formie różnorakich bloków.

Węgiel drzewny wykorzystywany do topienia musi być bardzo dobry jakościowo. Najlepiej do tego nadają się bloki z drzewa lipowego bądź bukowego.

Przed użyciem, blok węgla wymaga pewnych przygotowań takich jak związanie drutem żelaznym, wyżłobienie zagłębienia dopasowanego do ilości topionego materiału oraz wyżarzania, by go odgazować i zabezpieczyć przed pękaniem.

Zanim przelany zostanie stopiony materiał, tygle z węgla drzewnego ujmuje się żelaznym uchwytem.

Metale szlachetne w ilości powyżej 10 kg stapiane są zazwyczaj w piecach koksowych zbudowanych z ogniotrwałej cegły. W  ch wnętrzu umieszczony jest ruszt bądź trójnóg do ustawienia tygla. Pod nim jest palenisko zasypywane koksem w taki sposób, by tygiel przykryty sporym kawałkiem węgla drzewnego, bądź szamotową pokrywą, był do połowy wysokości obsypany koksem. Niezbędnym wyposażeniem tych piecy jest także wydajny wyciąg kominowy oraz urządzenie doprowadzające powietrze do zwiększania temperatury. By przeciwdziałać wystudzaniu, czy też wręcz pękaniu tygla powodowanego wdmuchiwaniem zimnego powietrza, należy nieustannie uzupełniać stopiony koks.

O wiele dogodniejsze w użyciu są piece naftowe, benzynowe, acetylenowe, gazowe oraz elektryczne. Mają one niewielkie gabaryty, są przenośne, a buduje się je z szamoty i ogniotrwałej glinki izolowanej azbestem w obudowie z żelaznej blachy. Bardzo popularne są piece gazowe o łatwej regulacji temperatury i czystym oraz szybkim przebiegu stapiania. Małe piece gazowe są bardzo dobre do stapiania czystych metali. Gdy stapia się odpady metali szlachetnych konieczne jest wykorzystanie wydajnego wyciągu. Stosuje się do nich dmuchawki elektryczne bądź wodne.

Najprostsze w wykorzystaniu są piece elektryczne, wytwarzające temperaturę do około 3000^oC, na tyle wysoką, że umożliwiają bezproblemowe topienie platyny.

Każdy rodzaj pieca wymaga najpierw rozgrzania, a po zakończeniu topienia, powolnego stopniowego chłodzenia.

Do kontroli temperatury pieca wykorzystuje się pirometry, czyli urządzenia służące do bezdotykowego pomiaru. Funkcjonują one w oparciu o analizę promieniowania cieplnego emitowanego przez badane ciała. Bardzo wygodne w użyciu są pirometry optyczne, dające pomiary w zakresie temperatur od 700 do 2000^oC.

W piecu koksowym temperaturę można określać na podstawie barwy żaru. Kolor czerwony określa temperaturę od 600 do 850^oC, kolor od ciemno do jasnożółtego wskazuje na temperaturę od 850 do 1100^oC, a kolor biały to temperatura większa niż 1200^oC.

Tygle takie cechują się dużą odpornością i dają się wykorzystywać nawet kilkadziesiąt razy. Wykonywane są z mieszaniny składającej się z 50 części grafitu, 25 części glinki oraz 25 części szamoty.

Do topienia szlakującego i utleniającego wykorzystuje się o wiele tańsze tygle gliniane, wykonywane z mieszaniny o składzie 40 części gliny, 50 części szamoty, 5 części węgla drzewnego i 5 części grafitu bądź mielonego koksu. Wymagają one ostrożnej obsługi, są czułe na gwałtowne wahania temperatury i łatwo pękają. Zazwyczaj użytkowane są jednorazowo. Jednakże od jakiegoś czasu, osiągalne są tygle szamotowe o bardzo wysokiej jakości, zdatne do parokrotnego użycia. Tygiel gliny by zapobiec wylaniu się kosztownego metalu szlachetnego do wnętrza pieca w przypadku jego pęknięcia, wstawiany jest do bardziej wytrzymałego tygla grafitowego.

Oba rodzaje tygli zanim będą wykorzystywane do pracy muszą być parokrotnie opukane. Jeśli wydadzą głuchy dźwięk „rozbitego garnka” oznacza to, że jest on pęknięty i niemożna go używać. Tygle muszą być trzymane w suchym miejscu i nagrzewane bardzo powoli. Wszystkie nowe tygle przed pierwszym użyciem należy natrzeć wewnątrz sproszkowanym boraksem. Przeciwdziała on przyklejaniu się stopionego metalu do ścian oraz poprawia wylewanie stopionego materiału.

Jak wykonywano tygle w średniowieczu

W dawnych czasach złotnicy samodzielnie przygotowywali tygle do topienia. W almanachu O sztukach rozmaitych ksiąg troje, można przeczytać jak w średniowieczu były one sporządzane. Opis ich sporządzania rozpoczyna się w rozdziale O wyrabianiu tyglów.

„Weź skorup ze starych tyglów, w których się wprzód miedź, albo mosiądz wytapiało i pokrusz je drobno na kamieniu. Potem weź gliny, z jakiej się garnki wyrabiają, której dwa są gatunki, jeden biały, drugi szary: z tych biały służy do barwienia złota, drugi zaś do wyrabiania tyglów. Po długiem rozcieraniu surową tę glinę zmieszasz z tamtą, to jest z wypaloną, którąś poprzednio rozcierał, pod miarą, a to w taki sposób: weź jakiebądź naczyńko i napełnij je dwukrotnie surową gliną, a trzy razy paloną, iżby więc były dwie części surowej, a trzy palonej, i włożywszy to do obszernego naczynia, zalej wodą letnią, i tłuczkami i rękami mocno wyrabiaj, dopóki się nie stanie zupełnie lepką. Weź potem obłe drewno i urżnij do miary, jaką nadać chcesz tyglowi, stosownie do objętości pieca, a na niem wyrobisz jeden tygielek, i wyrobiony zaraz obsypiesz suchym popiołem i tak przy ogniu dla wyschnięcia zostawisz. Takimże sposobem narobisz tyglów ile zechcesz; a gdy wyschną należycie, włóż z nich do pieca trzy, cztery, lub pięć, ile ich piec będzie mógł pomieścić, i obsyp węglami.”

Temat kontynuowany jest w rozdziale O naczyńkach do roztapiania złota i srebra.

„Mając już to wszystko przysposobione, weź białej glinki i utrzej ją jak najmielej, a wziąwszy także stare naczynia, w których już złoto i srebro było wytapiane, rozetrzyj je osobno. W braku zaś takich, weź skorup z białego garnka i połóż je na węglach, aby się dobrze rozpaliły, a jeżeli się nie rozprysną, dozwól im ostygnąć i utrzej osobno. Zmieszaj potem dwie części gliny tartej, a trzecią wypalonej skorupy i dodawszy letniej wody wymiś mocno, a z tego zrób naczyńka większe i mniejsze, w których będziesz roztapiał złoto i srebro […]”

Wlewak na drut obecnie wykonywany jest w formie dwóch łączonych ze sobą klamrą z śrubą, masywnych lanych żelaznych płyt z półokrągłymi rowkami, które po złączeniu przybierają kształt wydłużonych cienkich walców, służących do wlewania stopionego metalu.

Podobny wygląd ma wlewak na blachę przyjmujący postać dwóch płaskich lanych żelaznych płyt łączonych ze sobą klamrą ze śrubą.

Obecnie często spotykanym rozwiązaniem jest używanie wlewaków uniwersalnych o konstrukcji umożliwiającej po odpowiednim ustawieniu płyt, odlewanie prętów bądź blachy.

Natomiast wlewaki na sztabę są masywnymi sztabami z lanego żelaza z prostopadłościenną wnęką zwężająca się ku dołowi.

Po za trzema podstawowymi rodzajami wlewaków w srebnictwie stosowane są specjalne wlewaki takie, jak rurkowy wykorzystywany do uzyskiwania okrągłych prętów o średnicy od 1 do 2 cm i długości od 30 do 40 cm. Służą one do późniejszego wyklepywania elementów do nakryć stołowych. Ściany wlewaka rurowego osiągają grubość około 0,5 cm.

Zanim przystąpi się do wlewania stopionego metalu do wlewaka, należy go natrzeć oliwą, łojem albo sproszkowanym węglem drzewnym bądź talkiem oraz ogrzać, tak by kropla wody spadająca na jego dno sycząc odparowywała.

Do odlewania niewielkich ilości metali szlachetnych, niekiedy stosuje się wlewaki z steatytu nazywanego słonińcem, a będącego odmianą talku. Przed użyciem nie trzeba go nagrzewać, ale należy naoliwić bądź podobnie jak w dawnych czasach pokryć wnętrze powłoką sadzy ze świecy (często w niewielkich pracowniach sadza ze świecy z uwagi na prostotę zastosowania używana jest także obecnie do przygotowania wlewaka do odlewania metalu).