Необычная муфельная печь обработает любой материал
Вы просматриваете раздел Муфельные, расположенный в большом разделе Для производства.
Муфельной печью называют устройство, предназначенное для термической обработки разнообразных материалов.
От обычной отопительной конструкции ее отличает муфель – отсек, который надежно защищает нагреваемое вещество от прямого контакта с продуктами сгорания.
Высокотемпературные муфельные печи
Изделие, которое необходимо подвергнуть тепловой обработке, помещают в муфель, изготовленный из специального огнеупорного материала, например, керамики или корунда. Подобные материалы обладают чрезвычайно высоким коэффициентом теплопроводности и хорошей плотностью.
Фото 1. Схема устройства электрической муфельной печи: показана как внешняя, так и внутренняя сторона.
Воздух внутри муфеля нагревается до определенной температуры, которая поддерживается на одном уровне до окончания обжига. За подачу тепловой энергии отвечают нагревательные элементы в виде проволоки. Далее идет слой теплоизоляционного материала, преимущественно из ШВП/ШВПХ.
Некоторые производители снабжают выпускаемые устройства мощными вентиляционными системами. Отдельный вытяжной механизм отвечает за вывод пара и дыма.
Всю конструкцию обшивают надежным металлическим корпусом толщиной приблизительно 1,5—2 мм. Для достижения высокой температуры (более 1150 °C) производители стали выпускать муфели из особого волокнистого материала. Его существенным недостатком является недолговечность.
Под влиянием газовых испарений и других химических веществ структура волокна в скором времени теряет свою форму. Встречаются и шамотовые муфели с нагревателями, скрытыми в пазах футеровки.
Справка. Объем внутренней камеры может варьироваться от одного до двухсот литров. Большие конструкции нагреваются дольше, чем миниатюрные модели. Электроэнергии на массивные печи расходуется больше, т. к. часть тратится непосредственно на нагрев муфеля.
Разновидности: газовые, электрические, с температурой 1100, 1300, 1700 градусов
- Муфельные печи. Предназначены для обработки специфических материалов высокими температурами.
- Сушильные шкафы. Максимальные температуры ниже, чем в муфельных. Используются для сушки, подогрева, прокаливания и испытания различных материалов в воздушной среде.
По типу источника энергии:
- Газовые. Позволяют значительно экономить расходуемое топливо.
- Электрические. Чаще всего используются на крупных предприятиях. Ленты, проволоки, стержни, профили и трубки для таких печей могут изготавливаться из платиновых сплавов, вольфрама, молибдена, тантала, сплавов нихрома и фехраля, хромита лантана, хромита иттрия, хромита скандия. Их питание 220 или 380 вольт, в зависимости от размера камеры.
По температуре нагрева в градусах Цельсия:
- Умеренной температуры — от 100 °C до 1100 °C.
- Средней температуры — от 100 °C до 1300 °C.
- Высокой температуры — от 100 °C до 1700 °C.
- С горизонтальной загрузкой/простые — загружаются с боковой стороны. Практически не имеют конкурентов по количеству одновременно разогреваемых в печи топок.
- С вертикальной загрузкой/горшковые — загружаются сверху, не отделяются от пода. Обеспечивают более эффективную работу с шоковыми паковочными массами и быстрый выход продуктов горения.
- Колпаковые — загружаются сверху, отделяются от пода после нагрева.
По режиму обработки:
- Воздушные, где муфель ограничивает движение воздушных масс между нагревателями и рабочим пространством.
- С газовой атмосферой, где газ может быть азотирующим, инертным, восстанавливающим и так далее. Наиболее часто здесь используются водород, азот, аргон и гелий.
- Вакуумные, где во внутренней части муфеля искусственно создается разреженное пространство.
Бывают различной мощности: 1, 5 — 3 квт; 6, 18, 26 квт.
Также существуют различные размеры печей: 200 х 300 х 200; 300 х 300 х 300; 400 х 300 х 400 и другие.
Отдельного упоминания заслуживают лабораторные муфельные печи. Они характеризуются высоким техническим оснащением, возможностью мгновенной замены муфеля и практически идеальной точностью рабочих параметров. Такие конструкции используются для проведения опытов с целью выяснения способов улучшения той или иной продукции.
Лабораторные муфельные печи чрезвычайно быстро нагреваются до требуемой температуры. Как правило, они оборудованы таймерами. Их камеры нужно часто менять, поскольку каждое сырье нуждается в особых условиях нагревания. Дно такого устройства должно быть оборудовано карбидокремниевыми плитами и дополнительным поддоном для защиты обогревательных элементов.
Внимание! Эксплуатация муфельных печей возможна при температурном режиме от +5 °C до +40 °C. Допустимый уровень влажности в помещении не должен превышать отметку в 85%.
Как работать с печью? Для чего нужна термопара?
Работать с муфельной печью довольно просто — достаточно всего лишь открыть крышку/дверцу и расположить внутри материал. Затем необходимо подключить оборудование к электросети и задать нужную температуру, после чего закрыть его. При необходимости транспортировки устройство тщательно упаковывают.
Фото 2. Схема термопары для муфельной печи. Используются два куска металла, которые соединены между собой.
Для измерения температуры в муфельной печи обычно используют термопары. Она представляет из себя два куска проволоки из специальных сплавов, сваренных между собой. При нагреве термопара вырабатывает электричество (чем выше температура в печи, тем больше милливольт мы получим на выходе). Далее эти милливольты можно замерить соответствующим прибором и перевести в температуру.
Сфера применения: от химика до ювелира. Вытяжные шкафы
Муфельные печи нередко пускаются в ход на окончательной стадии обработки керамических изделий в гончарных и художественных мастерских. Их активно используют в кузнечном деле.
В химической промышленности устройства эксплуатируются для создания монокристаллов, купелирования, а также обнаружения благородных металлов в различных сплавах и руде.
В медицине они незаменимы при стерилизации и обеззараживании инструментов.
Не меньшей популярностью они пользуются и в области производства ювелирных украшений. Автоматический регулятор позволяет нагревать и охлаждать изделия медленно, без каких-либо температурных скачков.
В домашних же условиях эти конструкции как нельзя лучше подходят для закалки режущих частей хозяйственных инструментов — ножей, пил, ножниц. Муфельные плиты можно устанавливать и использовать для собственных нужд в частных домах и квартирах, ведь они очень адаптивны.
В область применения муфельных печей входит:
- дисперсионное твердение;
- гомогенизация и нормализация;
- минерализация и высушивание;
- купелирование и кремация.
Муфельные печи не дают возможности реализовать скоростные режимы обработки материалов. В них нельзя проводить термическую обработку металлов с необходимостью периодической выгрузки сырья, поскольку это связано с постоянным открыванием крышки/дверцы. Устройства обладают очень важным в современном мире свойством — практически полной химической нейтральностью.
Муфельную печь лучше поместить в специальный вытяжной шкаф. Он позволяет эффективно удалять пары и другие продукты сгорания, тем самым защищая людей от их вредного воздействия.
Дополнительно шкаф может комплектоваться металлической тумбой для хранения различного вспомогательного оборудования, расходных материалов, инструментов.
Примеры моделей: 220 и 380 вольт; 2, 3, 4 кВт; 50, 400 литров
Муфельная печь «Вулкан», производитель Аверон.
Также компания производит нагревательные элементы для муфельных печей.
Муфельная печь Argenta APE 800 с программируемым управлением
Фото 3. Муфельная печь Argenta APE 800. На боковой стенке установлен программатор, при помощи которого можно управлять устройством.
Муфельная печь Snol 7 2
Муфельная печь ПЭ-4820, производитель «Экохим»
Терморегуляторы, контроллеры для муфельных печей: аналоговые, цифровые, программаторы
Терморегулятор позволяет регулировать температуру внутри печи. Терморегуляторы подразделяют на два вида:
Аналоговые терморегуляторы уже почти не используются. Ими снабжают только некоторые печи, например, ПМ-8. Регулятор представляет из себя поворотную ручку с нанесённой риской, которую можно устанавливать напротив требуемого деления шкалы. Точность задания температуры при помощи таких приборов невелика.
На данный момент широко распространены цифровые терморегуляторы. Они подразделяются на несколько видов в зависимости от функционала:
- Упрощённый терморегулятор отображает на дисплее заданную или текущую температуру в печи. Некоторые производители дополнительно снабжают эти терморегуляторы таймерами.
- Электронный терморегулятор имеет два дисплея, на одном из которых отображается заданная, на другом текущая температура. Имеется возможность задать время выдержки и скорость нагрева.
- Программатор подобен электронному терморегулятору, но в дополнение имеет возможность задавать программы нагрева во времени.
Полезное видео
Посмотрите видео, в котором показано, как проверить работоспособность термопары для муфельной печи.
Муфельные печи: принцип работы и сфера применения
В этой статье расскажу о таком важном и интересном агрегате как муфельная печь.
Применение таких печей разнообразно, но принцип работы один – нагревание различных деталей и материалов до необходимой температуры и термической обработки. Известно ли, что ювелирные мастерские, студии керамики или гончарные мастерские используют в своем производстве именно муфельные печи.
Отмечу, что можно приобрести готовую печь, но её стоимость зачастую очень высока. Однако, сделать муфельную печь своими руками быстро и достаточно легко, если есть все материалы. Обо всем этом также вы найдете познавательную информацию в этой статье.
Что представляет собой муфельная печь
Муфельные печи — это оборудование для нагрева различных материалов — керамики, золото, серебра, платины, химических веществ. По своей особенности широкого спектра и применяются практически везде.
Электрическая муфельная печь применяется для термической обработки материалов на многих производствах в основном химических лабораториях и научных институтах. Муфель в ней используется в основном керамический.
В технически устаревших печах сфера применения муфельных печей ограничивается температурным максимумом – 1150 градусов. Это объясняется расположением нагревательных элементов за керамическим муфелем, что не позволяет применить данные агрегаты при температуре рабочего пространства свыше 1150 градусов.
Это происходит из-за необходимости увеличения температуры на нагревательных элементах, выше возможного уровня их использования.
Для снижения перехода температур между температурой внутри муфеля и нагревателя, муфель изготавливается из керамики.
Принцип работы отличается еще и большим расходом электроэнергии, поскольку массивный муфель разогревается не быстро. Этим объясняется использование некоторыми производителями муфелей из волокнистых материалов. В такой печи нагревательные элементы находятся внутри.
Принцип работы устройства – устранение прямого излучения нагревателей на материал, поддающийся термообработке.
Однако у волокнистого муфеля есть серьезный недостаток: волокно неустойчиво к газовыделению, что происходит особенно активно при обжиге керамики, обработке металлов. Выделение солей и выгорание масла разрушают волокно.
Муфельная печь с выносным блоком управления нагрева являются новой веткой в развитии электрических печей сопротивления.
Рабочая камера сделана из высокотемпературного и прочного термоизоляционного материала.
Нагреватели расположены в пазах электропечи, что облегчает их замену и препятствует их замыканию при соприкосновении с садкой.
Она может использоваться при стандартной температуре от 50 до 1250 градусов, но может быть изготовлена и до 1600 градусов.
Муфельные печи используются по своему прямому назначению для обжига, закалки металлов и стали при высоких температурах, разнообразных лабораторных исследованиях.
На сегодня существует большое разнообразие данного вида печей, но каждая из них может применяться для отдельных вариантов обработки и закаливания материала, а именно:
- получение и создания особенных ювелирных изделий из серебра и золота;
- применяя высокие температуры, для переплавки драгоценных металлов и изделий с наличием повреждений;
- создание более прочной структуры и обжига изделий на основе керамики;
- формирование необходимого изделия и выплавки на основе воска;
- закалка металлических изделий, производство форм для литья металлов.
Разновидности муфельных печей
Муфельные печи подразделяются по типу нагрева:
- Электрические муфельные печи — являются разновидностью камерных электрических печей сопротивления.
- Газовые муфельные печи.
По защитному режиму обработки:
- Воздушные: нагрев в воздушной среде (общее назначение).
- С защитной газовой атмосферой: нагрев в специальной газовой среде (водород, аргон, гелий, азот, восстановительные газы, азотирующие газы и др.).
- Вакуумные: нагрев в вакууме.
- Вертикальной загрузки (горшковые).
- Колпаковые (с отделением от пода).
- Горизонтальной загрузки (простые).
- Трубчатые (поверка термопар).
Чтоб купить муфельную печь для начала нужно определиться для каких целей она будет использоваться, какого размера заготовки, либо химические образцы в ней будут нагреваться и до какой температуры.
Размер и температура нагрева рабочей камеры, очень важен т.к. от этих двух параметров во многом зависит цена.
В данное время на рынке существует много муфельных печей с самыми разными названиями:
- лабораторная муфельная печь;
- муфельная печь ювелирная;
- стоматологическая муфельная печь;
- промышленная муфельная печь;
- учебная муфельная печь.
Из всего многообразия, не всегда можно выбрать муфельную печь по заданным параметрам и за приемлемую цену.
По этому, постараемся разобраться, что объединяет все эти муфельные печи и в чём их отличия.
Лабораторная муфельная печь
Лабораторная муфельная печь — используют в лаборатории и проводят в ней, множество различных испытаний с материалами: термообработка (нагрев, закалка, обжиг) аналитических работ, лабораторные химические анализы с максимальной точностью нагрева и контроля заданной температуры, поэтому их покупают с программным управлением и температурой нагрева от 1100 градусов.
Ювелирная муфельная печь
Муфельная печь для ювелиров, используют для плавки драгоценных металлов, поэтому её можно отнести к категории, профессиональные плавильные ювелирные печи.
Чаще всего приобретают, ювелирные муфельные для плавки, серебра, золота и платины.
Чтоб выбрать подходящую плавильную ювелирную, для плавки таких металлов, нужно исходить из температуры плавления золота, серебра, платины и т.д.
При работе с драгоценными металлами в печи ювелирной, не нужно экономить на стоимости и купить ювелирную печь с 30-ю программами контроля температуры, PID (ПИД) автоматического управления.
В отличии от лабораторной муфельной, муфельную печь ювелирную, нужно выбирать немного по другим техническим параметрам.
Ювелирная муфельная печь, должна быть с размером рабочей камеры, максимум 200×200×200 мм и температурой нагревая, не более 1200 градусов цельсия.
Так как, ювелир работает с небольшим количеством драгоценного металла и нет смысла переплачивать за большой объём рабочей камеры.
Стоматологическая муфельная печь
В стоматологии, муфельная печь, чаще всего используется для сушки, обжига, прогрева (ортопедическая стоматология).
Муфельные печи для керамики, чаще всего покупают для стоматологии с температурой нагрева от 1100 до 1200 градусов цельсия. С размером рабочей камеры от 100×100×100 мм до 200×200×200 мм.
Для такой специализации, подойдёт муфельная печь с небольшим объёмом рабочей камеры, от 100×100×100 мм до 200×200×200 мм но можно и больше.
Промышленная муфельная печь
Отличия промышленных муфельных печей от всех остальных это размер рабочей камеры, не меньше 200×200×200мм и температура нагрева рабочей камеры 1400 градусов до 1750 градусов (можно нагревать и выше но при нагреве до 1800 градусов быстро приходит в негодность нагревательный элемент).
В данном случае, цена муфельной складывается не от размера рабочей камеры, а от температуры нагрева.
На промышленных производствах, стараются использовать муфельные печи с максимальной температурой и комплектацией т.к. деятельность таких предприятий очень обширна и эти агрегаты выполняют очень много функций, практически эксплуатация таких печей идёт по всем параметрам.
Учебная муфельная печь
Если вам понадобилась учебная муфельная печь, предназначенная для отжига, закалки и обжига то вам подойдёт муфельная печь с максимальным нагревом рабочей камеры 1100 градусов и со стандартным размером рабочей камеры 100×100×100 такие печи обычно называют «мини муфельная печь» либо «маленькая муфельная печь».
Чтоб выбрать муфельную печь, нужно учитывать каких знаний вы хотите достичь при работе с муфельной печью.
Муфельные печи бывают самые разные от простых (на уровне пользования бытовой микроволновой печью) до сложных муфельных печей, управления которыми осуществляется через персональный компьютер или ноутбук.
Для чего необходима муфельная печь
Муфельная печь используется:
В термообработку муфельных печей входит (закалка, отжиг, отпуск, нормализация, обжиг).
Термическая обработка металлов и сплавов в ней производится с целью улучшения их служебных свойств.
Для отжига (гомогенизация и нормализация).
Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.
Дисперсионное твердение (старение).
После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.
Для закалки материала.
Закалку в муфельной печи проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита (повышение твёрдости). Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки зависит от материала.
Для отпуска материала.
Отпуск в муфельной печи необходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочность.
Для сжигания (озоление).
Метод применяется тогда, когда имеется специальное задание исследовать объекты биологического происхождения на наличие марганца, меди и некоторых других металлов.
Высушивание в муфельной печи — намеренное удаление влаги (обычно воды, иногда — жидкой фракции произвольного химического состава) из материала.
В муфельных печах чаще всего проводят обжиг.
При обжиге керамических изделий в муфельной печи, происходят сложнейшие физико-химические процессы, в результате которых керамическая масса – механическая смесь минеральных частиц – становится камнеподобным материалом – прочным, твердым, химически стойким, с присущими только ему эстетическими свойствами.
Обжиг керамических изделий — это важная и завершающая стадия технологического процесса керамических изделий, конечная и важная стадия любого керамического производства.
Так же обжиг применяют ювелиры для обжига ювелирных и художественных изделий из цветных металлов.
При обжиге сырца в муфельной печи образуется искусственный каменный материал, который в отличие от глины не размывается водой и обладает относительно высокой прочностью. Это объясняется физико-химическими процессами, происходящими в глине под влиянием повышенных температур.
При нагреве в муфельной печи сырых керамических изделий до 110 градусов удаляется свободная вода и керамическая масса становится непластичной. Суммарные затраты на обжиг достигают 35-40 % себестоимости товарной продукции.
Лабораторные анализы — окислительное плавление сплава свинца с золотом или серебром с целью выделения их в чистом виде.
Купелирование в муфельной печи основано на том, что свинец и другие неблагородные металлы при высокой температуре легко окисляются кислородом воздуха, тогда как золото и серебро не изменяются.
Муфельная печь своими руками
Муфельная печь является неотъемлемым оборудованием мастерских, занимающихся ювелирным искусством или изготовлением керамических изделий.
Этот прибор позволяет создать необходимые температурные режимы для нагревания и плавления металла, обжига керамики или соединение эмалей со стеклом.
Используется муфельная печь также при изготовлении изразцов, при закалке этих изделий и укрепления эмалевого слоя. Немало и других вариантов использования такого оборудования.
Приборы заводского изготовления имеют достаточно высокую стоимость.
Но ведь вполне возможно изготовить подобное оборудование с необходимыми для работы характеристиками и самостоятельно.
Муфельная печь своими руками довольно часто собирается мастерами, занимающимися одним из названных выше типов работ.
А для того чтобы прибор функционировал эффективно, необходимо не только правильно подобрать материал и изготовить саму высокотемпературную камеру, но и правильно просчитать рабочие параметры электротехнической части, приобрести требуемые комплектующие и произвести грамотный монтаж.
Смонтированный собственноручно аппарат данного плана открывает широкие возможности в плане изготовления высококачественных предметов из цветного металла (ювелирных изделий), воска и других материалов требующих расплава, работе с литейными формами.
Для того, чтобы сделать муфельную печь, надо представлять принцип ее работы. Топливом можно использовать газ, уголь, электричество и даже дрова.
При этом самостоятельно лучше сделать электрический агрегат. Он состоит из нагревательной камеры и теплоизоляции, сберегающей тепло. Аккумулятором этого тепла является огнеупорный кирпич.
Термообработку осуществляют в рабочей камере — муфеле, именно поэтому печь получила такое название.
В домашних условиях для муфеля используют любую огнеупорную форму, например, фарфоровую, из керамических плит. Также ее можно сделать из шамотной глины или кирпича.
Следует учитывать, что температура плавления формы должна быть выше температуры плавления используемого для термообработки материала.
В домашних условиях самодельная муфельная печь применяется для плавки небольшого количества металла или для закаливания инструмента. Именно поэтому достаточно сделать ее небольших размеров.
К неоспоримым плюсам оборудования стоит отнести:
- Функционирование от домашней электросети;
- Низкая себестоимость изделия;
- Простота в применении и компактность;
- Быстрый нагрев до необходимой температуры;
- Возможность ремонта;
- Долговечность;
- Доступ к поочередному использованию нескольких спиралей, что повышает время их эксплуатации.
Недостатки самодельной конструкции:
Каждое устройство не лишено определенных недостатков, а самодельное устройство их еще и преумножает. В условиях поставленной цели можно пожертвовать одними требованиями ради выполнения других. Однако перечень негативных последствий обязан знать каждый.
- Самодельная конструкция лишена всяческих гарантий, в том числе, гарантий безопасности.
- Испарение металла со спирали нагревателя может привести к тому, что он в виде примесей будет содержаться в составе обрабатываемого драгоценного металла.
- Самодельная теплоизоляция не обеспечит полную концентрацию тепла в топке, поэтому корпус самодельной печи очень горячий и требует осторожного с ним обращения. Кстати, в этом заключается недостаток и некоторых фабричных моделей.
- Отсутствие должной системы контроля и регулировки температуры может стать причиной того, что печь не сможет служить для выполнения определенной задачи, связанной с термической обработкой.
При проектировании качественной и практичной муфельной печи важно учитывать ряд аспектов и критериев, которые позволят впоследствии использовать ее в личных целях, для различного рода производственных решений.
И если вы решите создать качественную печь, то потребуется особая система подачи тепла, размещаемая внутри керамики.
При этом необходимо приобрести шамотовый кирпич, способный выдерживать высокие температуры.
Выполнить данное изделие можно и своими руками, соблюдая ряд технических требований и особенностей.
Создание практичной муфельной печи будет требовать не только наличие соответствующего материала, но и необходимость изучить детально конструкцию данного вида изделия.
Чтобы можно было своими руками создать качественную печь, стоит понимать, на какие виды она делится с учетом потребляемого топлива и энергии, а именно:
- газовые;
- электрические.
Данное разделение позволяет использовать различные источники энергии, которые и позволяют разогревать пространство внутри созданной конструкции.
При этом большей популярностью пользуется печь с установленными элементами для электрического прогрева. Это позволяет контролировать температуру внутри конструкции при необходимости обработки определённого сырья.
Как уже отмечалось ранее, в домашних условиях может быть изготовлена муфельная печь своими руками, работающая на электричестве или на газу.
Но монтаж газового оборудования своими руками прямо запрещен действующим законодательством, поэтому оптимальный вариант – сделать электрическую муфельную печь.
Загрузка этих печей бывает:
- вертикальная, она же горшковая;
- колпаковая;
- горизонтальная, самая простая.
Основные части конструкции печи
Планируя, как сделать муфельную печь, первым делом нужно поискать подходящий корпус. Это может быть металлический корпус от старой стиральной машинки, небольшого холодильника, газовой плиты и т.п.
Размер корпуса варьируется в районе полуметра по ширине и длине и около метра или чуть ниже по высоте.
При отсутствии подручных материалов, корпус необходимых размеров можно сварить из листов нержавеющей стали.
Ещё важно укрепить дно печи, поскольку конструкция получится тяжёлой. Для этого можно использовать уголок или трубу небольшого диаметра. По углам можно сделать ножки.
Также следует укрепить верх корпуса, переднюю часть, где дверца, и то боковое ребро, на которое планируете приварить петли для двери.
Эта часть конструкции крайне важна. От ее качества зависит КПД печи и теплопотери, которые она понесет.
Внутренний слой термоизоляции – это огнеупорный (шамотный) кирпич, способный выдержать температуру до одной тысячи градусов.
Внешний слой, сокращающий потери тепла в окружающее пространство, прокладывают из перлита или базальтовой ваты.
Асбест использовать небезопасно, при его нагревании происходит выделение в атмосферу канцерогенных веществ.
Элементы, непосредственно нагревающие рабочее пространство.
Нагревательными элементами внутри муфельной печи служат спирали, скрученные из нихромовой или фехралевой проволоки. Толщина 1 мм. Нихромовая (никель-хромовая) проволока очень пластична и устойчива к коррозии.
Фехралевая (алюминий, хром, железо) проволока несколько дешевле из-за отсутствия в составе алюминия и также обладает необходимыми свойствами для ее применения в муфельной печи.
Процесс создание муфельной печи своими руками
Основная часть печи, рабочая камера, или муфель, выполнена из огнеупорной глины (шамота), применяемой для обмазки котлов. Размер внутренней части печи 210х105х75 мм, а толщина стенок 10 мм.
Муфель может быть сделан из разных материалов:
Температурный переход между камерой и нагревательным элементом снижен. Это очень важно для керамики, так как остывает она медленнее чем другие материалы, поэтому если не уделить должного внимания муфелю, печь будет непригодна для эксплуатации.
Муфель из керамического волокна.
Преимущества волокна: печь быстро нагревается. Недостатки – хрупкий материал и при высокотемпературных режимах возможно выделение вредных веществ.
- Вылепливают муфель по заранее изготовленной форме, выполненной из картона, пропитанной внутри парафином или стеарином, чтобы форма не прилипала.
- Глина наноситься изнутри. Толщина глиняного слоя до 10 мм. Если лепить снаружи, может образоваться трещина: ведь глина при сушке дает довольно большую усадку. Когда глина подсохнет, она сама легко отстает от стенок формы. Из той же глины следует вылепить и керамический элемент дверцы.
- После сушки на воздухе обе глиняные детали помещают в обычную школьную муфельную печь (которая имеется в любой средней школе). Затем досушивают в течении двух часов при температуре около 100 градусов.
- Далее их обжигают, постепенно повышая температуру до 900°С. Затем печь выключают и дают ей медленно охладиться вместе с деталями.
- Обожженный муфель и элемент дверцы подгоняют друг к другу, аккуратно опиливая напильником и зачищая шлифовальной шкуркой.
- Затем сверху на муфель наматывают 18 м нихромовой проволоки толщиной 0,75 мм, совместно с проводом ПЭВ 0,8–0,9, для того чтобы выдержать интервал между витками.
- Чтобы обмотка не раскручивалась, первый и последний витки укорачивают и закручивают. Затем снимают провод ПЭВ. А чтобы не произошло замыкания, зазоры между витками тщательно промазывают глиной.
- Когда она подсохнет, делается вторая обмазка толщиной 10–12 мм глиной в смеси с асбестовой крошкой.
- Готовый высушенный нагревательный элемент печи помещают в металлический корпус, изготовленный из стального листа миллиметровой толщины. Размер корпуса 270х200х180 мм.
- Сушить готовую муфельную печь своими руками нужно постепенно в хорошо вентилируемом месте.
- Время высыхания конструкции от 5 дней до нескольких недель.
- В случае интенсивной принудительной сушки глина, используемая при изготовлении печи, растрескается, и такое устройство будет нельзя использовать.
- Для проверки качества сушки муфельная печь включается на минимум и если отсутствует испарение влаги, то устройство полностью высохло.
Важно помнить, что обязательно соблюдать все правила техники безопасности при изготовлении и использовании такого высокотемпературного устройства.
Изготовление электрической муфельной печи
Рассмотрим строительство небольшой муфельной печи. Прибор будет подключаться к сети с напряжением 220 В.
Материалы для изготовления устройства доступны в строительных магазинах и отделах электротоваров.
Для создания муфельной печи понадобятся:
- листовая сталь толщиной 2—3 мм (2 кв. м);
- стальной прокат с сечением «уголок» (3 м);
- теплоизолирующий материал (базальтовая вата);
- шамотный кирпич, 12 штук;
- мертель (5—7 кг);
- термопара хромель-алюмель;
- керамическая трубка для термопары;
- спираль нихромовая;
- трубки стекловолоконные для изоляции выводов спирали и термопары.
При выборе материалов руководствуются их качеством: жаропрочностью, способностью выдержать быстрый нагрев и остывание. Чтобы муфель служил долго, не стоит брать кирпич, бывший в употреблении несколько лет.
Для приготовления пасты из мертеля понадобится десятилитровое ведро и мешалка.
При замешивании раствора пользуются респиратором.
Для монтажа потребуются следующие строительные инструменты и аппаратура:
- сварочный аппарат;
- дрель электрическая;
- болгарка;
- набор сверл победитовых и по металлу;
- инструменты печника: молоток-кирочка, мастерок, маленький шпатель, мерная лента;
- инструменты электрика: пассатижи, кусачки, круглогубцы, металлическая линейка, отвертка обычная и крестовая.
Рабочий процесс включает следующие шаги:
- Размечают и разрезают стальной лист. Вырезают детали кожуха и детали дверцы.
- Сваривают кожух и дверцу.
- Приваривают к корпусу шарниры для дверцы и крепления замка.
- Из мертеля делают раствор (по инструкции на пакете).
- Из кирпичей складывают макет печи, определяя, где будет проложена спираль.
- В кирпичах дрелью делают канавки для укладки спирали. Для работы используют победитовое сверло.
- Уголковый профиль нарезают болгаркой и сваривают из него каркас для кирпичей.
- В каркасе кладут муфель из кирпичей (на раствор из мертеля).
- Кладку просушивают 3—4 дня.
- В стенках муфеля в канавки укладывают нихромовую спираль. Просверлив отверстие в кирпичах, выводят контакты наружу.
- На термопару надевают керамическую трубочку и стекловолоконную защиту.
- В муфеле победитовым сверлом делают отверстие для термопары и вставляют ее внутрь камеры.
- Места вывода контактов обмазывают раствором мертеля.
- Муфель просушивают 1—2 дня.
- На заднюю стенку кожуха укладывают слой минеральной ваты.
- В кожух устанавливают муфель. Его ставят на металлическую решетку-подставку, чтобы тяжелая печка не спрессовывала слой ваты под ней.
- Сверлом по металлу в кожухе сверлят отверстия, выводят контакты спирали и термопары наружу.
- Зазор между муфелем и кожухом плотно набивают базальтовой ватой.
- Слой базальтовой ваты укладывают в дверцу и крепят нихромовой проволокой.
- Дверцу устанавливают на кожух, ставят замок.
- Выпиливают кусок шамотного кирпича по размеру дверцы. При обжиге он ставится в муфель перед дверцей.
Подключать такой прибор лучше к усиленной розетке, типа той, в которую включается электроплита. Другой вариант — провести толстый провод от электрощита. Также для уверенности неплохо поставить автоматический выключатель (так называемый, автомат).
И, конечно, не забывайте, что с такой электрической печью нужно проявлять максимальную осторожность.
Любая ошибка может привести к самым неприятным последствиям.
Если вы плохо разбираетесь в электрике, перед работой обязательно проконсультируйтесь со специалистом. Никогда не прикасайтесь к спиралям во включенном состоянии.
Не забывайте про заземление и защитные перчатки для работы с предметами, нагретыми до столь высокой температуры.
Муфельная печь для керамики
Любители гончарного ремесла знают, что для изготовления предметов из керамики обязательно требуется их обжиг.
Для такой процедуры используются специальные печи. Они предназначены исключительно для обжига глиняных изделий.
Внутри таких агрегатов создается очень высокая температура (намного больше 1000 градусов).
Печь для обжига керамики бывает различной конструкции, отличается своими возможностями, техническими параметрами и т.д.
Специальные печи для обжига производятся промышленно, среди них есть и профессиональное оборудование. Стоит оно очень недешево.
Однако покупать такие печи необязательно. Их можно сделать и собственными руками.
Классификаций печей для обжига существует несколько.
Одним из наиболее важных критериев является рабочая температура.
- Наивысшая категория — это оборудование, где нагрев производится до показателей 1400-2000 градусов.
- Следующая группа — это печи, работающие при температуре 900-1400 градусов.
- При умеренных показателях работают печи третьей категории (400-900 градусов).
- И последняя группа характеризуется низкотемпературным режимом (до 500 градусов).
Выгоднее всего в работе те печи, где можно регулировать температурный режим.
Исходя из используемых источников энергии, печи для обжига подразделяются на:
- электрические;
- газовые;
- твердотопливные.
Промышленные образцы бывают только первого и второго типа.
Что касается оборудования, работающего на дровах, то это могут быть только самодельные печи.
Использование твердого топлива не может обеспечить нагрев до высоких температур.
Еще одним важным показателем работы печи является ее мощность.
Для небольших агрегатов (объемом камеры до 50 л) следует руководствоваться правилом: 100 Вт на каждый литр. Если же печь большая (100-500 л), соотношение будет другим: 50-70 Вт на литр.
По конфигурации печи разделяются на три вида:
- Колпаковые.
- Трубчатые с вертикальной загрузкой.
- Камерные с горизонтальной загрузкой.
К преимуществам трубчатых печей можно отнести равномерное распределение жара в них.
Два других вида больше подходят для серийного производства и обжига крупных изделий.
Для недостаточно опытных мастеров подойдут печи, где предусмотрено смотровое окошко, позволяющее следить визуально за процессом обжига.
Современные печи для обжига оснащаются огнеупорными элементами, изготовленными из современных материалов, которые отличаются небольшой массой и низкой теплопроводностью. Тяжелые печи с использованием шамота уже ушли в прошлое.
Температура обжига керамики зависит от состава сырья и назначения готовой продукции.
Чтобы получить изделия красного цвета, достаточно маломощной печи, нагревающейся до 500 градусов.
Если требуется темно красная или вишневая керамика, ее нужно обжигать при температуре 600-900 градусов.
Оттенки от оранжевого до белого можно получить при температуре 900-1400 градусов.
В промышленных печках температуру можно регулировать, что позволяет изготавливать различную продукцию.
Купить можно только приборы на газе и электричестве, твердотопливные делают самостоятельно.
Обжиг керамических изделий в домашних условиях можно осуществить и совершенно простыми способами: в дровяной печке или на костре, на газовой или электрической плите.
Перед размещением в печку или на костер изделие помещается в емкость с песком. Если используется плита, поделка из глины помещается в чугунную сковородку и накрывается несгораемой емкостью. Эти способы не годятся для производства большого количества продукции.
Печь может быть муфельная или камерная или муфельная в зависимости от того, как расположены нагревательные элементы.
Нагревательные элементы всегда располагаются внутри в камерной электрической печке.
Муфельная печь для обжига керамики может быть с любым источником энергии, ведь муфелем называется емкость, тепло в которую передается через стенки, продукты горения во внутрь не попадают.
Чугунная сковорода, накрытая кастрюлей – самая примитивная муфельная камера.
Для изготовления устройства для обжига керамики своими руками требуется лишь глиняный горшок для цветов и электрическая плитка.
На плитку кладется половина шамотного кирпича (чтобы спираль не соприкасалась с керамикой), на него ставится изделие и закрывается горшком.
Для регулировки мощности используется тиристорный регулятор.
Даже при дневном освещении можно будет заметить, что в скором времени после включения бока горшка засветятся темно-красным светом.
С этого момента начинается обратный отсчет обжига, от пяти до двенадцати часов, в зависимости от того, что обжигается.
Если наблюдается перекал, мощность немного убавляется.
Печь из фаянсового бочонка
Можно сделать и более крупную печь из фаянсового бочонка.
- Этап первый. Сначала на дне бочонка алмазным сверлом проделывается небольшое отверстие для выпуска расширившегося воздуха.
- Этап второй. Далее необходимо сделать под. Для этого на небольшом листе стали собирается «фундамент» из шамотного кирпича и соединяется металлическими уголками. Затем в верхней части бочонка проделываются канавки для спирали (не более трех-четырех) – в них и будет уложен нагревательный элемент необходимой мощности.
Этап третий. Остается лишь сделать внешнюю оболочку из оцинкованной стали. Она делается съемной, поскольку будет надеваться лишь после накрытия изделия муфелем (бочонком). Пространство между муфелем и внешней оболочкой засыпается асбестом.
Процедура обжига ничем не отличается от предыдущего варианта, но регулировка температуры осуществляется при помощи термопары. Стенки бочонка толстые, пока они засветятся (даже без внешней оболочки), керамическое изделие будет уже пережженным.
Муфельная печь для закалки металла
Муфельная печь – специализированная конструкция, позволяющая нагревать различные металлы до необходимой температуры.
Существует несколько способов обработки металлов с помощью данного устройства:
- Термообработка: отжиг, закалка, отпуск, состаривание.
- Работа с ценными материалами, переплавка металлов, когда использование открытого огня недопустимо.
- Для получения ровного тона поверхности, особенно при обработке керамики(высокохудожественной) используется муфельная печь.
- Сушка диэлектриков.
- Кремация, сжигание до минеральных компонентов.
Возможные проблемы при создании печи
При изготовлении устройства сложности возникают с подбором материала и монтажом системы контроля за температурой.
Неправильно выбранные материалы приводят к быстрому разрушению муфеля.
Так, некоторые мастера из экономии используют кирпич низкого качества, глиняно-песчаный раствор вместо шамотного. Это приводит к появлению трещин в муфеле и потере тепла.
Потрескавшийся муфель на время заделывают раствором шамотной глины. Камеру нужно вынуть и заменить на новую.
Если печь подключают к сети без терморегулятора, температура в муфеле не контролируется. Это приводит к порче изделий, которые требуют обжига при заданной температуре.
Для решения проблемы следует приобрести терморегулятор и электрическое оборудование, собрать блок управления и подключить его к нагревательным элементам муфеля.
Для удобства сборки его лучше изготовить со съемными передней и задней крышками, которые крепятся на винтах. К передней крышке крепится на петле дверца, которая должна откидываться горизонтально. На дверце при помощи двух болтов через асбестовые прокладки устанавливается керамический элемент, а зазоры заделываются глиной.
Концы нихромовой проволоки выводятся к задней крышке корпуса. На оба вывода должны быть нанизаны керамические изолирующие «бусы». Проволока присоединяется к штырьковому разъему. Такие разъемы, а также изолирующие «бусы» можно взять от старых электроприборов. К разъему будет присоединен стандартный шнур с вилкой для включения в электрическую сеть.
Все свободное пространство между нагревательными элементами и корпусом следует плотно забить асбестовой крошкой. Кроме того, в конструкции печи должна быть предусмотрена клемма заземления.
Для удобства работы в нагревательной камере нужно сделать два небольших отверстия: одно на задней стенке диаметром 10 мм – для установки термопары, другое на дверце диаметром 18–20 м – для наблюдения за внутренним пространством печи во время работы. Оба отверстия должны быть снабжены закрывающими металлическими шторками.
На дно рабочей камеры следует положить пластину-подкладку из тонкой нержавеющей стали 0,5–0,8 мм.
Печь рассчитана на 220 В переменного тока. Разогревается до максимальной температуры 950 градусов в течение часа. Вес печи около 10 кг.
Как выбрать подходящую печь
Производители муфельных печей постоянно совершенствуют свою продукцию, так как высокая конкуренция на рынке стимулирует к постоянному удовлетворению клиентских запросов.
Чтобы не терять своих покупателей и завоевывать новые рынки сбыта необходимо идти в ногу со временем. При этом и ценовая политика должна быть адекватной, иначе уровень продаж будет невысоким не зависимо от качества продукции.
При их изготовлении используются только современные экологически чистые материалы. Печи обладают двухэтапным циклом работы, когда на первом этапе происходит нагрев, а на втором — стабилизация полученной температуры. Блок управления позволяет запоминать выставленные настройки при отключении электроэнергии.
Очень часто пользователи приобретают термопару для муфельной печи. Это устройство служит для измерения точной температуры. В основном оно необходимо, когда сама печь лишена встроенного термометра и не показывает текущее значение температуры.
Для безопасной работы персонала пригодится вытяжной шкаф. Это специальный элемент технической мебели, внутрь которого помещают рабочее устройство. Он необходим, чтобы человек случайно не обжегся об устройство, которое сильно нагревается во время работы.
Внутренняя температура муфельной печи может составлять от 400 до 2500 градусов по Цельсию, так что даже касание внешней поверхности может быть весьма неприятным.
Из остального дополнительного оборудования большим спросом пользуются муфели из разных материалов. Они применяются в зависимости от условий работы с тем или иным материалом.
Здравствуйте, дорогие читатели! Меня зовут Виталий Иванович, и я занимаюсь строительством печей, каминов и установкой отопительного оборудования.
Вот уже более 40 лет, начиная в далеком 1977 году помощником печника я изучаю это дело и совершенствую свои навыки. С выходом на пенсию стало больше свободного времени и я решил поделиться своим опытом с вами. Читайте на здоровье и задавайте вопросы в комментариях!
Муфельная печь своими руками: пошаговая инструкция по изготовлению с фото
Опубликовал(а): Евгений Афанасьев
Обновлено: 11.01.2021
Муфельная печь является неотъемлемым оборудованием мастерских, занимающихся ювелирным искусством или изготовлением керамических изделий. Этот прибор позволяет создать необходимые температурные режимы для нагревания и плавления металла, обжига керамики или соединение эмалей со стеклом. Используется муфельная печь также при изготовлении изразцов, при закалке этих изделий и укрепления эмалевого слоя. Немало и других вариантов использования такого оборудования.
Муфельная печь своими руками
Приборы заводского изготовления имеют достаточно высокую стоимость. Но ведь вполне возможно изготовить подобное оборудование с необходимыми для работы характеристиками и самостоятельно. Муфельная печь своими руками довольно часто собирается мастерами, занимающимися одним из названных выше типов работ.
А для того чтобы прибор функционировал эффективно, необходимо не только правильно подобрать материал и изготовить саму высокотемпературную камеру, но и правильно просчитать рабочие параметры электротехнической части, приобрести требуемые комплектующие и произвести грамотный монтаж.
Обо всем этом и пойдет речь в данной публикации.
Что такое муфельная печь?
Разновидности муфельных печей
Существует довольно большое разнообразие типов муфельных печей, которые подразделяются по целому ряду критериев — по источнику используемой для нагрева энергии и мощности, по линейным параметрам и расположению рабочей камеры и другим признакам.
- По роду используемого источника энергии для осуществления нагрева подобные печи можно подразделить на три варианта — это твердотопливные (как правило, угольные), газовые и электрические.
— Безусловно, в наше время самыми эффективными моделями считаются электрические муфельные печи. Их удобство состоит в возможности достичь необходимо высокой температуры в кратчайший срок, а также в относительной безопасности при правильной сборке и соблюдений всех требований по эксплуатации. При использовании электрических печей предоставляется возможность очень точно устанавливать и контролировать температуру нагрева в рабочей камере. Такие приборы отличаются компактностью и могут применяться для работы даже в небольшой по площади мастерской (или даже в квартире) от сетевого напряжения в 220 вольт, если, конечно, позволяет мощность линии питания. Розетка, через которую планируется подключать прибор в сеть, должна в обязательном порядке должна быть заземлена. Других требований, по сути и нет, так что установка такой электрической печи не потребует никаких административных процедур, вроде получения соответствующих разрешений на эксплуатацию.
— Собирать в кустарных условиях прибор, работающий на газе — настоятельно не рекомендуется. Дело в том, что самодельные газовые приборы категорически запрещены к эксплуатации из-за их повышенной опасности, и могут возникнуть очень серьезные проблемы с контролирующими организациями.
— Печь, нагреваемая от сгорания угля, недостаточно эффективна, так как долго входит в рабочий режим, для нее необходимо отдельное помещение, а также появятся дополнительные хлопоты, связанные с доставкой твердого топлива и организацией его правильного хранения. Правда, справедливости ради , следует отметить, что угольные муфельные печи долго нагреваются, но зато и дольше поддерживают достигнутую температуру. И в плане экономичности эксплуатации они тоже выигрывают по сравнению с электрическими приборами.
Но преимущества электрической муфельной печи все же значительно перевешивают ее единственный существенный недостаток – высокую стоимость электроэнергии. Поэтому в дальнейшем разговор пойдет только об этом варианте.
- В зависимости от предназначения муфельной печи, она может иметь вертикальное или горизонтальное расположение топки. Кроме этого приборы могут подразделяться на трубчатые, колпаковые , иметь иные специфические формы.
Печи с горизонтально расположенной камерой более просты в изготовлении и удобны в эксплуатации. Они обладают достаточной функциональностью , например, позволяют плавить многие металлы, обжигать керамику, закалять стальные изделия.
Цены на муфельную печь
Конструкция муфельной печи
Сразу нужно определиться с тем, что же такое муфель, чтобы в дальнейшем не возникало вопросов по названию прибора. Итак, под этим термином понимают закрытую камеру, в которой создается необходимая для того или иного технологического процесса температура, но при этом исключается контакт обрабатываемого материала с самим топливом или с продуктами его сгорания. В случае с электричеством продуктов сгорания уже не может быть просто по определению, но все же название «муфельная печь» прижилось – их за сходности технологических операций, выполняемых с помощью такого оборудования.
Муфельная печь может иметь разную конструкцию. При создании ее электрического варианта используются те или иные нагревательные элементы, в зависимости от того, какая температура должна быть достигнута в рабочей камере. Как правило, диапазон температур лежит в диапазоне от 200 до 1000 ÷1100 градусов — этого бывает достаточно для качественного обжига керамики, плавления или закалки многих металлов. Но в некоторых случаях необходимо достичь нагрева и до 1300÷1500 градусов — правда, такие печи уже обычно используются в производственных или лабораторных условиях.
- Нагревательная камера изготавливается из шамотного огнеупорного кирпича или же плит ШПГТ -450, устойчивых к экстремально высоким температурам и химически нейтральных к воздействию щелочей или кислот. Плиты более удобны в использовании, так как имеют достаточно большие линейные размеры. Поэтому , в отличие от кирпича, из одной плиты можно сразу изготовить одну стенку камеры. Кроме того, они обладают оптимальной для подобных условий эксплуатации толщиной, составом и структурным строением, что позволяет быстро нагнетать и поддерживать внутри печи необходимую температуру.
- Для снижения теплопотерь с наружной стороны муфельная камера оборачивается теплоизоляционным жаростойким материалом. Чаще всего для этой цели используется минеральная вата на базальтовой основе, как самая устойчивая к спеканию. Сокращением теплопотерь повышается КПД прибора — печь значительно быстрее нагревается, дольше удерживает высокие температуры и расходует при этом меньше энергии из внешнего источника.
Если для формирования камеры используется шамотный кирпич, то теплоизоляционный слой делается толще. Это и понятно — плиты обладают более высокими термоизоляционными характеристиками и имеют меньшее количество стыковочных швов, которые также часто являются причиной теплопотерь.
Ранее для изоляции муфельной камеры широко использовался асбест. Сегодня же его практически не применяют по двум причинам – он при нагревании выделяет довольно значительное количество вредных веществ, и, нагреваясь до температуры в 1000 и более градусов, теряет свои внутренние связи, постепенно превращаясь в крошку.
- В качестве нагревательного элемента, устанавливаемого внутри камеры, чаще всего используется спираль. При самостоятельной сборке печи и спираль обычно изготавливают своими силами из специальной проволоки, о характеристиках которой будет сказано ниже.
- Для муфельной камеры с помощью сварки изготавливается металлический каркас из стального уголка, который после монтажа в него утепленной муфельной камеры обшивается металлическим листом толщиной в 1,5÷2 мм.
- Дверца камеры должна иметь такую же толщину, что и стены, а также дополнительно оснащена слоем термоизоляции, например, из той же минеральной ваты. Кроме того, на дверцу устанавливается надежный запор, который будет плотно прижимать ее к передней части нагревательной камеры. В качестве запора используются задвижки, закрутки, притягивающие крюки и другие подобные приспособления.
Монтируются дверцы на навесные петли, которые фиксируются на каркасе с помощью сварки. Дверца может быть распашной, откидной или даже съемной , если, например, предполагается изготовить печь, открывающуюся сверху. Последний вариант скорее можно назвать крышкой, нежели дверце. Он довольно удобен в эксплуатации, но вот практичным его никак не назовешь — при снятии крышки камера сразу открывается по все длине, что способствует быстрой и массовой утечке выработанного тепла.
- Для электрического варианта муфельной печи одним из важнейших ее узлов является система управления прибором, включающую в себя достаточно много элементов. Имеет достаточно сложную конструкцию, которая собирается согласно проведенным расчетам по заранее составленной схеме. Впрочем, нет недостатка и в готовых решениях этой проблемы.
Проведение расчетов электрического нагревателя для самодельной муфельной печи
В связи с тем, что эту часть конструкции можно назвать самой сложной, ее расчетам и сборке стоит посвятить отдельный раздел статьи.
Для проведения подобных расчетов потребуются некоторые исходные данные. К ним относятся размеры создаваемого прибора и его предполагаемая мощность, материал изготовления нагревателя, уровень необходимых температур в муфельной камере, размещение и особенности конструкции нагревательных элементов. Результатом же проведения расчетов станет диаметр используемой для нагревательного элемента проволоки и ее необходимая длина.
Нагреватели для муфельной электрической печи чаще всего делаются спиральными – навиваются из проволоки с высокими показателями сопротивления и термостойкости.
Мощность печи напрямую зависит от размера муфельной камеры и материала, применяемого для его изготовления. Объем камеры определяется самостоятельно , в зависимости от параметров изделий, которые в нее будут помещаться для обработки.
В связи с тем, что стенки муфеля изготавливаются чаще всего шамотного кирпича или из плит ШПВ -350, которые обладают высокими теплоизоляционными качествами, а в качестве дополнительного теплоизолятора используются такие материалы, как муллитокремнеземистый войлок (МКРВ) или минеральная вата на базальтовой основе, можно оперировать некоторыми эмпирическими рекомендациями (то есть обоснованными опытом практического применения подобных конструкций).
Итак, при определении мощности будущей печи можно отталкиваться от размеров муфельной камеры (в литрах) и следующих эмпирических значений удельной мощности (Вт/ л ):
| Объем муфельной камеры печи (литры) | Рекомендуемая удельная мощность печи (Вт/л) |
|---|---|
| 1÷5 | 300÷500 |
| 6÷10 | 120÷300 |
| 11÷50 | 80÷120 |
| 51÷100 | 60÷80 |
| 101÷500 | 50÷60 |
- Чтобы определить объем камеры в литрах, просто перемножают ее линейные размеры (ширину, высоту и глубину), естественно, с учетом используемых единиц измерения. Не забываем, что 1 литр равен 0,001 м³, или 1 дм³, или 1000 см³, или 1000000 мм³.
- По найденному объему камеры определяем оптимальное значение удельной мощности, умножаем его на объем – и получаем искомую величину мощности печи в ваттах.
Есть нюанс – диапазон указанных значений, указанный в таблице, довольно широк. Можно взять или среднее значение, или применить интерполяцию, то есть в максимальной степени привести к показателю объема .
- Далее нужно найти силу тока, проходящего через нагревательный элемент, для обеспечения рассчитанной мощности. Это просто: подставляем значения в формулу закона Ома – и определяем значение силы тока в амперах:
I = P / U.
I – сила тока, проходящего через нагреватель.
Р – определённая выше мощность муфельной печи;
U – напряжение питания. Расчёты проводим в данном случае для однофазной сети, то есть напряжение равно 220 вольт.
Упростим несколько читателю задачу – ниже размещен калькулятор, который позволит быстро и точно найти мощность муфельной печи , исходя из размеров рабочей камеры, и силу тока на нагревательном элементе.
Калькулятор расчета мощности электрической муфельной печи и силы тока на ее нагревательном элементе
- Итак, эти два параметра найдены. Но вопрос – а зачем они нужны далее?
— Во-первых, по этим исходным значениям несложно определить требуемое сопротивление нагревательного элемента.
R = U : I
R – общее сопротивление нагревательного элемента.
Имея значение общего сопротивления и зная удельное сопротивление проволоки, которая используется для изготовления нагревательных спиралей, можно найти длину проводника, из которого эта спираль будет навиваться.
— Во-вторых, есть еще один важный момент – сила тока напрямую влияет на выбор сечения проволоки. Дело в том, что если применить материал с заниженными возможностями, то слишком большой ток вызовет его быстрый перегрев, плавление или перегорание.
Можно воспользоваться таблицей, приведенной ниже.
Таблица допустимого соответствия сечения нихромовой проволоки силе тока в цепи и температуре нагрева.
| D (мм) | S (мм ²) | Температура разогрева проволочной спирали, °C | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Максимальная допустимая сила тока, А | ||||||||
| 5 | 19.6 | 52 | 83 | 105 | 124 | 146 | 173 | 206 |
| 4 | 12.6 | 37 | 60 | 80 | 93 | 110 | 129 | 151 |
| 3 | 7.07 | 22.3 | 37.5 | 54.5 | 64 | 77 | 88 | 102 |
| 2.5 | 4.91 | 16.6 | 27.5 | 40 | 46.6 | 57.5 | 66.5 | 73 |
| 2 | 3.14 | 11.7 | 19.6 | 28.7 | 33.8 | 39.5 | 47 | 51 |
| 1.8 | 2.54 | 10 | 16.9 | 24.9 | 29 | 33.1 | 39 | 43.2 |
| 1.6 | 2.01 | 8.6 | 14.4 | 21 | 24.5 | 28 | 32.9 | 36 |
| 1.5 | 1.77 | 7.9 | 13.2 | 19.2 | 22.4 | 25.7 | 30 | 33 |
| 1.4 | 1.54 | 7.25 | 12 | 17.4 | 20 | 23.3 | 27 | 30 |
| 1.3 | 1.33 | 6.6 | 10.9 | 15.6 | 17.8 | 21 | 24.4 | 27 |
| 1.2 | 1.13 | 6 | 9.8 | 14 | 15.8 | 18.7 | 21.6 | 24.3 |
| 1.1 | 0.95 | 5.4 | 8.7 | 12.4 | 13.9 | 16.5 | 19.1 | 21.5 |
| 1 | 0.785 | 4.85 | 7.7 | 10.8 | 12.1 | 14.3 | 16.8 | 19.2 |
| 0.9 | 0.636 | 4.25 | 6.7 | 9.35 | 10.45 | 12.3 | 14.5 | 16.5 |
| 0.8 | 0.503 | 3.7 | 5.7 | 8.15 | 9.15 | 10.8 | 12.3 | 14 |
| 0.75 | 0.442 | 3.4 | 5.3 | 7.55 | 8.4 | 9.95 | 11.25 | 12.85 |
| 0.7 | 0.385 | 3.1 | 4.8 | 6.95 | 7.8 | 9.1 | 10.3 | 11.8 |
| 0.65 | 0.342 | 2.82 | 4.4 | 6.3 | 7.15 | 8.25 | 9.3 | 10.75 |
| 0.6 | 0.283 | 2.52 | 4 | 5.7 | 6.5 | 7.5 | 8.5 | 9.7 |
| 0.55 | 0.238 | 2.25 | 3.55 | 5.1 | 5.8 | 6.75 | 7.6 | 8.7 |
| 0.5 | 0.196 | 2 | 3.15 | 4.5 | 5.2 | 5.9 | 6.75 | 7.7 |
| 0.45 | 0.159 | 1.74 | 2.75 | 3.9 | 4.45 | 5.2 | 5.85 | 6.75 |
| 0.4 | 0.126 | 1.5 | 2.34 | 3.3 | 3.85 | 4.4 | 5 | 5.7 |
| 0.35 | 0.096 | 1.27 | 1.95 | 2.76 | 3.3 | 3.75 | 4.15 | 4.75 |
| 0.3 | 0.085 | 1.05 | 1.63 | 2.27 | 2.7 | 3.05 | 3.4 | 3.85 |
| 0.25 | 0.049 | 0.84 | 1.33 | 1.83 | 2.15 | 2.4 | 2.7 | 3.1 |
| 0.2 | 0.0314 | 0.65 | 1.03 | 1.4 | 1.65 | 1.82 | 2 | 2.3 |
| 0.15 | 0.0177 | 0.46 | 0.74 | 0.99 | 1.15 | 1.28 | 1.4 | 1.62 |
| 0.1 | 0.00785 | 0.1 | 0.47 | 0.63 | 0.72 | 0.8 | 0.9 | 1 |
| D — диаметр нихромовой проволоки, мм | ||||||||
| S — площадь поперечного сечения нихромовой проволоки, мм² | ||||||||
Обратите внимание – допустимая сила тока для нихромовых проводников различного сечения зависит еще и от температуры нагрева. Таким образом, в таблице необходимо выбрать то значение сечения нихромовой проволоки, которое будет соответствовать и температурному режиму, в котором планируется эксплуатация муфельной печи, и рассчитанной величине силы тока.
При этом оба исходных параметра должны приводиться к табличным в большую сторону. То есть, если температурный режим предполагается, скажем, в 640 градусов, используем столбец для 700 градусов. И если рассчитанная сила тока, например, 13,1 А , то ближайшее большее значение в таблице – 13.9 А. Продолжая приведенный пример, в левой части таблицы находим, что потребуется нихромовая проволока диаметром не менее 1.1 мм, и, соответственно, с площадью поперечного сечения 0,95 мм² .
Такое приведение к ближайшим табличным значениям не особо скажется на точности результата. Но зато тем самым будет задан и определенный эксплуатационный запас возможностей нагревательного элемента.
Важный нюанс. В таблице указан и диаметр проволоки (первый столбец), и площадь ее поперечного сечения (второй столбец) . Почему важно знать еще и площадь сечения проводника? Потому что расчет дальше будет вестись с опорой на величину удельного сопротивления, которое выражается в Ом×мм²/ м , то есть учитывающее именно площадь и длину проводника (которую нам как раз и требуется найти).
- Итак, сопротивление нагревателя выражается формулами:
— через силу тока и напряжение:
R = U / I
— через характеристики проводника
R = ρ × L / S
ρ — удельное сопротивление нихромового проводника, Ом×мм²/ м ;
L — длина проводника, м ;
S — площадь поперечного сечения проводника, мм².
Отсюда недолго получить и интересующую нас в конечном счёте формулу:
L = (U / I) × S / ρ
- Итак, почти все величины известны, за исключением удельного сопротивления нихромовой проволоки. А это – табличная величина , которая зависит от марки применяемого сплава, и, в незначительное мере, еще и от диаметра проволоки.
Оговоримся сразу, что просто для упрощения изложения ранее и далее упоминается нихромовая проволока. Но на практике для изготовления нагревательной спирали может быть использована как нихромовая (чаще всего используются сплавы Х20Н80- Н , Х15Н60 или Х15Н60- Н ), так и фехралевая (самая распространенная – из сплава Х23 Ю 5 Т ).
— Нихромовая проволока (из названия понятно, что доминирующими компонентами сплава являются никель и хром) — более прочная, долговечная, не меняет существенно своих качеств при сильном нагреве, пластичная, хорошо поддаётся обработке. Недостаток – высокая цена. Кроме того, по показателям жаропрочности проигрывает фехралю.
— Фехралевая проволока ( фехраль – от сокращений феррум , то есть железо, хром и алюминий) обладает более высоким сопротивлением, то есть при других равных показателях обеспечивает большее выделение тепла. Жаропрочность тоже выше, чем у нихрома. Явным достоинством такой проволоки является ее куда более доступная цена. Но по многим другим параметрам, и главным образом – по своей долговечности, материал серьезно проигрывает. Так, при высоких температурах (свыше 1000 градусов) теряется пластичность – проволока становится ломкой. Наличие в составе железа предопределяет коррозионную неустойчивость спирали во влажной среде. Может вступать в химические реакции с шамотной футеровкой муфельной камеры. Чрезмерно большое линейное расширение при нагреве. Тем не менее , довольно популярный материал, видимо, в силу высокой теплоотдачи и доступной стоимости.
Цены на печи
Фехралевая проволока значительно дешевле и обладает более высокими показателями теплоотдачи. Но по большинству важных критериев все же серьезно проигрывает нихромовой.
Ниже в таблице приведены значения удельного сопротивления для проволоки различных марок и диаметров:
| Марка нихромового сплава, из которого изготовлена проволока | Диаметр проволоки, мм | Величина удельного сопротивления, Ом×мм²/м |
|---|---|---|
| Х23Ю5Т | независимо от диаметра | 1.39 |
| Х20Н80-Н | 0,1÷0,5 включительно | 1.08 |
| 0,51÷3,0 включительно | 1.11 | |
| более 3 | 1.13 | |
| Х15Н60 или Х15Н60-Н |
0,1÷3,0 включительно | 1.11 |
| более 3 | 1.12 |
Как видно, для проволоки из наиболее распространённых нихромовых сплавов и в диапазоне самых употребляемых диаметров, этот показатель равен 1,11 Ом×мм²/м. то есть можно без особого риска потерять в точности вычислений остановиться именно на этом значении. Впрочем, если есть необходимость и желание, можно оперировать и более точными цифрами, взяв их из таблицы.
И вновь, чтобы не утруждать нашего читателя расчетами «на бумажке» предложим воспользоваться онлайн-калькулятором:
Калькулятор расчета длины нихромовой или фехралевой проволоки для изготовления нагревателя муфельной печи
- Итак, длина проводника для навивки спирали определена. Можно выполнить еще одно действие. Дело в том, что очень часто нихромовую проволоку реализуют не метражом, а катушками или бухтами определённого веса. Стало быть, может понадобиться перевод линейной величины в весовой эквивалент. В этом поможет следующая таблица:
Таблица для перевода длины нихромовой проволоки в ее вес
| Диаметр проволоки, мм | Вес погонного метра, г | Длина 1 кг, м | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Х20Н80 | Х15Н60 | ХН70Ю | Х20Н80 | Х15Н60 | ХН70Ю | |
| 0.6 | 2.374 | 2.317 | 2.233 | 421.26 | 431.53 | 447.92 |
| 0.7 | 3.231 | 3.154 | 3.039 | 309.5 | 317.04 | 329.08 |
| 0.8 | 4.22 | 4.12 | 3.969 | 236.96 | 242.74 | 251.96 |
| 0.9 | 5.341 | 5.214 | 5.023 | 187.23 | 191.79 | 199.08 |
| 1 | 6.594 | 6.437 | 6.202 | 151.65 | 155.35 | 161.25 |
| 1.2 | 9.495 | 9.269 | 8.93 | 105.31 | 107.88 | 111.98 |
| 1.3 | 11.144 | 10.879 | 10.481 | 89.74 | 91.92 | 95.41 |
| 1.4 | 12.924 | 12.617 | 12.155 | 77.37 | 79.26 | 82.27 |
| 1.5 | 14.837 | 14.483 | 13.953 | 67.4 | 69.05 | 71.67 |
| 1.6 | 16.881 | 16.479 | 15.876 | 59.24 | 60.68 | 62.99 |
| 1.8 | 21.365 | 20.856 | 20.093 | 46.81 | 47.95 | 49.77 |
| 2 | 26.376 | 25.748 | 24.806 | 37.91 | 38.84 | 40.31 |
| 2.2 | 31.915 | 31.155 | 30.015 | 31.33 | 32.1 | 33.32 |
| 2.5 | 41.213 | 40.231 | 38.759 | 24.26 | 24.86 | 25.8 |
| 2.8 | 51.697 | 50.466 | 48.62 | 19.34 | 19.82 | 20.57 |
| 3 | 59.346 | 57.933 | 55.814 | 16.85 | 17.26 | 17.92 |
| 3.2 | 67.523 | 65.915 | 63.503 | 14.81 | 15.17 | 15.75 |
| 3.5 | 80.777 | 78.853 | 75.968 | 12.38 | 12.68 | 13.16 |
| 3.6 | 85.458 | 83.424 | 80.371 | 11.7 | 11.99 | 12.44 |
| 4 | 105.504 | 102.992 | 99.224 | 9.48 | 9.71 | 10.08 |
| 4.5 | 133.529 | 130.349 | 125.58 | 7.49 | 7.67 | 7.96 |
| 5 | 164.85 | 160.925 | 155.038 | 6.07 | 6.21 | 6.45 |
| 5.5 | 199.469 | 194.719 | 187.595 | 5.01 | 5.14 | 5.33 |
| 5.6 | 206.788 | 201.684 | 194.479 | 4.84 | 4.95 | 5.14 |
| 6 | 237.384 | 231.732 | 223.254 | 4.21 | 4.32 | 4.48 |
| 6.3 | 261.716 | 255.485 | 246.138 | 3.82 | 3.91 | 4.06 |
| 6.5 | 278.597 | 271.963 | 262.013 | 3.59 | 3.68 | 3.82 |
| 7 | 323.106 | 315.413 | 303.874 | 3.09 | 3.17 | 3.29 |
| 8 | 422.016 | 411.968 | 396.896 | 2.37 | 2.43 | 2.52 |
| 9 | 534.114 | 521.397 | 502.322 | 1.87 | 1.92 | 1.99 |
| 10 | 659.4 | 643.7 | 620.15 | 1.52 | 1.55 | 1.61 |
Подробнее на этом расчете останавливаться не будет – чтобы перемножить длину проволоки на удельный вес ее погонного метра, наверное, дополнительного калькулятора не требуется.
- Казалось бы – расчет окончен. Но следует провести еще одну проверку. Дело в том, что иногда можно прийти к таким результатам, что нагреватель рассчитанной длины и сечения или просто не будет справляться с поставленной задачей, или моментально оплавится , или «век его будет крайне недолог». Необходимо оценить нагревательный элемент еще и с позиций допустимой удельной поверхностной мощности. Это, по сути, количество ватт тепловой энергии, которое способен вырабатывать нагревательный проводник на единицу своей поверхностной площади без потери своих механических и эксплуатационных качеств. Превышать это допустимое значение – нельзя, так как затраченные средства и усилия на изготовления спирали будут затрачены впустую.
Итак, откуда взять значение допустимой удельной поверхностной мощности? Оно вычисляется по формуле:
βдоп = βэф × α
βдоп – допустимая удельная поверхностная мощность, Вт/см²
βэф – эффективная удельная поверхностная мощность, зависящая от температурного режима работы муфельной печи.
α – коэффициент эффективности теплового излучения нагревателя.
βэф можно взять из таблицы. Здесь используются два исходных параметра:
— В столбцах указана температура, до которой будет разогреваться сам нагревательный элемент.
— В строках – температура воспринимающей среды. Иными словами, какой нагрев необходимо задать помещенному в печь для термической обработки материалу.
Пересечение столбца и строки даст значение βэф.
| Требуемая температура тепловоспринимающего материала, °С | Поверхностная мощность βэф (Вт/cм ²) при температуре разогрева нагревательного элемента, °С | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 800 | 850 | 900 | 950 | 1000 | 1050 | 1100 | 1150 | 1200 | 1250 | 1300 | 1350 | |
| 100 | 6.1 | 7.3 | 8.7 | 10.3 | 12.5 | 14.15 | 16.4 | 19 | 21.8 | 24.9 | 28.4 | 36.3 |
| 200 | 5.9 | 7.15 | 8.55 | 10.15 | 12 | 14 | 16.25 | 18.85 | 21.65 | 24.75 | 28.2 | 36.1 |
| 300 | 5.65 | 6.85 | 8.3 | 9.9 | 11.7 | 13.75 | 16 | 18.6 | 21.35 | 24.5 | 27.9 | 35.8 |
| 400 | 5.2 | 6.45 | 7.85 | 9.45 | 11.25 | 13.3 | 15.55 | 18.1 | 20.9 | 24 | 27.45 | 35.4 |
| 500 | 4.5 | 5.7 | 7.15 | 8.8 | 10.55 | 12.6 | 14.85 | 17.4 | 20.2 | 23.3 | 26.8 | 34.6 |
| 600 | 3.5 | 4.7 | 6.1 | 7.7 | 9.5 | 11.5 | 13.8 | 16.4 | 19.3 | 22.3 | 25.7 | 33.7 |
| 700 | 2 | 3.2 | 4.6 | 6.25 | 8.05 | 10 | 12.4 | 14.9 | 17.7 | 20.8 | 24.3 | 32.2 |
| 800 | — | 1.25 | 2.65 | 4.2 | 6.05 | 8.1 | 10.4 | 12.9 | 15.7 | 18.8 | 22.3 | 30.2 |
| 850 | — | — | 1.4 | 3 | 4.8 | 6.85 | 9.1 | 11.7 | 14.5 | 17.6 | 21 | 29 |
| 900 | — | — | — | 1.55 | 3.4 | 5.45 | 7.75 | 10.3 | 13 | 16.2 | 19.6 | 27.6 |
| 950 | — | — | — | — | 1.8 | 3.85 | 6.15 | 8.65 | 11.5 | 14.5 | 18.1 | 26 |
| 1000 | — | — | — | — | — | 2.05 | 4.3 | 6.85 | 9.7 | 12.75 | 16.25 | 24.2 |
| 1050 | — | — | — | — | — | — | 2.3 | 4.8 | 7.65 | 10.75 | 14.25 | 22.2 |
| 1100 | — | — | — | — | — | — | — | 2.55 | 5.35 | 8.5 | 12 | 19.8 |
| 1150 | — | — | — | — | — | — | — | — | 2.85 | 5.95 | 9.4 | 17.55 |
| 1200 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 3.15 | 6.55 | 14.55 |
| 1300 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 7.95 |
А коэффициент зависит от особенностей расположения нагревательного элемента в камере печи. Всю таблицу приводить не будем – остановимся только на вариантах с использованием проволочной спирали.
| Иллюстрация | Вариант расположения спирального нагревательного элемента | Значение коэффициента α |
|---|---|---|
 |
Нагревательная спираль спрятана в ниши футеровки муфельной печи. | 0,16 ÷ 0,24 |
 |
Нагревательная спираль заключена в кварцевые трубки и расположена на полочках по стенкам камеры | 0,30 ÷ 0,36 |
Теперь уже не составит труда по данным этих двух таблиц определить значение допустимой удельной поверхностной мощности.
Практика показывает, что для высокотемпературных печей (с нагревом более 700 градусов) требуемую долговечность наряду с необходимой эффективностью работы показывают нагревательные элементы с показателем допустимой удельной поверхностной мощностью не более 1,6 Вт/см² — для нихромовой проволоки, и порядка 2,0÷2,4 Вт/см² — для фехралевой .
Для печей же с невысокими показателями нагрева (порядка 200÷400 градусов) этот показатель не столь критичен. Здесь вполне можно исходить из допустимых значений 4 ÷ 6 Вт/см².
Если со значением допустимой удельной поверхностной мощности определились, то можно сравнить их с аналогичным показателем нагревателя, который у нас получился в ходе ранее проведенного расчета . Предлагаем опять воспользоваться возможностями онлайн-калькулятора.
Калькулятор расчета удельной поверхностной мощности проволочного нагревателя муфельной печи
Если полученное значение укладывается в допустимые рамки, то расчет можно считать окончательно законченным – останется приобрести нужное количество проволоки немеченого диаметра.
Но если показатель поверхностной удельной мощности слишком велик, то следует внести коррективы. Это означает, что или придется просчитать вариант с проволокой большего диаметра или увеличит общую длину нагревательного элемента. Впрочем, с нашими таблицами и калькуляторами процесс пересчета займет буквально минуты. В итоге необходимо прийти к конечным значениям сечения проволоки и ее длины, которые бы удовлетворяли всем перечисленным выше требованиям .
- Спираль изготавливается из проволоки путем навивки ее на трубу или стержень. Работу нужно производить очень аккуратно, так, чтобы витки получались ровными и плотными. После навивки полученную спираль несколько растягивают, с таким расчетом , чтобы между витками образовывались просветы, шириной 1.5÷2 диаметра проволоки, чтобы не создавалось областей локального перегрева.
Навивку спирали можно производить с помощью специального электроинструмента, но в домашних условиях мастера обычно обходятся подручными приспособления, например, как показано на иллюстрации ниже.
Навивка спирали с помощью несложного приспособления
Проволока в данном примере подается через отверстие, просверленное в небольшом отрезке бруса. Подача идет с небольшим натягом, а свободно закрепленная труба прокручивается с помощью установленной в ее торец рукоятки. Как можно видеть, такой «станок» является весьма удобной самоделкой, которая значительно ускоряет работу, и изготовить ее — труда не составит.
Для изготовления спирали выбирается диаметр трубы или стержня D, который соответствует определенным требованиям – он зависит от типа проволоки и от ее диаметра d:
— для нихромовых спиралей – D = (7÷10) × d;
— для фехралевых спиралей – D = (4÷6) × d
Полученный диаметр спирали является минимальным.
По готовности готовая спираль будет равномерно растягивается и раскладываться внутри муфеля в проделанных для нее нишах. Эти ниши могут быть только на стенках, но нередко для большей эффективности спираль также прокладывается и по потолочной поверхности, и даже по донной.
Нагревательные элементы, растянутые и разложенные в нишах камеры муфельной печи.
Некоторые мастера наносят на спиральные нагреватели обмазку из шамотной глины, с целью увеличить их долговечность. Другие предпочитают сверху спирали надевать изоляционные керамические элементы или кварцевые трубки. Однако, в большинстве случаев при самостоятельном изготовлении муфельных печей спирали остаются открытыми.
Система коммутации и управления муфельной печью
Пример комплекта для создания электротехнической части муфельной печи.
Блок управления печью включает в себя несколько приборов, которые собираются в одну общую схему. К таким составляющим электронной части муфельной печи относятся:
| Иллюстрация | Основное предназначение прибора или элемента схемы |
|---|---|
| Терморегулятор. В данном случае на иллюстрации представлен регулятор температуры RЕХ-C100, но для разных моделей могут быть использованы разные варианты этого прибора. | |
| Например, «бюджетная» модель терморегулятора, простая в управлении Ш-4501, которую можно поискать и на «вторичном рынке» по объявлениям. Прибор прошел «проверку временем», и хотя по нынешним временам считается уже морально устаревшим – вполне способен справиться с задачей поддержания нужного уровня нагрева в муфельной печи. Есть модели с разными диапазонами измерения температуры нагрева — от 200 и до 1600 градусов. | |
| Термопара – это элемент, который «в реальном времени» измеряет температуру внутри муфеля и передает данные на терморегулятор. Термопара чаще всего устанавливается в заднюю стенку муфельной камеры, в которой для этого просверливается сквозное отверстие. Для муфельной печи подходит термопара с маркировкой ПП, ХА и ХК. | |
| Полупроводниковое твердотельное реле на 25÷40 ампер, которое исполняет коммуникационные функции в цепи управления. Оно чаще всего устанавливается в комплексе с радиатором охлаждения. | |
| Радиатор с закрепленным на нем твердотельном реле. | |
| Один двухклавишный или два одноклавишных выключателя. | |
| При возможности и желании, вместо отдельных приборов, которые потребуется соединять в единую цепь, можно использовать готовый блок питания и управления со встроенным реле и терморегулятором. К нему подключается и нагревательная спираль, установленная в муфеле, и термодатчик (термопара). |
Термопара, «рабочая» передняя часть которой находится в муфельной камере, проводится через заднюю стенку.
Вариант расположения термопары внутри муфельной камеры.
Сигнальные провода, идущие от термопары, подключаются к терморегулятору. Он отслеживает температуру, созданную внутри муфеля, и при достижении требуемого верхнего порога передаёт управляющий сигнал на реле, которое размыкает цепь питания нагревательного элемента. При понижении температуры до заданного уровня, происходит обратный процесс – реле включает питание нагревателя.
Реле, установленное на задней наружной стенке муфельной печи. Играет основную коммутирующую роль в электрической схеме печи.
Как правило, все коммутационные элементы электрической схемы располагают на задней стенке, непосредственно на ней, или обустроив для их закрепления ту или иную подставку (кронштейн, полку). На фасад же печи для удобства работы выносится терморегулятор, клавиши переключателей и индикаторы, показывающие режим работы прибора.
Пример расположения органов контроля и управления на лицевой стенке муфельной печи
Таких индикаторов может быть несколько. Например, общее питание, режим нагрева спирали, режим «простоя» нагревателя.
Рекомендуемая электрическая схема при использовании терморегулятора Ш-4501. Но и с другими терморегуляторами принципиальные отличия невелики.
На иллюстрации выше показана рекомендуемая схема подключения с использованием терморегулятора Ш -4501. В полной комплектации прибора он уже может быть оснащен встроенным реле, так что в дополнительном коммутационном устройстве надобность даже отпадает – останется только правильно подсоединить кабель питания, выводы нихромового нагревателя и сигнальные провода термопары.
Компактная муфельная печь с блоком коммутации и управления на базе терморегулятора Ш-4501
Муфельную печь, как уже говорилось выше, можно запитать и от более современного готового блока питания и управления. И нужно сказать, что это более безопасный и надежный вариант, правда, довольно дорогой. Удобство состоит в том, что при возникновении необходимости использовать блок управления для других нужд, его можно отключить от муфельной печи и подключить к другому прибору.
Изготовление муфельной печи
Приступая к созданию прибора, первым шагом, безусловно, необходимо составить примерный проект печи. Это необходимо и для того, чтобы рассчитать электрические параметры будущего прибора ( о чем уже рассказывалось), и чтобы определиться с нужным количеством материалов для его изготовления.
Примерно так может выглядеть «рукописный» чертеж самодельной муфельной печи.
Выполняется небольшой чертеж , на котором проставляются все размеры будущего изделия. Никто в данном случае не будет требовать от мастера строго соблюдения всех канонов исполнения чертежа – главное, чтобы схема была понятной для него самого и стала хорошим помощников при изготовлении деталей конструкции и выполнении монтажных работ.
Ну а размеры муфельной камеры, безусловно, будут зависеть от характера предстоящих задач, которые хозяин собирается решать с помощью создаваемой печи.
Инструменты и материалы для изготовления печи
Чтобы изготовить сам муфель и металлический корпус для него, потребуется подготовить для работы все необходимое — это инструменты и материалы.
Инструментальный «арсенал» готов к началу работ
Из изготовления потребуется инструмент, который, как правило, есть в мастерской у каждого хорошего хозяина дома, так как без этого трудно обойтись во время ремонта или строительства. В список инструментов входит следующее:
- Электрическая дрель и набор сверл по металлу. Кроме того, потребуется также сверло по дереву длиной в 600 мм и диаметром 16 мм.
Цены на популярные электрические дрели
- «Болгарка» и расходные материалы к ней – отрезные и шлифовальные круги . и электроды.
- Монтажные работы значительно облегчатся при использовании струбцин и магнитных уголков для сварки.
- Саморезы разной длины — от 50 до 120 мм.
- Ножовка по дереву.
- Рулетка, металлическая линейка и строительный угольник.
- Шуруповерт .
Из материалов для изготовления рассматриваемой в качестве примера муфельной печи с камерой, имеющей размер 130×130×470 мм, мастер использовал следующие материалы:
- Плиты ШПГТ-450 размером 490 × 490 толщина 100 мм. Этот материал производится из огнеупорного муллито-кремнеземистого волокна. В качестве связующего вещества, а также для придания изделиям прочности, в волокна добавляется глинистая масса. Сформованные изделия проходят прессование, а затем обжиг.
Плиты ШПГТ-450 — это легко обрабатываемый, прочный конструкционный изоляционный материал, который успешно используется для постройки печей. Плиты легко режутся обычной ножовкой, а также их можно склеить неорганическим клеем и скрепить металлическими креплениями.
Материал обладает следующими качествами, необходимыми для хорошего функционирования муфеля:
— устойчивость к химическим веществам;
— незначительная усадка в процессе эксплуатации;
- Металлический уголок 40×40 мм для создания каркаса печи. Для приводимой в пример модели его потребуется порядка 7 метров.
- Металлический уголок 90×90 мм, длиной в 500÷600 мм для формирования углублений для установки нагревательных элементов. Вместо уголка можно использовать треугольный напильник. Этот пункт правильнее было бы даже отнести к перечню инструментов.
- Стальной лист толщиной в 1,5÷2 мм для обшивки каркаса.
- Теплоизоляционный материал – рулонная или блочная фольгированная базальтовая вата, выдерживающая нагрев до 600 градусов.
- Термостойкий герметик для склеивания плит, способный выдержать температуру как минимум в 1500 градусов.
- Текстолит, на который будут монтироваться крепления спирали.
- Наждачная бумага.
- Проволока для нагревательной спирали в данном случае мастер использовал фехраль Х23 Ю 5 Т-д , диаметром 1,2 мм. Ее по расчетам потребуется около 25 метров. Однако, как уже говорилось выше, для изготовления спирали может быть применен и другой вид проволоки — главное, правильно рассчитать ее диаметр и длину.
- Стальная труба диаметром 12 мм для наматывания спирали.
- Набор приборов и элементов для сборки схемы электрической части печи. Об этом уже рассказывалось выше.
Процесс изготовления муфельной печи – пошагово
В данном разделе статьи будет рассмотрен один из многочисленных вариантов изготовления муфельной печи . Этот пошагово показанный пример, надеемся, поможет яснее определиться с параметрами прибора, а также увидеть основные монтажные операции.
| Иллюстрация | Краткое описание выполняемых операций |
|---|---|
| Первым шагом плиты ШПГТ-450 размечаются согласно составленному чертежу и распиливаются ножовкой по дереву. Чтобы рез получился ровным, его рекомендовано производить, уложив по намеченной линии разметки стальной уголок и крепко прижав его к плите. Для создания муфеля нужно подготовить шесть деталей – четыре боковых и одна задняя стенка, а также передняя крышка. |
|
| Следующим шагом производится примерка боковых стенок муфеля друг к другу — для этого из них «вчерне» собирается камера. При проведении такой предварительной сборки сразу будет видно, где потребуется корректировка плит, так как их поверхности должны как можно плотнее были подогнаны друг к другу. На этом же этапе определяется и размечается месторасположение нагревательных элементов. |
|
| Далее, для лучшей стыковки плит между собой, их необходимо выровнять — этот процесс производится методом затирки, который вполне возможен благодаря низкой плотности материала. Для выравнивания поверхностей плиту двигают вперед-назад по абразивной поверхности, которую можно создать, надежно закрепив на столе или прочной панели лист наждачной бумаги с крупным зерном. Таким образом, с плиты снимаются мешающие подгонке неровности. |
|
| Следующим шагом по поставленным на торцах плит отметкам определяется месторасположение участков нагревательной спирали, так как для них необходимо будет сделать своеобразные ниши. Чтобы они были ровными и аккуратными, на плитах вымеряются и прочерчиваются линии. |
|
| Следующим шагом по расчерченным линиям с помощью ножовки в плите делаются запилы на глубину в 20 мм, так как диаметр нагревательного элемента в данном варианте будет составлять примерно 14÷14,5 мм. | |
| Расстояние между запиленными линиями будет составлять примерно 120 мм. | |
| Далее, в плитах необходимо просверлить сквозные каналы, которые впоследствии как раз и станут нишами для размещения нагревательных спиралей. С торцевой стороны плиты нужно найти середину высоты запила — это будет точка, в которую будет установлено острие сверла. С его помощью вдоль запила внутри плиты и будут просверлены сквозные отверстия. Материал сверлится легко, но очень важно держать инструмент ровно, чтобы сверло не ушло в сторону или вниз. |
|
| Затем с помощью стального уголка 90×90 мм производится соединение запилов с внутренними отверстиями, то есть проделанные каналы необходимо «открыть». Для этого металлический уголок устанавливается своей вершиной в запил, и его перемещают вперед-назад, а при движении он снимает излишек материал двух сторон зазора, оставляя за собой ровные края. Вместо стального уголка, для открытия высверленных каналов может быть использован треугольный напильник. |
|
| Результатом проведенных работ становятся открытые ниши-каналы, в которые и будут укладываться спиральные нагреватели. В данном случае таких каналов придется сделать четыре, по две на противоположных стенках муфеля. В других моделях нагревательные элементы могут быть расположены не только в боковых стенках, но и в верхней и нижней плите камеры. |
|
| Следующим шагом производится примерка подготовленных плит, путем сборки их в единую конструкцию. При обнаружении слишком широких зазоров на их стыках, поверхности снова притираются. |
|
| На этот раз процесс притирки производится по месту их установки, например, вертикально установленную плиту торцевой стороной двигают вперед-назад по сопрягаемой поверхности именно в том месте, где будет находиться их стык. Аналогичным образом притираются как горизонтальные, так и вертикальные стыки, если они есть. |
|
| В результате оставшиеся просветы между деталями камеры должны иметь минимальную ширину. То есть плиты должны прилегать друг к другу как можно плотнее. | |
| Далее, можно переходить к склеиванию плит между собой с помощью жаростойкого герметика, который наносится полностью на всю склеиваемую поверхность. Герметик лучше всего распределять с помощью шпателя — так слой получится равномерным и будет иметь необходимую толщину. |
|
| Когда боковые стенки муфеля будут скреплены, к ним приклеивается задняя. В результате на стыках плит должны получиться аккуратные швы. Желательно, чтобы излишки герметика как можно меньше выступали в камеру нагрева. |
|
| После склеивания, желательно плиты дополнительно скрутить между собой длинными саморезами (скажем, 120 мм). Это сделать достаточно просто, так как крепежные элементы легко входят в материал плит и довольно надёжно в нем фиксируются. |
|
| После склеивания все швы, как внутренние, так и наружные, а также поверхности плит зачищаются с помощью наждачной бумаги. В результате должна получиться аккуратная, с практически незаметными швами конструкция. |
|
| Следующим шагом смонтированный из плит муфель оборачивается фольгированной каменной ватой, которая обеспечит требуемый уровень термоизоляции камеры. Закрепление материала на плитах производится с помощью термостойкого скотча, который обматывается вокруг утеплительного материала. Задняя стенка может быть утеплена тем же материалом или же жесткой плитой каменной ваты. |
|
| Далее, идет изготовление нагревательной спирали. Для этого на трубу аккуратно накручивается проволока диметром в 1,2 мм. Процесс производится с помощью специального приспособления. Более подробно об этой операции было рассказано выше. |
|
| Результатом работы является аккуратный нагревательный элемент, который неотличим по внешнему виду от заводских изделий. Но обойдется он гораздо дешевле, нежели приобретать готовый вариант в магазине. |
|
| Следующим этапом идет изготовление из стального уголка рамы каркаса, в которую будет установлена уже «одетая» в термоизоляцию муфельная камера. Чтобы каркас был выполнен точно, и не возникло проблем с установкой в него муфеля, лучше всего заранее составить чертеж конструкции и проставить на нем все размеры, по которым затем и нарезаются отдельные детали. Каждый мастер-сварщик использует свой способ соединения уголков между собой. В данном случае на краях уголков делаются срезы под углом в 45 градусов. Швы получаются аккуратными и надежными. |
|
| Чтобы сварку каркаса было производить легче, для временного скрепления металлических деталей используются специальные магнитные уголки. Эти приспособления фиксируют взаимное расположение металлических элементов конструкции, удерживают их в заданной позиции до капитального скрепления сваркой. | |
| Уголки помогают не только временно скрепить детали каркаса, но и идеально выставить прямые углы в узлах соединений. После того как металлические детали будут скреплены сваркой, магнитные уголки снимаются. |
|
| В тех местах, где временное скрепление элементов каркаса с помощью магнитных уголков по тем или иным причинам невозможно, применяются обычные струбцины. | |
| Задняя часть каркаса изготавливается отдельно, так как предполагается съемной и закрепляться на основной конструкции будет с помощью саморезов. Чтобы она была установлена жестко, соединительные отрезки уголков, приваренные к ней, при сборке будут находиться с внутренней стороны уголков основной части конструкции. |
|
| Для соединения частей каркаса на участках наложения уголков просверливаются сквозные отверстия «под потай», через которые и будут вкручиваться саморезы по металлу. Когда все элементы каркаса будут готовы, поверхности конструкции рекомендуется сразу обезжирить и покрыть антикоррозийным составом. |
|
| Далее, после того как нанесенное защитное покрытие полностью высохнет, каркас «надевают» на покрытую термоизоляцией муфельную камеру. Камеру устанавливают так, чтобы ее задняя стенка оказалась с незакрытой стороны каркаса. После этого устанавливается и окончательно фиксируется саморезами задняя часть каркасной рамы. |
|
| Чтобы ножки конструкции были устойчивы, и высоту установки прибора можно было подкорректировать, с нижней их стороны привариваются «пятачки», в которых высверливаются отверстия и нарезается резьба. Сюда будут вкручиваться регулируемые ножки. В качестве ножек вполне могут быть использованы болты с шестигранной головкой. |
|
| Стенки печи обшиваются металлическим листом. Причем он прикручивается не только в области муфеля, но и на ножки конструкции. Фиксация листа производится с помощью саморезов с широкой шляпкой. |
|
| Далее, в муфель в подготовленные ранее ниши раскладывается нагревательный элемент. Его концы через донную часть или заднюю стенку камеры выводятся наружу для подключения к общей электрической цепи печи. |
|
| Следующим этапом работ идет изготовление дверцы печи. Для нее также из уголка сваривается каркас по определенным чертежом размерам, в который закладывается сначала металлическая пластина, а затем вырезанная плита. |
|
| На предыдущем фото видно, что плита дверцы обрамлена металлическими пластинами толщиной в 2 мм. Они враспор вбиваются между плитой и уголками каркаса, и в процессе дальнейшей эксплуатации надежно предохранят плиту от механических повреждений и раскрашивания. |
|
| Дверца закрепляется на основном каркасе печи с помощью воротных стальных петель, которые привариваются к уголку каркаса и дверцы. При желании можно использовать другой вариант петель. Главное — чтобы они выдержали немалый вес дверцы. |
|
| Нужно отметить, что дверцу можно сделать распашной, откидной или подъемной вверх — принципиального значения это не имеет. Главное, чтобы она плотно притягивалась к муфелю, так как от этого будет зависеть время нагрева камеры и сохранение в ней достигнутой температуры. |
|
| На этой иллюстрации показан винтовой механизм притягивания дверцы к корпусу печи. | |
| Здесь же демонстрируется более сложный вариант открывания дверцы – с ее подъемом вверх. Однако, нужно отметить, что данный способ, хотя и имеет более сложный механизм, но менее удобен в эксплуатации. | |
| Часть блока управления чаще всего устанавливается с фасадной стороны печи, под ее дверцей. Для установки терморегулятора и клавиш выключателя из металлического листа вырезается пластина, в которой, в свою очередь, делаются окошки под размер устанавливаемых приборов. |
|
| На пластину устанавливается выключатель и терморегулятор. Затем эта панель закрепляется с лицевой части на ножках каркаса саморезами. |
|
| Соединительные кабели от регулятора температуры и выключателя проводятся под корпусом печи к задней стенке, где располагаются остальные элементы электротехнической схемы питания и управления печью. | |
| В задней стенке просверливается отверстие и для термопары, концы которой также подключаются к приборам управления. Принцип подключения приборов и элементов электрической схемы был описан выше. Все соединения должны быть хорошо изолированы. На иллюстрации показано, что соединение контактов произведено через изоляционную текстолитовую пластину, закрепленную на металлических деталях каркаса. |
|
| Не забываем про заземление. Можно непосредственно к корпусу (каркасу), например, на приваренный к нему болт, подсоединить провод заземляющего контура, если он имеется в мастерской. Другой вариант – контактное соединение корпуса с зеленым (зелено-желтым) проводом кабеля питания, если предусмотрены розетки с заземлением. После того как электрическая цепь будет собрана, рекомендуется еще раз дополнительно проверить правильность коммутации и качество изоляции. Затем можно переходить к испытаниям прибора. Сначала лучше всего выставить на терморегуляторе среднюю температуру нагрева. Если испытание пройдет удачно, можно ее повысить до максимальной. |
|
| Результат работы – муфельная печь компактного размера с распашной, притягиваемой с помощью винтового замка дверцей. |
Цены на плиты ШПГТ
Если после ознакомления с публикацией вы пришли к выводу, что такая работа вам посильна – беритесь за дело. Правда, очень трезво оценивайте свои возможности – как видно, потребуется выполнение немалого количества разноплановых технологических операций различного уровня сложности . Был приведен лишь пример монтажа. А так каждая конкретная модель должна просчитываться индивидуально. Приобретение всей необходимой электротехнической «начинки» следует производить только после составления проекта и проведения необходимых расчетов .
И, наконец, в завершение публикации предлагаем посмотреть еще один пример создания муфельной печи – в это раз с футеровкой из шамотного кирпича.
Видео: Пример самостоятельного изготовления муфельной печи
Источник https://ogon.guru/pechi/dlya-proizvodstva/mufelnie/
Источник https://bestpechi.ru/mufelnaya-pech
Источник https://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/instrumenty-i-oborudovanie/mufelnaya-pech-svoimi-rukami.html
