Принцип работы муфельной печи и ее применение

Сегодня муфельные печи востребованы на предприятиях различной направленности. Они незаменимы при проведении испытаний, ускорении химических процессов и прочих работ с металлом, керамикой, стеклом и т.д. Если вы хотите купить муфельную печь, обратите внимание, что применять оборудование разрешено только после изучения инструкции производителя.

Муфельные печи могут иметь различный объем загрузочной камеры и тип открывания

Назначение

В производственной практике муфели применяются как для исследований, так и изготовления деталей или целых изделий. Современные муфельные печи для нагрева используют не только древесный уголь (в комплекте с мехами), но и газ, и электричество. Последнее особенно удобно из-за простоты конструкции и невысокой стоимости данного вида энергии.

Принцип работы муфельной печи и ее применение

Все основные функции муфелей можно свести к следующим:

  • Обжиг — работа с керамикой и эмалями.
  • Отпуск — касается прежде всего металлических изделий со значительным внутренним напряжением кристаллической структуры.
  • Закалка — часто финальная стадия обработки металлических изделий, придает им высокие эксплуатационные качества.
  • Отжиг — применяется при работе как с металлами, так и со стеклом.
  • Плавление — для стекла и металлов.
  • Сушка — керамические изделия (применяется терморегулятор, диапазон — от 10 до 50 градусов).
  • Озоление — чаще всего встречается в лабораторно-исследовательской практике, суть его в полном удалении летучих соединений из материала и превращении его в золу.

Характеристики

Все муфельные печи как фабричного, так и самодельного происхождения отличаются несколькими базовыми характеристиками:

  • Объем рабочей камеры — он может колебаться от 1 до 100 литров. Конкретное значение зависит от того, для чего будет применяться это оборудование
  • Мощность в кВт — от ее значения зависит не только теплотворная способность устройства, но и тип электропитания — до 5 кВт используют бытовой ток, а если мощность больше, то исключительно трехфазный.

Принцип работы муфельной печи и ее применение

  • Тип нагревательных элементов — чаще всего это спирали или стержни из нихрома, фехраля или вольфрама
  • Наличие блока терморегуляции и его особенности (программируемый или нет, плавный или ступенчатый)
  • Общий вес устройства — при его больших значениях потребуется надежное основание, и выбор места установки существенно ограничится

Схемы муфельных печей и особенности их конструкций

Российские и зарубежные производители предлагают десятки моделей муфельных печей, различающихся мощностью, размерами рабочей камеры, способами обогрева муфеля, требованиями к напряжению в сети, дизайном и стоимостью.

Фото 2

Фото 1. Схема устройства главного элемента высокотемпературной печи — муфеля. Указаны основные части конструкции.

Электрическая печка

В электрических муфельных печах нагрев происходит с помощью элементов, работающих от электросети. Устройства состоят из следующих частей:

  • из корпуса с дверцей;
  • из внешнего слоя облицовки из негорючего пористого материала;
  • из внутреннего слоя облицовки из твердого огнеупорного материала;
  • из нагревательных элементов и системы подключения к сети.

Фото 3

Корпус сваривают из листовой стали или используют готовый кожух от старого оборудования (от электрической, газовой духовки, холодильника, стальной бочки). Чем больше корпус, тем больше рабочая камера.

Облицовывают корпус базальтовой ватой (минеральной ватой) или асбестовым волокном, перлитом, вермикулитом. Эти жаропрочные материалы хорошо сохраняют тепло.

Огнеупорный слой из шамотного кирпича выдерживает температуру 1300—1850 градусов. Для крепления кирпичей используется паста из шамотной (каолиновой) глины и шамотного песка. Твердый огнеупорный слой иногда делают из толстого слоя шамотной глины без использования кирпичей.

Нагревательные элементы, терморегулятор, прочее электрическое оборудование можно приобрести в отделах электротоваров. В продаже есть спирали, проволока и ленты из нихрома, фехрали, инфракрасные излучатели (керамические и кварцевые).

На дверце устанавливают замок, препятствующий ее случайному открыванию. На внутренней части дверцы закрепляют жаропрочную футеровку.

Газовое устройство

Газовых муфельных печей в продаже нет, так как не существует технического регламента по подключению к ним горелки. Использование газа из баллонов возможно только в заводских газовых плитах и отопительных колонках.

Фото 4

Мастера используют стандартное оборудование от газовой плиты или самодельные горелки. В конструкцию газового прибора для обжига входят:

  • корпус из стали;
  • слой пористого термоизолирующего материала;
  • огнеупорный твердый слой;
  • керамическая емкость для обжига изделий, вставляемая внутрь печи (муфель);
  • газовая горелка;
  • трубки для подачи газа;
  • крышка печи, армированная огнеупорным материалом.

Корпус делают из бочки или старой духовки. Его укрепляют на стойках (не на полу). Сечение корпуса может быть круглым, прямоугольным, квадратным. Крышку выполняют из стали и футеруют базальтовой ватой, слоем мертеля.

Пористый термоизолирующий уплотнитель создают из вермикулита вспученного, асбестового волокна, минеральной (базальтовой) ваты или перлита.

В качестве огнеупора чаще выбирают шамотный кирпич. Его скрепляют мертелем или глиняно-шамотным раствором.

Справка. Отверстие для горелки вырезают в стенке или днище корпуса.

Для небольшой печи подойдет горелка от бытового газового оборудования, в которой есть арматура регулирования подачи газа. Для больших приборов мастера используют горелки собственного изготовления, которые не являются безопасными.

Совет. Для выхода газов из печи в краях крышки или в краях бака создают небольшие отверстия. Их размер регулируют, закрывая кусками базальтовой ваты.

В качестве внутренней емкости, в которую помещают обжигаемые изделия, используют заводской керамический сосуд (в совсем маленьких печах — цветочный горшок). Если готовой емкости нет, ее можно заказать у гончара.

Как сделать муфельную печку на газу

Фото 5

Самостоятельное изготовление прибора включает следующие шаги:

  • создание (покупка) стального корпуса и установка его на опоры;
  • вырез отверстий для монтажа горелки и выхода газов;
  • укладка и закрепление пористого теплоизолятора на стенах и дне печи;
  • облицовка печи шамотным кирпичом;
  • сушка прибора;
  • монтаж газового оборудования;
  • изготовление или покупка муфеля;
  • изготовление крышки из стального листа и шамота.

При запуске сооружения горелку включают на малую мощность, постепенно пламя увеличивают. Время разогрева в среднем составляет 40 минут, время обжига на сильном пламени — 1—1,5 часа.

Печь для фьюзинга

Муфельные печки для фьюзинга, предназначенные для спекания кусочков стекла, создают рабочую температуру до 600—1100 градусов. При более низких температурах стекло просто размягчается, что позволяет его гнуть.

Фото 6

Главное отличие печек для фьюзинга от обычных муфельных электрических устройств заключается в использовании в качестве огнеупора только минеральной ваты и других пористых материалов.

Муфель нагревается не открытой спиралью, а специальными элементами в кварцевых трубочках, что исключает попадание окалины на изделия. Нагреватели располагаются в боковых стенках или в верхней части камеры.

Температура фьюзинга задается термоконтроллером. Разогретое стекло — вязкий и текучий материал, поэтому печи для фьюзинга устанавливают строго горизонтально (по строительному уровню).

При самостоятельном изготовлении печки для фьюзинга обязательно используют терморегулятор и закрытые нагревательные элементы. В качестве огнеупора выбирают минеральную вату. В остальном прибор не отличается от электрической печи с кирпичным муфелем.

Индукционная муфельная печь

Фото 7

В таких устройствах металл плавится под воздействием высокой температуры, которая создается при прохождении электрического тока по соленоиду или сердцевине (индуктору).

Нагреваемое тело играет роль вторичной обмотки. Муфельные индукционные устройства разогреваются через несколько секунд.

Существуют разные варианты создания индукционной печи в домашних условиях. В самом простом случае используют медный пруток для спирали, сварочный инвертор (электрогенератор), контрольно-измерительную аппаратуру, провода, клеммы для их соединения.

Критерии выбора

Выбирая муфельную печь, нужно основываться на ее предназначении и условиях будущей эксплуатации. Прежде всего нужно обратить внимание на рабочий объем муфеля, тип нагревательного элемента, возможные температуры, потребляемый ток и общую функциональность.

Допустимые нагрузки и режимы температур

Все печи по мощности делятся на две группы:

  • до 5 кВт — питаются от бытовой сети в 220 В
  • от 6 кВт и более — им нужна трехфазная сеть на 380 В

В обоих случаях линия питания должна быть выделенной и оснащенной индивидуальными средствами автоматической защиты.

По температурным режимам печи могут быть до 900 градусов — это специализированные на обжиге керамики устройства, имеющие значительный внутренний объем. Также муфели могут иметь рабочую температуру от 1200 до 1600 градусов — наиболее универсальные для лабораторий и производственных мастерских устройства.

Функциональность

Под функциональностью подразумеваются прежде всего габариты, вес устройства, способ загрузки материала и наличие дополнительных функций. Под последними понимается прежде всего возможность максимально точного контроля температуры и управления ее изменением в автоматическом режиме. Все перечисленное должно отвечать особенностям производственного или исследовательского процесса, в которых предполагается задействовать муфель.

Спираль для нагрева и рабочий объем камеры

Нагревательный элемент чаще всего имеет вид спирали с диаметром витков около 0.5-1 см. Толщина самой проволоки от 2.5 до 3-4 мм. Размещается она в особых канавках по поверхности всех стенок и дна муфеля. Крепеж, предохраняющий спирали от провисания, выполняется из керамических трубочек или шпилек. На дно устанавливается опорная решетка для тигеля из термостойкой стали.

Принцип работы муфельной печи и ее применение

В среднем рабочий объем муфеля равен 10-30 литрам. Большие объемы имеют устройства, специализированные на сушке и обжиге керамики (до 100-200 литров).

Рекомендации по использованию

Конкретные требования к эксплуатации муфеля всегда излагаются в прилагаемой к нему инструкции от производителя. Ее всегда нужно тщательно изучать до начала работ с устройством. Чаще всего возникают вопросы по эксплуатации печей для керамики и стекла

Печь для керамики

Данное устройство практически всегда имеет значительный объем, но работает на относительно низких температурах. Это обычно 800-900 градусов. Отличает данные печи появление водяных испарений и конденсата. Следовательно устройство должно быть заземлено, установлено в удобном для загрузки и выгрузки материала месте. Работник, обслуживающий такой муфель, должен иметь рабочий халат, фартук, перчатки и очки для защиты от раскаленного воздуха и материалов.

Для стекла

Муфельные печи для обработки стекла всегда имеют значительно меньший объем (около 10 литров), но используют высокие температуры — до 1200-1300 градусов. Всегда нужно помнить о вероятности токсичных испарений из присадок для стекла (при его варке) и разбрызгивании расплава.

Важно. Средства индзащиты и хорошая вентиляция в помещении обязательны.

Применение на сегодняшний день

Основные категории использования:

  • Безопасная переплавка ценных металлов, чтобы избежать в их структуре примесей и не допустить прямого взаимодействия с пламенем.
  • Искусственное старение металлов.
  • Обжиг керамики.
  • Получение ровной поверхности.
  • Сушка материалов, обладающих высокой степенью теплопроводности.
  • Сжигание объектов до состояния минеральных компонентов, например, при кремации тела.

муфельная печь своими руками

Муфельная печь используется также для выращивания монокристаллов и высокотемпературной обработки медицинского оборудования. Благодаря этому удаётся уничтожить все вредоносные бактерии, не повредив при этом сами инструменты.

Возможные сложности и 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.

Печи СНОЛ: цены и модели

Производитель электропечей СНОЛ (SNOL) предлагает различные нагревательные печи и камеры. Муфельные варианты СНОЛ — это лабораторные электропечи для термической обработки деталей в воздушной среде. Они обустроены электрическими спиральными нагревателями и прямоугольной внутренней камерой. Сфера применения печей СНОЛ: термическая и химико-термическая обработка, нагрев образцов, прокаливание.

Модельный ряд СНОЛ предоставляет печи с разными рабочими температурами и разным объёмом рабочего пространства. Рабочие температуры СНОЛ составляют 100-1300ºC. В моделях под заказ рабочие температуры могут быть выше — до 1600ºC. Объём рабочих камер — 3, 6 или 10 л. Используются полузакрытые и закрытые нагреватели. В модификациях с объёмом рабочей камеры 3 и 6 л нагреватели расположены с трёх сторон. В модификациях с камерой 10 л — нагреватели с 4-х сторон внутренней камеры.

Печь SNOLМуфельная печь SNOL

Материал муфеля — керамика или волокно. Есть модели СНОЛ, в которых внутренняя камера выполнена из нержавеющей стали, из кирпича. Модульная конструкция печи позволяет при необходимости быстро и несложно заменить любой элемент.

Качество и надёжность работы нагревательных устройств СНОЛ обеспечивают японские программируемые терморегуляторы, фехралевые нагреватели.

Цены на печи СНОЛ — демократичны.

Муфельная печь — устройство, необходимое для работы металлургической лаборатории. Оно также востребовано в ювелирном деле и керамическом производстве, используется в медицине (для обработки инструмента). Конструкция отличается простотой. Для отжига керамических изделий муфель можно изготовить своими руками. Для более ответственных видов химико-термической обработки лучше приобрести печь заводского изготовления. Это будет гарантировать её качество и безопасность.

Описание работы муфельной печи Snol-7.2/1100

Нагрев муфеля при помощи газа

Самодельная муфельная печь может работать не только от электричества, но и под воздействием газовой горелки. Такой нагревательный элемент можно приобрести или же сделать самому.

Для создания газовой горелки необходима металлическая труба длиной в 10-15 сантиметров. Диаметр трубы не должен превышать несколько сантиметров. Сначала следует сделать возле края сквозное отверстие для подвода газовой трубки. Также перпендикулярно ему необходимо сделать несколько односторонних отверстий. Они необходимы для поджигания устройства.

Принцип работы муфельной печи и ее применение

Газовая трубка изготавливается из меди, ее диаметр не превышает 0,8 сантиметра. На обоих концах трубки необходима резьба. Посередине устройства нужно сделать небольшое несквозное отверстие для выхода газа. Одно отверстие необходимо закрыть при помощи заглушки, к другому подвести газовый баллон. При совмещении элементов устройства обязательно следует установить клапан между шлангом и горелкой, так как он будет защищать конструкцию от возгорания.

Как сделать нагревательный элемент?

В качестве нагревательного элемента используется проволока. Можно использовать нихром или фехраль. Проволока из нихрома выдерживает до 1100 градусов. Но нихром может сгореть от малейшего контакта с воздухом. Фехраль может выдерживать температуру до 1300 градусов, при этом от воздуха проволока не портится. Минимальный размер проволоки, которую нужно использовать – 1 миллиметр. В зависимости от типа муфельной камеры, различны способы прикрепления нагревательного элемента.

Принцип работы муфельной печи и ее применение

Закрепляется нагревательный элемент на кожухе при помощи глины, расстояние между каждым витком должно быть около 2 миллиметров. Скрепляющий слой также следует сушить в течение нескольких дней и обжечь в угольной печи.

В шамотный муфель необходимо установить нагревательную спираль. Ее можно сделать самостоятельно из нихромной или фехральной проволоки. Для этого необходимо равномерно намотать проволоку на цилиндрический объект. Подойдет карандаш, тонкий пруток из металла или сварочный электрод. Диаметр спирали должен получиться в 6 мм.

Обязательно нужно следить за тем, чтобы витки не соприкасались друг с другом, иначе произойдет короткое замыкание. Спираль необходимо провести в специальных углублениях, проделанных в шамотном кирпиче. Обязательно нужно закрепить витки. Это можно сделать при помощи проволоки или изготовить замазку. Для замазки можно использовать глину. В корпусе сверлятся отверстия, через которые необходимо вывести концы проволоки. Для подключения спирали к сети нужно использовать кабель.

Кладка огнеупора

На строительном рынке покупаем шамотный кирпич. Этот кирпич предназначен для кладки топок печей и каминов. Данный кирпич способен выдерживать длительное воздействие тепла при температуре 1000 градусов и многократные циклы остывания и нагрева, обладает высокой теплоёмкостью и тепловой инерцией. В качестве связующего лучше всего купить специальную огнеупорную сухую смесь для кладки шамота.

Подгонка и разметка

  • Раскладываем на ровном полу боковые и заднюю стенки будущей камеры таким образом, чтобы задняя стенка оказалась между боковыми, как бы получилась «развёртка».
  • Толщину будущих швов имитируем проволокой диаметром 3-5 мм.
  • Подгоняем кирпичи друг к другу. При необходимости кирпичи подрезаем на камнерезном станке или болгаркой
  • Затем размечаем на стенках трассу будущей нагревательной спирали.
  • На кирпичах прорезаем канавки под спираль.

Вид рабочей камеры изнутри. Верх выполнен в виде свода.

Кладка кирпичей должна быть очень плотная. Толщина швов — не более 5 миллиметров.

  • Кладочная смесь разводится водой в соответствии с инструкцией завода-производителя.
  • Каждый кирпич перед кладкой погружаем в ёмкость с водой на 15-30 секунд, для того чтобы вода заполнила поры кирпича.
  • Выкладываем донышко будущей печки.
  • Затем выкладываем стенки.
  • Вертикальные швы кладки не должны совпадать между собой.
  • Верх выкладываем в виде свода с замковым камнем.

На дверке тоже надо закрепить шамотный кирпич.

  • Для этого внизу дверки привариваем или закрепляем на клёпки тонкий уголок или квадратную трубу. Уголок будет принимать на себя вес кладки, то есть будет работать не только раствор.
  • В кладочный раствор добавляем цемент, до 20%.
  • На металлическую поверхность дверки прикрепляем оцинкованную сетку с ячейкой 20×20 миллиметров.
  • Дверку снимаем, кладём горизонтально и на ней укладываем шамотный кирпич.

Уплотнение

Для повышения эффективности работы печи, нужно исключить потери тепла через неплотности дверцы. Герметичность можно увеличить термостойким силиконом.

  • Для этого тщательно обезжириваем кромки кирпича в местах примыкания.
  • Наносим разделительное средство на торцы стенок камеры в местах примыкания. Это может быть даже солидол.
  • Наносим «колбаску» из термостойкого силикона на дверку.
  • Закрываем дверь.
  • Силикон приклеится на дверку, а на торцы стенок камеры не приклеится из-за разделительного средства. Фактически получится уплотнительная силиконовая лента на дверке.
  • Разделительное средство с торцов камеры отмываем, например, спиртом.
  • Силикон не сможет долгое время выдерживать воздействие тепла, поэтому периодически нужно будет делать ремонт для восстановления герметичности дверцы. Заключается ремонт в том, что прокладку из силикона изготавливают повторно так же, как описано выше.

Условия безопасной установки

Изготовив или приобретя фабричную модель муфельной печи, нужно установить ее в мастерской или лаборатории с соблюдением всех правил безопасности. По сути они сводятся к набору широко известных требований по эксплуатации нагревательного оборудования на электричестве и газе:

Принцип работы муфельной печи и ее применение

  • Для питания устройства проводится отдельная линия, в нее встраиваются надежные средства защиты от замыкания, соответствующие мощности печи.
  • Муфель имеет значительный вес и при работе сильно нагревается, поэтому он должен стоять на надежном и негорючем основании.
  • Недопустимо использовать это оборудование в помещениях с высокой влажностью — велик риск удара током и раскрошивания внутренней футеровки.
  • Все манипуляции с муфелем нужно производить в средствах защиты от высокой температуры для рук и лица (перчатки и очки).
  • В обязательном порядке оборудование должно быть заземлено.

Самостоятельное изготовление

Самостоятельно изготовить муфельную печь своими руками при наличии соответствующих материалов не составляет особого труда. Для этого нужно обладать навыками работы с металлом, кирпичом и электротехническими схемами. Из инструментов необходим следующий минимальный набор:

  • Дрель с набором сверл по металлу.
  • Угловая шлифмашина с несколькими абразивными и шлифовальными дисками.
  • Инверторный сварочный аппарат и несколько электродов к нему.
  • Ручные пилы по металлу с запасными полотнами.
  • Пассатижи и кусачки.

Принцип работы муфельной печи и ее применение

Понадобится также и некоторое количество материалов. Их точное число зависит от проекта, по которому будет строиться печь, и вычисляется в каждом случае отдельно. Нужно приобрести:

  • Металлический уголок 5×5 см и толщиною 2-3 мм
  • Листовая сталь толщиною 2-3 мм
  • Метизы для крепежа и изготовления запорных элементов (болты и муфты)
  • Шамотный кирпич
  • Базальтовая или перлитовая вата в виде готовых матов
  • Силиконовый герметик для печных работ
  • Фарфоровые трубки внутренним диаметром 4-5 мм
  • Электрический провод в термостойкой изоляции
  • Электронные детали для блока терморегулирования (тиристоры с радиаторами, мощные резисторы для балласта, готовый электронный термометр на термопаре, тумблеры и автоматические предохранители на 15-20 ампер)
  • Нихромовая или фехралевая проволока диаметром 2-3 мм и длиною 10-15 метров (в катушке)

Все перечисленное пригодится как для постройки электрической, так и газовой муфельной печи. В последнем случае электронные компоненты не пригодятся. Нужен будет только полупроводниковый термометр. Конкретную схему или чертеж можно подобрать в интернете или использовать одну из приводимых здесь. Размеры муфельной печи можно менять при необходимости. Главное — правильно пересчитать величину нагревательной спирали.

Совет! В сети встречаются рекомендации изготавливать корпус печки из отслуживших свой срок газовых печей или стиральных машин. Этого не стоит делать, так как видимая простота оборудования обернется недолговечностью конструкции и ее плохими эксплуатационными качествами. Разумнее изначально делать основательную конструкцию из металлического уголка и листа.

Газовая муфельная печь изготавливается из горелки и керамического муфеля (делается из подходящего по свойствам керамического сосуда). Пламя горелки нагревает наружную поверхность керамики и не контактирует с содержимым муфеля. Подобное устройство всегда имеет малый рабочий объем и применяется для изготовления и обработки небольших металлических или керамических поделок (например, закалка или отпуск клинков ножей, обжиг миниатюрных скульптур). Большие муфельные печи изготовить в условиях домашней мастерской затруднительно, а эксплуатация ее будет небезопасна.

Принцип работы муфельной печи и ее применение

Если нужна печь с рабочим объемом от 10 литров, то правильным выбором будет муфельная электропечь — она практичнее и много безопаснее. Суть ее самостоятельного изготовления сводится к сварке основного каркаса из металлического уголка и листа. На него изнутри монтируется термоизоляция из двух слоев — базальтовой ваты (внешний) и шамотного кирпича (внутенний). В кирпиче проделываются пилой, УШМ и стамеской канавки или желобковые углубления для нагревательных спиралей. Чаще всего делают два независимых контура (могут работать одновременно).

Важно. Щели между кирпичами промазываются особой термостойкой глиной для кладки печей (она выдерживает до 1700 градусов). Это безопасное и надежное средство, главное — тщательно затирать швы и не делать их толще 3 мм.

Дверцу уплотняют с помощью нескольких слоев силиконового герметика. Со временем он износится, но его легко подновить. В финале сборки печи подключают к блоку терморегулятора — он позволит контролировать внутреннюю температуру и плавно ее менять. Часто дополнительно устанавливают электронные программируемые блоки — они не только выполняют измерительные функции, но и позволяют производить термообработку по сложной программе без контроля со стороны человека.

Совет! При изготовлении корпуса муфельной печи нужно не забыть проделать несколько технических отверстий в ее крышке для выхода испаряющейся влаги.


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий