Муфельные печи: принцип работы и сфера применения

Автор: Колесников Юрий Фёдорович, инженер-теплоэнергетик

Что это такое – муфельная печь? И для чего она нужна? Давайте на некоторое время обратимся к мемуарам придворного каретного мастера Франции конца XVII – начала XVIII вв. Жанто. Да, того самого, который изобрел рулевую трапецию. Ее так и называют – трапеция Жанто.

Изобрести-то он изобрел, но пустить идею в дело никак не получалось, полуоси опытных образцов все время ломались. Жанто был в отчаянии, он ожидал от изобретения огромных прибылей. Кареты с передними колесами на цельной оси со шкворнем на раскатах то и дело опрокидывались, и знать с прекрасными спутницами, вплоть до их величеств, летела вон на дорогу, залитую навозом. Тяга-то была живая, на овсе.

И тут в мастерскую наведался некий, к сожалению, не названный, русский дворянин. Петр Первый как раз готовил известное в истории посольство Бековича-Черкасского в Бухару. Звездой даров хану должна была стать роскошная карета; ее-то и прибыл заказать у лучшего европейского мастера наш соотечественник.

Так вот, он, поглядев на излом детали и попробовав ее твердость («Дворянин не погнушался взять в руки напильник!» – восклицает Жанто), дал совет: «Сначала цементируйте в муфеле с молотым скотским рогом, а затем калите. Тогда внутри сталь останется вязкая, не ломкая, а снаружи образуется крепкая каленая корка, долго не сотрется».

Жанто винить не в чем, он был каретником, а не металлургом. И в том, что петровский офицер разбирался в обработке металлов, тоже нет ничего удивительного. Зато сразу ясно, для чего нужен муфель – жаропрочный и непроницаемый контейнер, в котором деталь проходит термообработку. Его роль – изолировать деталь от внешних влияний, в т.ч. и от пламени, во-первых. Во-вторых – обеспечить равномерный нагрев.

Мастера Жанто, скорее всего, грели муфель в обычном кузнечном горне. Но со временем требования к качеству термообработки повышались, разрабатывались новые ее технологии. Уже в начале XIX в. в промышленности широко применялись специальные муфельные печи, разработанные исключительно для нагрева муфельной камеры. В век пластика появились низкотемпературные муфельные печи, в которых композитные детали проходят горячее отверждение.

Сейчас у муфельных печей работы хватает:

• Переплавка ценных металлов и сплавов, когда недопустимо внесение примесей или термохимическое взаимодействие в пламенем.
• Термообработка металлов: цементирование, закалка, отжиг, отпуск, нормализация (состаривание).
• Обжиг керамических изделий, особенно художественных, для получения ровного тона поверхности.
• Сушка электропроводящих материалов; микроволнами, как известно, можно сушить только диэлектрики.
• Сжигание до минеральных компонент путем возгонки летучих (озоление). В связи с этим – такая печальная обязанность, как кремация.

Кроме того, муфельные печи используются в пробирном анализе для т.наз. купелирования, для выращивания монокристаллов и во многих других областях. Напр. в медицине – для высокотемпературной стерилизации.

Делать или покупать?

Своими руками можно сделать печь с муфелем объемом до 5-7 л. Если задаться должным качеством обработки, то работа эта не из простых. Поэтому вначале посмотрим, какие из готовых печей сгодятся для домашнего применения и во что обойдется их приобретение.

Лаборантам, научным работникам, да и просто мастерам хорошо знаком заслуженный ветеран – электрическая муфельная печь ПМ-8 (см. рис.) с объемом муфельной камеры 6,5 л (на рис. справа, 190х120х300 мм). Секрет «пээмки» именно в камере, она изготовлена из жаропрочной керамики методом шликерного литься. Муфель ПМ-8 вечный, за него отдельно на аукционах запрашивают половину стоимости печи.

Муфельная печь ПМ-8

ПМ-8 выпускается в 2-х модификациях, ПМ-8К с ручной предустановкой температуры и релейным управлением, и ПМ-8М с цифровым управлением. Цена заводской, соответственно – около 20 тыс. руб. и от 23 тыс. руб. Цифра 8 в обозначении – количество ступеней регулировки температуры, от 100 до 900 градусов. Потребляемая мощность в режиме разогрева – до 2,4 кВт, т.е. «пээмку» можно включать в квартирную розетку. Б/у ПМ-8 можно брать безбоязненно, конструкция дубовейшая. Правда, цену намного не сбросят.

Единственный недостаток ПМ-8 и ПМ-10 из той же серии – дверца сильно раскаляется. Лаборантов, работающих с «пээмкой», можно узнать по вечно обожженным пальцам.

Ассортимент современных муфельных печей в продаже довольно широк. Напр., российские СИКРОНы (две левые поз. на след. рис.) уже не обжигают, и цена того же уровня – от 23 000 руб. Но муфельные они условно, нагревательная спираль размещена в камере. Поэтому безо всякого в них можно только обжигать керамику, а все операции с металлами нужно производить с большой осторожностью. Особенно – переплавку, СИКРОН для нее вообще не рекомендован.

Современные муфельные печи

Печи СНОЛ (SNOL), средние поз. на рис. – полноценные муфельные. Обжечь СНОЛ, правда, может, если неловко с ним обращаться, боковое открывание дверцы не гарантирует от ожога. Зато выпускаются обширным рядом типоразмеров, от самых маленьких. Но цены явно не русские: самый дешевый СНОЛ меньше чем за 30 000 руб. не найти.

Из отечественных моделей «квартирной» мощности хорошо расходятся МИМП и «Накал», 2 правых поз. на рис. Они дешевле ПМ, купить б/у рабочую за 8-9 тыс. руб. вполне реально. Однако камеры их, похоже, изготавливаются методом спекания керамического порошка, поэтому для регулярной эксплуатации десятилетиями эти печки не предназначены. Впрочем, для эпизодического использования в домашней мастерской вполне подходят.

Еще следует упомянуть израильскую печь специально для керамики Shenpaz. Для налаженного кустарного производства при стабильном сбыте это неплохой вариант. Хотя стоит немало, от $3000, но изделия выходят одно в одно. Shenpaz охотно берут дантисты, он стоит намного дешевле «Фокусов» и пр., а работает так же хорошо.

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.

По конструкции:

• 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.

Если делать, то как?

Большинство описанных в источниках конструкций дадут такое качество обработки, что проще сунуть готовый муфель (см. далее) в любую печь или горн с наддувом. А чтобы «довести их до ума», затрат понадобится не меньше, чем на покупку хорошей заводской б/у. Поэтому далее мы сосредоточимся на печках для мелких тонких и ответственных работ, о которых широким массам читателей, наверное, вообще ничего не известно. Разберемся сначала в ключевых узлах, а затем перейдем к конструкциям.

Схема устройства промышленной муфельной печи показана на рис. Ее упрощение и удешевление можно сразу начать с жаровой трубы: при объемах камеры до 10-20 л и, если печь не предназначена для озоления и кремации, достаточно будет небольшого отверстия в задней стенке муфеля.

Устройство промышленной муфельной печи

Эта печь – камерная, с горизонтальной выгрузкой, такие проще и безопаснее в эксплуатации. Но в некоторых случаях проще в изготовлении и дешевле получаются печи шахтные, с вертикально расположенным глухим муфелем. В них, кроме того, легко обеспечить нагрев без доступа воздуха, если муфель с крышкой. Но в любом случае ключевыми узлами будут система нагрева, собственно камера и термопара для контроля температуры. С теплоизоляцией и общей конструкцией разберемся по ходу дела.

Источник тепла

Говорят, что муфельную печь можно сделать хоть на дровах. Что ж, если найдутся дрова с теплотворной способностью более 14 000 ккал/кг, тогда можно. А нет – обкладывать небольшой муфель огромной поленницей бесполезно, большая часть тепла пойдет на увеличение энтропии Вселенной.

В принципе, необходимую концентрацию тепла может создать каменный или древесный уголь, но только в горне с наддувом. Тогда нет смысла городить целую печь, достаточно по мере надобности помещать муфель в горн, что и делалось в кузнице Жанто. Жидкое топливо дает тепла на единицу его объема более чем достаточно, но само от нагрева испаряется. Если эти газы не улавливать и не заставлять греть муфель, тепло также улетучится без толку.

Остается газ, то ли природный, то ли из газификатора, и электричество. Первый дешевле на единицу тепловыделения, со вторым проще обращаться и управлять им. С этими источниками тепла и будем далее работать.

Термопара

Без непрерывного контроля температуры муфельная печь – просто дорогая и опасная игрушка, за степенью нагрева зачастую нужно следить в закрытом объеме, тут и опыт кузнеца не всегда поможет. Единственный вариант датчика температур до 1000-1300 градусов – термопара. Но думать, где бы «раздобыть» платину, не нужно. Вот два варианта вполне доступных термопар, работоспособных до 1100 градусов:

• Железо-константан, термо Э.Д.С. 53 мВ/град.
• Никель-железо, термо Э.Д.С. 34 мВ/град.

Почти без потери точности железо можно заменить низкоуглеродистой конструкционной сталью, т.е. обычной мягкой стальной проволокой. Никелевая проволока есть в продаже, а константан идет на обмотку школьных реостатов.

Концы проволок сваривать не нужно, достаточно туго-натуго скрутить пассатижами. Они все равно быстро обгорают, не платина же. Тогда конец откусывают с делают новую скрутку. Разумеется, проволоки не должны соприкасаться между собой кроме как в скрутке.

Контроль температуры – обычным бытовым цифровым тестером. Э.Д.С. на концах пары будет меняться в пределах 0,53 (0,34) – 5,3 (3,4) В, «цифровик» такие напряжения ловит надежно. В маленькой камере достаточно одной термопары.

Муфель

Керамика для муфеля нужна не обычная, а с хорошей теплопроводностью. Ее дают присадки редких металлов. Поэтому сделать муфель самому лучше и не пытаться. Где найти готовый посмотрим чуть ниже, а пока покажем, чем плохи самоделки.

Недостатки самодельных муфелей

Слева на рис. – печь с самодельным муфелем из огнеупорной глины. Во-первых, глина, пусть и шамотная, проводит тепло слишком плохо для равномерного прогрева муфеля. Во-вторых, для обжига заготовки нужна температура не ниже, но много выше рабочей. А где взять на хозяйстве 1400-1500 градусов, а для шамота и все 1900? К чему приводит незнание этих условий или пренебрежение ими, там же и видно.

Граненая камера из фасонных шамотных кирпичей (справа на рис) уже долговечнее, но греть ее снаружи любым способом бесполезно. Шамот проводит тепло хоть и лучше, чем красный кирпич, но для муфеля слабовато. Остается расположить открытую электроспираль внутри, но, во-первых, для бытовых приборов это категорически запрещено.

Во-вторых, и главное, муфель будет уже не муфелем. Раскаленные металлы заметно испаряются, кто бывал в литейке, помнит характерный запах. А парам сплава спирали деваться некуда, кроме как в деталь или изделие. В результате – ценный сплав может полностью потерять ценность, состаренный или цементированный металл не набрать прочности или оказаться хрупким, а статуэтка пойти полосами или пятнами.

Так где же взять муфель?

Лучший вариант – керамическая химическая посуда, она продается в магазинах лабораторного оборудования. Форма, размер – на выбор, снабжается крышками. Можно подобрать под печь и с горизонтальной, и с вертикальной нагрузкой. Высокая теплопроводность, отменная химическая стойкость.

Для печей с открытой в двух концов горизонтальной камерой (печей-труб) отлично подойдут куски трубок от разбитых мощных плавких вставок. Они изготавливаются из электрофарфора. Другое его название – циркониевая керамика. Точно такая же, как идет на муфели ПМ. И тоже литая.

Применяются такие большие предохранители на транформаторных подстанциях (ТП) электросетей или распределительных участках (РУ) ЛЭП. Внутренний диаметр – от 5 до 30-40 см. Строгому учету не подлежат, так что можно прикупить или выпросить, не опасаясь тюрьмы.

Проще художникам-керамистам: для обжига керамики достаточно 800 градусов. Поэтому на муфель печи для обжига керамики пойдет любая фаянсовая или фарфоровая посудина подходящего размера и конфигурации. Даже смывной бачок от старого унитаза.

О школьных реостатах

Пытаться превратить в муфель школьный реостат бесполезно: его каркас хрупкий, пористый, а обмотка, раскалившись, замыкает накоротко. Но реостат как он есть держит температуру в 250-300 градусов. Это делает его пригодным для изготовления самодельных карбоновых деталей из углеткани сатинового переплетения и смол горячего отверждения. Маститые авиамоделисты, к примеру, таким способом формуют фюзеляжи, кромки крыльев, лонжероны, нервюры и стрингеры своих летательных аппаратов чемпионатных классов.

Об электрической мощности

Чтобы далее не погрязать в расчетах, определимся сразу с потребляемой печью мощностью. Будем надеяться, что рассчитать сопротивление спирали, диаметр и длину нихромовой проволоки читатель сможет и сам, либо обратится к руководствам по этой теме. Итак:

1. Печи с закрытым муфелем типа ПМ, горизонтальные или вертикальные – 450 Вт/л.
2. Обжиговые печи-колпаки для мелкой керамики – 650-700 Вт/л.
3. Печи-трубы, только горизонтальные – от 1,5 кВт/л.

Во всех случаях предполагается, что теплоизоляция выполнена надлежащим образом, а рабочая температура 1000 градусов. И учтите, потребная для печи мощность пропорциональна ЧЕТВЕРТОЙ степени температуры! Длина печи-трубы должна быть не менее 3-5 ее внутренних диаметров.

Как устроена электрическая муфельная печь

Рабочей емкостью электрической муфельной печи является так называемый муфель. Это керамический или волоконный резервуар полуцилиндрической формы, нагреватели в котором встроены в стенки, т.е. являются внутренними или закрытыми. Существуют электропечи для керамики и фарфора со стационарными муфелями, а также такие, что оснащены стационарной нагревательной камерой и сменным муфелем. В любом случае, при закрытых нагревательных элементах обрабатываемые материалы и предметы защищены от прямого излучения нагревателей. А те, в свою очередь, – от воздействия агрессивных паров и летучих веществ, выделяемых при нагреве.

Устройство муфельной печи

Из чего состоит конструкция муфельной электропечи

Муфельная электропечь представляет собой устройство, состоящее из нескольких элементов:

• Рабочей камеры. В ней происходит нагревание разных веществ и предметов.
• Корпуса. Выполняет защитную и теплоизолирующую функции.
• Нагревательных элементов. Обеспечивают выполнение термических операций.

Проволока или ленты расположены в камере, они могут быть частично или полностью открытыми или же – абсолютно закрытыми.

Принцип работы муфельной печи

Рассматривая муфельную печь, ее устройство и принцип работы, можно сказать, что за прошедшие века оборудование прошло множество трансформаций и видоизменилось. Только суть его функционирования осталась неизменной. Детали или вещества, помещенные в муфель, изолируются от внешней среды и равномерно нагреваются со всех сторон.

Вредные вещества, которые могут выделять образцы в процессе нагрева, выводятся при помощи системы вентиляции. Кроме того, в печах предусмотрена естественная или принудительная конвекция

Нагревательные элементы муфельных электропечей

Как видно на многих фото, муфельная печь выполняет термообработку благодаря нагревателям. Они могут быть разной формы и размеров. В зависимости от этих показателей может потребоваться разное количество рабочих элементов. Располагаются они по всему периметру загрузочного блока, при этом могут отличаться:

• Конструкцией (трубчатые, ленточные, спиральные и т.д).
• Материалами изготовления (нихром, фехраль, вольфрам, хромит и т.д).
• Способом обустройства (закрытые, открытые).

Самая распространенная форма нагревателей – спираль, созданная из проволоки с отменными показателями термостойкости и сопротивления

Система управления муфельной электропечью

Современная муфельная печь – устройство, которое дает возможность обрабатывать различные материалы, удобно в обращении благодаря модулям управления. Сегодня механические, аналоговые модели используются все реже, на смену им пришли электронные и программируемые терморегуляторы. С их помощью можно быстро и четко:

• Задавать любые термические значения.
• Выставлять градиенты и время включений.
• Контролировать текущие тепловые показатели.
• Проводить термообработку с высокой точностью.
• Устанавливать время и температурные отметки нагрева.
• Определять период выдержки и время охлаждения и т.д.

Современные модули позволяют программировать даже сложные рабочие циклы оборудования

Шахтная печь на газе

Схема газовой вертикальной муфельной печи показана на рис. В ее основе – готовый муфель-химпосуда 1. Размеры горелки 3 показаны условно; большая от кухонной плиты обеспечит нагрев 3-л муфеля до 800 градусов. Общие пропорции примерно такие, как на рис. Некоторое отклонение не критично.

Газовая шахтная муфельная печь

Для нагрева печи покупаем отдельно газовую горелку для бытовой варочной плиты с жиклером и арматурой к ней. Горелку устанавливаем на стальном листе, запитываем от баллона с редуктором. Мощность нагрева регулируется, как и в плите, поворотом ручки жиклера.

Требования к корпусу 3 в стальной обечайке и на ножках не столь высоки, как к муфелю, поэтому его можно сделать самому. Понадобится огнеупорная глина (шамотная, каолин или голубая кембрийская) и распушенный асбест, на наполнение глиняного раствора и теплоизоляцию. При желании асбест можно заменить лучшим по качеству, но более дорогим вспученным вермикулитом.

Глину для формовки корпуса вначале замачивают («квасят»): глиняный порошок в посуде заливают водой до верха засыпки и оставляют «киснуть» на сутки. Далее раствор замешивают до густоты пластилина и добавляют в него 25% по объему шамотного песка (для шамотной глины) или глиняного песка соответствующего сорта.

Примечание: глиняный песок – это перемолотый бой керамики из данной глины. Есть в широкой продаже.

Затем добавляют 1-2 объемных части пушоного асбеста, и раствор тщательно вымешивают. К этому времени нужно подготовить восковую модель (болван) для внутренней конической части корпуса. Внешние части (щеки, выступы под венчик муфеля) формуют или вручную, или на гончарном круге. Под стальные ножки печи сразу делаем отверстия. Или формуем ножки из той же массы, только потом придется болгаркой подгонять, чтобы печь ровно стояла.

Примечание: делать тест на жирность, как для печного кладочного раствора, не нужно. Для небольшой цельной и механически почти не нагруженной детали естественной жирности хорошей глины довольно.

Далее следует сушка в тени при 20-27 градусах в течение 2-х недель. После сушки воск изнутри выплавляют бытовым феном, он пригоден для дальнейшего использования.

Высохший корпус сначала обжигают способом Робинзона Крузо: делают под из выложенных хоть прямо на землю на сухую кирпичей. Под окружают загородкой высотой 0,7-1 м из стальной сетки или перфорированного листа, чтобы потом угли не расползались и доступ воздуха был. Ставят заготовку на под, накрывают любой керамической посудой и заваливают, только осторожно, топливом (углем, дровами) до верха загородки.

Топливо поджигают снизу. Когда прогорит до углей, добавляют еще и еще, пока заготовка не скроется полностью под массой раскаленных углей. Тогда, еще добавляя топлива понемногу, поддерживают процесс 4-6 часов. Далее ждем, когда все угли прогорят до золы, а зола остынет. Только теперь заготовку можно вынимать.

Примечание: обжиг нужно производить под навесом. Ни капли воды на огнище!

Окончательный обжиг корпуса делаем в собранной печи, с уложенной между щеками теплоизоляцией и надетой обечайкой. Муфель ставим на его место, только пустой. Горелку включаем на самый малый огонь, и постепенно, в течение 30-40 мин, доводим пламя до самого сильного. Так греем печку час-полтора, после этого она готова к работе.

Купить муфельную печь или сделать ее самостоятельно

Разобраться, как пользоваться муфельной печью, вполне возможно самостоятельно, а вот как изготовить данный прибор – понять не совсем просто. Рассмотрев даже неполный перечень необходимых исходных материалов и схематическое описание процесса сооружения дает понять, что самостоятельное изготовление муфельных печей – дело достаточно сложное. Рынок же предлагает большой выбор самых разных их моделей, что позволяет найти лучший вариант.

Что значит муфельная печь, выполненная в строгом соответствии с технологическими требованиями, знают работники лабораторий, цехов и мастерских – оборудование не только ускоряет множество процессов, но и позволяет выполнять их с предельной точностью.

Изготовление муфельной печки в домашних условиях

Как сделать муфельную печь своими руками

Независимо от того, по какой схеме изготавливается муфельная печь, конструкция прибора будет состоять из следующих элементов:

• Муфель. Делать его самому лучше и не пытаться, т.к. нужна керамика с высокой теплопроводностью, которую могут обеспечить лишь присадки из редких металлов. Выйти из положения поможет приобретение готовой керамической посуды в магазине лабораторного оборудования.
• Огнеупор. В качестве первого слоя можно положить асбестовые плиты и волокно, а также шамотный кирпич, что по стоимости будет дешевле всего. Для связки лучше взять огнеупорную смесь для кладки.
• Корпус. Многие «самодельщики» используют старые холодильники, которые обязательно укрепляют, особенно дно. Это можно сделать с помощью обварки стальным прямоугольным уголком.
• Нагревательный элемент. Есть готовые спирали, но при желании можно намотать их самостоятельно из нихромовой или фехралевой проволоки.

Для надежной облицовки корпуса применяется базальтовая вата

Инструменты и материалы для изготовления муфельной печи

Применение муфельной печи актуально в различных сферах. В зависимости от условий эксплуатации и типа обрабатываемых образцов, для производства оборудования применяются:

• Конструкционные стали. Они используются для изготовления корпуса (кожухи), опоры, дверцы и некоторых других элементов.
• Высокоглиноземистые материалы и огнеупорное волокно. Их применяют для сооружения рабочих камер – муфелей.
• Нихром, фехраль, вольфрам, молибден, тантал. Эти и другие материалы служат основой для нагревательных элементов муфельной печи.
• Волокнистые прессованные блоки. Они составляют высокоэффективную термоизоляционную оболочку (футеровку).

Обязательное условие для используемых материалов – экологичность, жаростойкость и ударопрочность

В качестве инструментов для создания муфельной электро печи применяют:

• Дрель и набор сверл.
• Болгарку, отрезные и шлифовальные круги.
• Сварочный аппарат, электроды, струбцины и магнитные уголки.
• Ножовку.
• Шуруповерт.
• Рулетку, металлическую линейку и строительный угольник.

Для конструирования муфельной печи понадобятся приспособления по работе с металлом и деревом

Пошаговый процесс изготовления муфельной печи

Прежде чем приступить к конструированию, подготовьте чертеж муфельной печи, все данные в котором будут выведены при помощи формул и точных вычислений. Убедитесь, что у вас имеются все необходимые комплектующие и приспособления. После подготовки составных частей начинают их подгонку, среди многочисленных этапов которой:

• Укладка кирпичей на дно и стенки будущей муфельной печи.
• Уплотнение двери, которое можно осуществить с помощью силикона, а иногда создают винтовое запирающее устройство.
• Прокладка нагревательной спирали и т.д.

При выборе оптимального объема рабочей камеры учитывайте размер объектов, которые будут обрабатываться

Печи для керамики

Простейшая печь для обжига керамики

Простейшая печь для обжига мелкой керамики показана на рис. Бытовая электроплитка, глиняный цветочный горшок подходящего размера – только и всего. Нужно лишь под изделие подставить обломок шамотного кирпича, чтобы спираль не грела его непосредственно из-под низу. Мощность регулируется ЛАТРом или тиристорным регулятором.

Вставлять в отверстие горшка термопару не обязательно, процесс с такой маленькой печи легко регулируется визуально: в сумерки или пасмурный день в комнате бока горшка должны светиться темно-красным. Когда это свечение появится, начинаем отсчет времени обжига, 4-12 час, смотря что обжигается. Виден перекал – убавляем мощность.

Печь для керамики из фаянсового бочонка

Для печи покрупнее (след. рис.) понадобится и муфель побольше. Лучший вариант – фаянсовый бочонок (см. рис. справа ниже), соления в них все равно выходят неважными. В днище бочонка алмазным сверлом сверлят отверстие для термопары и выхода расширившегося воздуха.

Теперь нужен под. Его собирают на сухую из шамотного кирпича на стальном листе и скрепляют рамой из уголка. Внутри, ближе к краю горла бочонка, делают 2-3 кольцевые с переходами канавки и укладывают в них спираль или ТЭН нужной мощности.

Фаянсовый бочонок

Последний этап – внешняя обечайка из оцинковки. Она съемная, ее надевают после того, как изделие установлено на полу и накрыто муфелем. Промежуток между обечайкой и муфелем засыпают асбестом или вермикулитом.

Процедура обжига такая же, как в предыдущем случае, но контроль температуры уже только по термопаре. Бочонок большой, стенки его толстые. Даже если не делать обечайки с засыпкой, пока он засветится, изделие пережжется.

Критерии подбора качественной глины

Начинать нужно с определения места «добычи» или покупки основного материала для производства кирпича — глины. Самое главное — найти именно «правильный» материал! Отлично, если вы обладатель землевладения или карьера, и на них есть залежи ценного материала, а если нет? Отправляемся на строительную базу и тщательно изучаем характеристики глины, ее показатели жирности, ведь от этого зависит качество полученного кирпича.

Проверить самому, правильной ли жирности найденная вами глина, довольно просто. Лучше всего взять пробы материала с нескольких участков или мест продажи, достаточно будет приблизительно по полкилограмма.

Для чего нам нужно небольшое количество? Доливаем в каждый образец немного воды и тщательно размешиваем. Глина должна вобрать в себя воду и начать приставать к рукам — на этом можно процесс завершить. Из подготовленной массы сделайте шарики диаметром около 50 мм и лепешки диаметром 100 мм. Оставляем их в хорошо проветриваемом помещении или на улице под навесом и высушиваем в течение 2–3 дней. Понятно, что такие действия необходимо произвести с каждым образцом глины.

Теперь можно приступать к оценке наших образцов:

• если на шариках и лепешках появились трещины, то придется в процессе производства кирпича добавлять песок, у вашей глины — повышенная жирность,
• при отсутствии трещин необходимо шарик бросить без усилий с высоты 1 м. Если он не разрушится, значит, глина оптимальной жирности,
• при рассыпании шарика можно сделать вывод, что для образца была использована тощая глина, в этом случае придется добавлять жирную.

Дополнительные компоненты (песок или жирную глину), в зависимости от характеристик вашего материала, следует добавлять порциями, постоянно проверяя качество готовой массы. Вообще, чем больше пластичность глины, тем легче изготовить кирпич.

Совет: пробы и испытания необходимо продолжать до нахождения оптимального состава массы.

Для достижения хорошей пластичности сухой материал засыпают в емкости водой и оставляют в таком состоянии на некоторое время, периодически добавляя новые порции материала и перемешивая состав. Также способствует повышению пластичности вымораживание глины в зимние холодные месяцы.

После замачивания раствор обязательно должен вылежаться около трех дней.

Важно: в процессе нельзя использовать глины с примесями камней, гальки, грунта и карбонатов (белые составляющие размером более 1 мм)

Печи-трубы

Для электропечи-трубы достаточно большого диаметра (скажем, из корпуса плавкой вставки) дадим прежде всего рецепт обмазки нагревателя. Состав – тот же, что и для корпуса газовой печи, но, во-первых, глину замешивают до густоты хорошей сметаны или жидкого творога. Во-вторых, наполнителя-теплоизолятора (асбест, вермикулит) дают 4-5 объемных относительно глины частей.

Следующий момент – намотка спирали. На коренной (начальный по ходу обмотки) конец трубы туго, вплотную друг к другу, мотаем 5-10 витков нихрома и туго-натуго схватываем их металлическим хомутом и винтом с гайкой и пружинной шайбой (гровером). «Уши» хомута должны быть удлиненными и с отверстиями для подвода тока и теплоотвода; об этом см. подробнее ниже, в разделе о мини-печи.

Примечание: первые/последние витки играют роль токосъема. Нихром обладает свойством частичной самоизоляции, потому его и пускают на нагреватели. Просто прижатый хомутом конец провода может дать плохой контакт, а для устранения неисправности придется ломать печь и делать заново.

Далее мотаем в 2 провода: рядом с нихромовым укладываем медный того же диаметра. На конце обмотки делаем токосъем и закрепляем хомутом, как описано выше. Теперь снимаем медь и приступаем к обмазке. Обмазку наносим слоем в 4-12 мм, как раствор ляжет. Затем – неделя сушки, часовой прогон на половинной мощности (напряжение – в 1,4 раза меньше номинального!), и окончательная сборка печи, аналогично описанной ниже.

Примечание: если вы умеете мотать обмотки с переменным шагом, то витки нихрома лучше сгонять к середине трубы и разгонять к краям. Так печь окажется намного экономнее и долговечнее.

Муфельная печь 55-64 л.​

Характеристики и цены​:

• Загрузка: Горизонтальная
• Температура: 1250°C (или 1350°C + 10 000 ₽) Подробнее.
• Сеть: 220В
• Мощность: 4.5 кВт
• Терморегулятор: Термодат 14Е5
• Термопара: ТХА(Тип К) хромель-алюмель 1.2 мм (Платина-платинородий до 1350°C)
• Нагревательные элементы: Фехраль (Еврофехраль) 2.2 мм

Самая продаваемая печь 2021 года — 60 литров. Поэтому мы разработали больше близких типоразмеров — 55 и 64 литра. Муфельные печи 55-60-64 литра являются наиболее востребованными в большинстве мастерских и домашних условиях. При довольно внушительной камере, сроке службы и компактных габаритах она потребляет всего 4,5 кВт и то, только при наборе максимальной температуры. Многоступенчатое реле используемое в этих печах позволяет не нагружать электросеть и пользоваться печью как обычным электроприбором. Ее потребление сравнимо с 3-4 электрочайниками.

Мини-муфель

Резистор типа ПЭВ

Для мелких работ в качестве готового муфеля с нагревателем можно взять проволочный резистор ПЭ или ПЭВ на 50, 100 или 150 Вт (см. рис.).. Мощность его указывается на корпусе после типа, напр. ПЭВ-150. Внутренний диаметр резисторов ПЭВ соответственно около 20, 30 и 38 мм. Около – потому что трубки из электрофарфора разные заводы в разные времена применяли несколько различные.

Величина сопротивления на напряжение 220 В для 50 Вт 910-1000 Ом, для 100 Вт – 430-470 Ом, для 150 Вт – 330-360 Ом. Форсировать нагрев уменьшением сопротивления не нужно, все равно свыше 900 градусов такая печка не даст, а резистор быстро сгорит.

Слабое место ПЭВ как муфеля – контактные хомуты, они сделаны из латуни, поэтому для них необходим теплоотвод. Его делают из медных полосок толщиной не менее 2 мм, как показано на след. рис.. Очень хорошо подойдет эмалированная медная шина для обмоток мощных трансформаторов; эмаль даст дополнительную изоляцию.

Муфельная мини-печь из резистора

После установки теплоотводов (они же ножки), к клеммам резистора подключают провода питания, а ножки-теплоотводы изолируют 2-мя слоями стеклоленты с перехлестом витков на 50%. Изоляцию пропитывают термостойким (не ниже 130 градусов) лаком.

Последние этапы сборки – на печку надевают обечайку из тонкой стали и набивают ее теплоизоляцией. Края обечайки нужно заранее выколотить или загнуть внутрь на прямой угол, чтобы не прорезали изоляцию ножек. Делать полную отбортовку внутрь не нужно, так в обечайке лучше будет держаться изоляция. Все, печка из резистора готова к работе сразу после сборки.