Муфельная печь своими руками: особенности, разновидности и рекомендации

Шамотный огнеупорный кирпич для кладки печи:

Как уже было замечено, в создании печи применяется шамотный кирпич. Его нужно семь штук. Их следует состыковать. Рекомендуется укладывать изделия в форме трубы. Она затем станет функциональной камерой печи и будет выступать.

Укладка кирпичей в камере проходит на состав, включающий в себя глину. Заранее все используемые кирпичи укладываете в ряд. На каждом делайте отметку для резки. Наличие отметок позволит затем (после самой резки) устроить из них трубу. Резка проводится болгаркой. Также, для удобства кладки, кирпичи можно пронумеровать. На их внутренней основе устройте канавки, в которые затем просунете проволоку. Но заранее из проволоки создайте спираль. Её параметр – 6 мм. Для соблюдения данного показателя проволоку намотайте на специальный электрод или карандаш. Сформированную спираль прикладывайте к кирпичу и рассчитывайте разметки для будущих канавок. Канавки вырезаются тем же инструментом.

Монтаж проволоки должен получиться строго по спирали. Спиральная форма должна быть по всей длине, от днища до верха. Исключены всякие контакты витков. Иначе случится замыкание.

Если вы сооружаете печь и задействуйте кирпич, то готовьте состав, необходимый для его кладки, с включением глины высочайшего качества. Обязательное требование к ней – однородность. Её лучше покупать в надёжных магазинах.

При строительстве печи по обозначенной технологии выводите проволоку для подключения к автомату. Поэтому между стыкующимися кирпичами устройте специальный канал. Для него нужны заранее подготовленные отрезанные элементы плитки.

Как бы вы не сооружали печь, по методике с кирпичами или стального корпуса, все применяемые материалы должны обладать высочайшим качеством. Ведь печь ожидают серьёзные термические испытания.

Какой должна быть вентиляция

В реальности изготовление, точнее сам процесс обжига керамики — не так полезен для здоровья. И тут далее многие могут сделать вывод, что печи не место в доме вообще. Для неё должна быть особая каморка. Многие думают ещё дольше, что они очень загрязняют воздух и прочее и прочее. Только вот по сравнению с другими показателями загрязнения выброс такой печки просто ничто для воздуха.

Но для тех, кто отважился и пронес печь в дом. Какая должна быть вентиляция, чтобы не причинять вреда. Итак, помещение должно быть хорошо вентилируемым, так как время для обжига составляет много часов и за это время постоянно идет выброс веществ, которые вредны для здоровья. Варианты вентиляции для помещения с печкой под обжиг керамики:

• несколько открытых окон помогут сделать движение воздуха и выносить все запахи и вредные частички сразу из окна;
• специальная конструкция из вентиляционной системы (дыра с вентилятором в самой стене, через которую будет забираться воздух с улицы в помещение и выводиться выбросы от печи);
• Downdraft system и Updraft — это специальные вентиляционные системы, которые мастера продумали специально для помещений, где осуществляется обжиг в печи.

Вот сколько способов помогут рукам не отказываться от любимого занятия, а здоровью не страдать от вредного выброса веществ при обжиге.

Строим печь для обжига керамики своими руками

Вид печи выбирается исходя из количества изделий, который предстоит обжечь. Если объем небольшой, делаем печь в 250–300 литров. Для более масштабной работы потребуется большая печь-горн, размером с небольшую комнату.

Инструменты

Чтобы построить небольшую печь для обжига, потребуются следующие инструменты:

• Слесарный инструмент — для работы с металлом. Сварочный аппарат, набор гаечных ключей, напильники, углошлифовальная машинка (УШМ), дрель, молотки.
• Для работы с шамотными кирпичами и керамикой — молоток каменщика, кельма, алмазный диск для УШМ.
• Средства индивидуальной защиты. Респиратор, очки, перчатки и хлопчатобумажная плотная одежда — обязательный набор при работе с УШМ и минеральными ватами.

Порядок работ

Печь состоит из корпуса, горелки, перекрыши, утеплённой камеры, крышки.

Последовательность постройки:

Корпус. Выбираем прямоугольный металлический ящик, если в роли футеровки выступают шамотные кирпичи или металлическую бочку, если утепляем минеральной огнеупорной ватой.

В цилиндрической конструкции распределение тепла происходит равномернее. К корпусу привариваем ножки.

• Укладываем на дно каркаса футеровку, ставим четыре керамических изолятора от линий электропередач или шамотные кирпичи на ребро — они послужат столбиками для перекрыши.
• Футеруем стенки и крышу. Шамотный кирпич лучше уложить на мертельную глину. Используем каолиновую или базальтовую вату высокой плотности. Из листа ваты скручиваем цилиндр в несколько слоёв, чтобы избежать швов — мостиков теплопотери. Крепить к стенкам асбестовым шнуром и керамическими пуговицами. Края верха утеплителя заворачиваются наружу, это уплотнит и теплоизолирует стыки крышки и корпуса.
• На столбики укладываем перекрышу.

Важно! Перекрыша подгоняется к стенкам неплотно — через щели должен проникать горячий воздух. Пламя не соприкасается с обжигаемыми изделиями

При большом весе изделий применяем для перекрыши сухую кладку из шамотных кирпичей, при небольшом — керамогранитную плитку соответствующих размеров.

• Устанавливаем горелку. Её можно приобрести в магазинах газового оборудования. Мощность лучше подобрать не меньше 2 киловатт (зависит от теплопотерь и объёма сооружения).
• Сверлим внизу корпуса и футеровки отверстие для горелки. Пламя не должно прикасаться с изделиями, это главный принцип размещения сопла. При горизонтальной установке сопла облегчается регулировка и обслуживание.
• Утепляем крышку конструкции. Для минимальных теплопотерь утепляем всю конструкцию снаружи.
• В крышке оставляем отверстие для выхода продуктов сгорания и контроля процесса. Предусматриваем задвижку для регулирования температуры.
• Для снятия данных о температуре внутри печи устанавливаем термопару электронного термометра.

Печь готова. Проводят пробный запуск. Если использовалась кладка шамотными кирпичами, то сначала печь просушивается в щадящем режиме.

Способ второй. Делаем печку, не имея под рукой металлического корпуса

Процесс изготовления в данном случае мало чем отличается от описанного выше, однако свои нюансы здесь определенно имеются. Начнем с того, что рабочий объем приведенной ниже конструкции составит порядка 13-литров. Спираль, как уже упоминалось выше, сможет прогреваться до тысячи градусов всего за 1,5 часа, при этом температура наружных стенок устройства не превысит 100 градусов. Алгоритм действий должен быть следующим.

Шаг 1. Вначале, используя профильную трубу 4х2 сантиметра (с квадратным сечением) сооружаем подставку для прибора. После этого окрашиваем готовую подставку эмалью.

Шаг 2. Поверх подставки крепим лист оцинкованной стали (его толщина должна составлять примерно 0,1 сантиметра), используя для этого саморезы «по металлу».

Шаг 3. Стены изготавливаем из шамотного кирпича и специального каминного состава (все так же, как в предыдущем варианте). По застывании раствора проделываем канавки под спираль.

Шаг 4. Дно собираем из кирпича отдельно, для крепления используем все тот же раствор. Перед тем, как продолжить работу, дожидаемся полного высыхания конструкции. Не забываем смачивать каждый кирпич непосредственно перед укладкой.

Шаг 5. Поверх металлического основания укладываем термоизоляционный слой (можем использовать для этого все ту же базальтовую вату). В целях максимального уплотнения данного слоя его необходимо увлажить перед тем, как фиксировать кирпичное днище.

Шаг 6. Продолжаем традиционную кладку печи, но стараемся, чтобы все пустоты и швы были тщательно заполнены.

Шаг 7. Крышку для камеры традиционно делаем из шамотных кирпичей, но при этом скрепляем их между собой посредством металлической стяжки.

Шаг 8. Укладываем спираль в подготовленные канавки, утепляем конструкцию снаружи термоизоляционным материалом. Далее закрываем все листами цинкованной стали, которые вырезаны в соответствии с размерами полученной камеры.

Материалы и инструменты для изготовления

Для изготовления самодельной муфельной печи необходимо собрать ряд инструментов и материалов:

• электросварка и электроды;
• болгарка с кругами по металлу и кирпичу;
• ножницы по металлу;
• средства индивидуальной защиты – механический респиратор, очки, перчатки, закрытая одежда;
• листовая сталь для сборки корпуса (подойдет корпус от старой духовки);
• металлические уголки;
• сетка из нержавейки с ячейкой 20х20 мм;
• дверца для печи;
• шамотный кирпич (или любой огнеупорный);
• огнеупорная смесь;
• термоустойчивый силикон;
• кровельный утеплитель (перлит или базальт не менее 15-20 мм толщиной);
• нихромовая проволока толщиной 1 мм.

Самодельная муфельная печь Если муфельная печь будет иметь самодельный корпус, то листовая сталь должна быть толщиной не менее 2 мм, т.к. ей необходимо выдержать внушительный вес готового изделия. Если для корпуса используется старая духовка, то ее края усиливаются стальными уголками.

Изготовление муфеля

Идеальным материалом для создания самодельного муфеля будет шамотный кирпич. При этом шамотная глина не подходит, потому что она не обладает достаточной теплопроводностью. Для доведения материала до необходимого состояния глину необходимо обжечь при температуре не менее 2000°C, что в домашних условиях сделать нереально.

При использовании шамотного кирпича необходимо учитывать, что нихромовая проволока имеет свойство испаряться, поэтому в самодельных печах лучше не выполнять плавку металлов, имеющих высокую ценность. Для подгонки кирпичных блоков используется болгарка. Для укладки нагревательной проволоки необходимо проделать бороздки. Из кирпичей выкладывается сама печь необходимого размера. При укладке используется огнеупорная смесь, а кирпич на 20 секунд помещается в ведро с водой для лучшего схватывания с раствором.

Сначала выкладывается низ (он собирается сразу на утеплителе, который предварительно обработан термостойким клеем, и на листе стали, который будет низом корпуса), затем стены, потолок укладывается сводом, используя замковый кирпич. Кирпич можно выложить в виде маленького дымохода, когда получится вертикальная печь с муфелем. Затем на внешнюю поверхность собранной печи наклеивается утеплитель в несколько слоев. По размеру изделия варится стальной корпус. Если используется готовый корпус от духовки, то процедура сборки муфеля выполняется в обратном порядке – сначала на внутренние стенки клеится утеплитель, а после этого уже внутри выкладываются кирпичи со швом не более 5 мм.

Дверца

Закрывающая деталь изготавливается аналогично корпусу печи. На ней укладывается кирпич, который для поддержания массы и придания дополнительной прочности приваривается стальным уголком. Петли заменяются более мощными, т.к. масса двери будет большая

Важно, чтобы при закрытии дверца как можно плотнее прилегала к корпусу печи. Для этого на предварительно обезжиренные края корпуса и дверцы наносится термостойкий силикон

Можно воспользоваться уплотнителями, которые устанавливают в духовках. Для более плотного прилегания муфельная печь должна закрываться на клиновой или винтовой замок, тогда герметичность камеры не позволит вытекать теплу.

Термопара

Контролировать такую высокую температуру может только один вид датчиков – термопара. В ней используются проволочки из разнородных токопроводящих металлов, обычно это алюминий и хромель. Для точности измерения температуры можно воспользоваться готовыми решениями.

Просушка готовой печи

Прежде чем начать термическую обработку деталей, готовое изделие должно выстояться несколько недель, чтобы из него ушла вся влага. Кирпич и швы должны быть полностью сухими, потому что при сильном нагреве есть шанс появление расколов и трещин в кирпиче и утеплителе. Печь должна постоять открытой в хорошо проветриваемом помещении. Проверить качество просушки можно включением на минимальную температуру, у готового к работе аппарата не должно быть пара.

Кирпичная электропечь для обжига глиняных изделий

Эта самодельная печь для обжига глины имеет рабочий объем 13 литров. Открытая спираль позволяет разогреть камеру до 1000 градусов за полтора часа. При этом температура внешних стенок оборудования не превышает ста градусов.

Подставку для агрегата сваривают из профильной трубы 20*40 мм и покрывают эмалью.

Окрасить металлическую основу можно молотковой эмалью

Сверху крепят лист из оцинкованной стали толщиной 1 мм, прикручивая его саморезами.

Прочное основание из металла

Для стенок потребуется легкий огнеупорный кирпич – это может быть готовый шамотный кирпич или изготовленный собственными силами. Для кладки нужна хорошая огнеупорная смесь для каминов. Сначала форму очага выкладывают насухо, чтобы в случае необходимости подогнать детали и устранить нестыковки. Это можно сделать на столе, чтобы было нагляднее и удобнее работать. На этом же этапе готовят пазы под нагреватель.

Сухая сборка и подготовка пазов

Кирпичное дно собирают отдельно, скрепляя детали раствором. Прежде чем продолжать работы, конструкция должна хорошо высохнуть. Перед кладкой кирпичи обязательно вымачивают, чтобы они не забирали влагу из раствора.

Первый ряд собирают на столе

На металлическое основание укладывают слой теплоизоляции, для этой цели подойдут огнеупорные маты из керамического волокна. Чтобы максимально уплотнить слой теплоизоляции, ее смачивают перед креплением кирпичного дна.

Основание готово

Далее печь кладут как обычно, но очень тщательно заполоняя швы и возможные пустоты.

Кладка стенок гончарной камеры

Крышку для камеры формируют из огнеупорных кирпичей, скрепляя конструкцию металлической стяжкой.

Крышка из кирпича

Нагревательную спираль, а здесь их три, укладывают в подготовленные пазы. Снаружи агрегат утепляют огнеупорными матами, после чего закрывают корпусом из оцинкованной стали, вырезанным по размеру полученного изделия.

Камера после обжигаГотовая гончарная печь из кирпича

Строительство этой печи требует не только навыков кирпичной кладки, но и знаний в области электрики. Если собственного опыта недостаточно, лучше обратиться к специалисту за полной или частичной помощью.

Особенности конструкции

Муфельная электропечь для обжига керамики состоит из камеры нагрева и теплоизоляционного корпуса, сохраняющего жар и защищающего от него окружающую среду и работников. Внутри печи температура может достигать 1000°С и выше.

Самый лучший теплоизоляционный эффект получается с использованием огнеупорного кирпича, который дополнительно утепляют современными материалами. Для достижения и сохранения заданной температуры дверца печи должна герметично закрываться.

В зависимости от конструкционных особенностей существует несколько разновидностей муфельных печей. Но самостоятельно изготовить можно только воздушный агрегат с электрическим нагревом. Такой агрегат допускается сооружать любой формы, горизонтальный или вертикальный из имеющихся материалов.

Виды и условия обработки сырья

Основные способы обработки материалов в самодельной камере — это:

• Обжиг керамики
• Закалка металлических изделий
• Плавка цветных металлов

Обжиг керамики

Процесс получения готовых керамических изделий связан с обжигом заготовок из сырой глины и последующим покрытием их глазурью. В домашних условиях сделанная муфельная печь своими руками может производить обжиг сразу нескольких экземпляров посуды и других поделок

В термообработке важно выдержать ровный режим нагрева камеры. Теоретически обозначить точные временные рамки обработки материала при определённой температуре невозможно — это достигается практическим путём

Материалы из глины, помещаемые в домашнюю муфельную печь для обжига, делят на 3 группы:

Фарфор

Высохшую глину подвергают термообработке в два этапа. Первичный обжиг производят в интервале от 800 0 С до 1000 0 С. Глина набирает прочность и обретает пористость. Затем её окунают в ёмкость с глазурью. Повторный обжиг осуществляют при разных температурах, в зависимости от назначения:

• натуральный фарфор — 1400 0 С
• столовый — 1350 0 С
• сантехнические детали — 1250 0 С

Фаянс

Применение тугоплавкого сырья при обжиге практически не образует жидкой фазы. Для созревания черепка изделия его обрабатывают при температуре 1200 — 1250 0 С. Повторная термическая обработка с нанесённой глазурью производится при нагреве 900 — 1000 0 С. Если требуется нанести роспись, то в третий раз возвращаются к первичному уровню температурного режима.

Майолика

Используют красные тугоплавкие глины. Термообработка требует точного соблюдения режима нагрева. При нагреве 950 0 С получаются рыхлые непрочные изделия. При нагреве 1050 0 С, сырьё спекается в непригодную, плотную стекловидную массу. Чтобы точно выдержать степень нагрева 1000 0 С, необходимо встроить в камеру термопару с подсоединением печи к цифровому дисплею.

Повторный процесс обработки глазурованных материалов производят при температуре 900 — 950 градусов.

Закалка режущих металлических изделий

Упрочнение режущих поверхностей стальных инструментов путём термообработки называют закалкой металла. Закаливание металлических изделий делали люди с древних времён. Суть процесса заключается в обжиге металла до получения изменения структуры кристаллической решётки (полиморфное преобразование).

Металл доводят в нагревательной камере до раскалённого состояния при температуре 750 −850 0 С. Следует отметить, что некоторые марки стали закаляют в условиях более высокого нагрева, в пределах от 1250 до 1300 градусов. Затем печь для закалки освобождают от раскалённых изделий, которые после подвергают резкому охлаждению в масляной среде или в воде. Таким образом добиваются повышения твёрдости металла.

Данный процесс важен для упрочнения режущих поверхностей стальных инструментов (ножей, свёрл, зубил, фрез и прочего). Закалку (отпуск) лучше производить в масляной среде. При отпуске раскалённого металла в воде, его поверхность покрывает масса пузырьков пара, что замедляет процесс.

Как правило, закалке подвергают готовые инструменты или заготовки из нержавеющей стали. Для этих изделий обычно не требуется закалочная камера большого объёма, поэтому лучше всего для этого подходит муфельная печь из предохранителя. Описание создания такой конструкции будет дано ниже.

Плавка цветных металлов

Муфельную печь удобно использовать для плавки цветных металлов, но к олову и свинцу это не относится. Температура их плавления настолько низка, что достаточно воспользоваться газовой горелкой бытовой кухонной плиты.

Для того чтобы расплавить такие металлы, как медь, бронзу и латунь, потребуется нагревательная ёмкость. Жидкую массу металла получают в тигле, которую затем заливают в специальные формы. Домашние мастера льют различные элементы декора светильников, мебели, статуэтки и многие другие поделки.

Температура плавки цветных металлов:

• медь — 1080 0
• бронза (в зависимости от марки) — от 930 0 до 1140 0
• латунь в пределах от 880 до 950 градусов

Виды и типы

Такие печи подразделены на несколько групп.

Промышленные печи должны изготавливаться только из качественных огнеупорных и жаростойких материалов, с пониженным значением теплопроводности и способных выдержать нахождение в агрессивной среде долгий период.

Газовая печь для обжига керамики с шамотным кирпичом – такая конструкция не пользуется популярностью. Шамот заменен на современные материалы.

Все качества важно учитывать при выборе промышленной печи и разрабатывая конструкцию самодельной.

Как правильно подобрать нужное устройство?

Для максимально эффективной эксплуатации оборудования нужно обращать внимание на следующие его характеристики:

• параметры;
• максимально возможные нагрузки;
• мощность;
• предельная температура обжига;
• рабочее напряжение;
• напряжение питания;
• равномерность прогрева;
• безопасность функционирования оборудования;
• стоимость.

Прежде всего необходимо определиться с объемом рабочей камеры, а также с температурным диапазоном

Кроме того, обязательно нужно обратить внимание на сложность нагрева

Виды лабораторных печей

Не менее важными показателями при выборе оборудования служит скорость и равномерность прогрева муфельной камеры.

В зависимости от индивидуальных требований, можно подобрать горизонтальную либо вертикальную печь: первая отличается довольно большой вместительностью, а вторая нагревается за короткий промежуток времени.

Лабораторные муфельные печи оснащаются открытыми либо закрытыми нагревательными элементами. Устройства первого типа отлично подойдут для эксплуатации в условиях, когда требуется прогревать камеру до высокой температуры за небольшое время. Однако такое оборудование сильнее подвергается негативному воздействию различных агрессивных веществ, выделяющихся во время обработки предметов.

Печи, в которых используется закрытый нагревательный элемент, отличаются более продолжительным эксплуатационным сроком, равномерным нагревом рабочей камеры, но для максимального прогревания требуется гораздо больше времени. Существенным недостатком устройств данного вида является то, что при поломке нагревательного элемента придется менять полностью всю камеру.

Наиболее простой конструкцией обладает оборудование, имеющее одноступенчатый терморегулятор. Его основная особенность — с самого начала камера нагревается до определенной температуры, а затем она поддерживается на протяжении рабочего процесса. Чаще всего эти печи используются для выполнения таких простых задач, как сушка или обжиг.

Для более сложной аналитической работы предназначаются муфельные печи, которые функционируют за счет специального программного управления.

Они позволяют настраивать процесс нагрева на несколько разных уровней. Контроль происходит с помощью микропроцессора с цифровым индикатором и звуковым сигнализатором.

При необходимости программу можно запустить в автоматическом режиме.

Чтобы выбрать исправную печь, необходимо проверить оборудование на отсутствие каких-либо механических повреждений (сколов, потертостей, царапин и других) на всех составных элементах.

Классификация гончарных печей

Печи для обжига глины и керамики, прежде всего, подразделяют по температурному режиму. Самые мощные из них работают в диапазоне от 1400 до 2000 градусов. Ко второй категории относят модели, рабочая температура которых составляет 900-1400 градусов. Оборудование, работающее в среднем температурном режиме, обеспечивает нагрев от 400 до 900 градусов. Низкотемпературные модели могут разогреваться не выше 500 градусов. Максимально функциональной, безусловно, окажется печь с возможностью регулировки температуры.

В зависимости от используемого топлива, гончарные очаги могут быть дровяными, газовыми и электрическими. Современная промышленность выпускает приборы, работающие на газе и от электросети, варианты на дровах можно встретить редко и только кустарного производства. Температура горения дерева не позволяет получить мощное высокотемпературное оборудование.

Газовая гончарная печьЭлектрическая камера для обжига глины

Мощность печного оборудования – один из главных критериев выбора. Для небольшого домашнего очага объемом до 50 литров необходимо 100 Вт на каждый литр. Если камера имеет размер от 100 до 500 литров, достаточно мощности 50-70 Вт на литр.

По форме печи для обжига могут быть колпаковыми, трубчатыми с вертикальной загрузкой или камерными с горизонтальной загрузкой. Круглые печи равномерно распределяют жар, а колпаковые и камерные более удобны для серийного обжига и работы с крупными изделиями. Начинающим мастерам рекомендуется обратить внимание на модели со смотровым окошком, позволяющим визуально контролировать процесс.

В качестве материла для изготовления гончарного оборудования используют огнеупорное сырье нового поколения, имеющее легкий вес и низкую теплопроводность. Тяжелое и массивное оборудование из шамота практически не выпускают.

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.. https://www.youtube.com/watch?v=ABWK3hD9f1E

Готовые печи фабричного производства разработаны для выполнения достаточно узкого спектра задач, но это является, скорее, показателем профессионализма, нежели недостатком. Основные параметры и сфера применения конкретного устройства указаны в его паспорте.

Лидерами по производству компактных и стационарных муфельных печей являются такие компании, как TSMP Ltd (Англия), СНОЛ-ТЕРМ (Россия), CZYLOK (Польша), Daihan (Южная Корея). Представленный перечень отображает топовый список компаний по оценке поставщиков высокотемпературного оборудования на российский рынок.

Правила эксплуатации

Электропечь разрешается включать исключительно в усиленную розетку. Можно также пустить прямо от щитка провод большого сечения. Кроме того, нелишней будет установка автоматического выключателя.

Поскольку эта модель устройства имеет в наличии оголенные провода, с ней необходимо быть предельно осторожным. Нельзя касаться спиралей работающей печи. Чтобы избежать возникновения несчастных случаев, рекомендуется поставить на дверцу концевой выключатель, который отключит агрегат при открытии створки. Если вы не очень сильны в электрических работах, обратитесь за помощью к специалисту, который поможет сделать устройство максимально безопасным, в том числе заземлить его.

Обжиг — процесс воздействия высоких температур на изделия, который меняет физические и химические свойства материалов.

При обжиге происходит испарение воды, химические реакции, растворение, раскристаллизация аморфных минералов. Технология применяется для повышения плотности, прочности изделий и изменения их внешнего вида.

Создание корпуса муфельной печи

Корпус муфельной печи можно создать самому или же воспользоваться заготовками. В качестве заготовки можно использовать старую духовку, электрическую печь или прямого нагрева, холодильник, стиральную машину. Также обязательно стоит учесть, что необходимо удалить все детали из пластика, так как они не приспособлены к высоким температурам.

Корпус можно создать своими руками. Для этого подойдет листовой металл. Следует выбирать материал, толщина которого более двух миллиметров. Из него следует сделать прямоугольную коробку при помощи сварочного аппарата.

Если вы хотите сконструировать цилиндрическую муфельную печь, стоит изогнуть металл в радиус и заварить шов.

Чтобы защитить металл от коррозии, желательно покрыть печь специальной огнеупорной краской. Улучшит свойства печи специальный термоизоляционный слой. Он служит для уменьшения теплопотерь, тем самым увеличивая жар в камере. Для термоизоляционного слоя можно использовать базальтовую вату, а также перлит.

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.

Автоматика с температурно-временными задачами

Существует три типа автоматики для закалочных печей. Стоимость организации управления печью повышается вместе с комфортом использования. Простейший вариант — простейший термостат с термопарой в качестве датчика температуры. Это устройство просто будет поддерживать заданную температуру с гистерезисом около 30–50 °С. Время выдержки контролируется вручную, как и момент достижения температурной точки.

Более продвинутая автоматика разрабатывается специально для электрических печей. Термоконтроллеры типа Autonics TCN4 обладают функцией пропорционального регулирования мощности, обеспечивая регулируемый гистерезис вплоть до 1 °С. Также прибор оснащён дополнительными функциями, такими как сигнализация о достижении заданной температуры. При желании канал сигнализации можно использовать для активации реле выдержки времени, установленного последовательно с термостатом.

Наиболее продвинуты в этом плане устройства автоматики для печей типа «Профиль-М». Они отличаются не только встроенными силовыми реле, но также возможностью более гибкой настройки. В таких контроллерах предустановлен таймер, а также есть возможность настраивать термообработку со сложным температурным профилем, последовательно задавая длительность промежутков времени, в которые должна поддерживаться определенная температура.

рмнт.ру

Финишные работы

Рабочая камера для печи изготавливается из кирпича или керамики. После этого она помещается в подготовленный заранее стальной корпус, который уже имеет теплоизоляцию

Здесь очень важно отметить, что должно быть расстояние минимум в 4 см между стенками камеры и стенками корпуса. В этот промежуток укладывается утеплитель

Крышка для муфельной печи должна быть изготовлена из двух слоев металла, между которыми располагается слой теплоизоляции. Естественно, нужно не забыть про обустройство ручки для открывания печи.

После этого в корпусе нужно проделать несколько отверстий, через которые можно будет вывести провода нагревательного элемента и термического датчика. Подключение происходит к отдельному кабелю, который для повышения безопасности будет крепиться к автомату на 20А. В качестве соединения вывода и кабеля можно использовать патрон из керамики. В качестве ножек для корпуса используются стальные трубы. Их можно приварить или же прикрутить. Если используется болтовое соединение, то дно камеры должно быть приподнято, чтобы болты оказались снаружи.

Муфельная печь своими руками

Люди интересующиеся гончарным делом рано или поздно приходят к вопросу покупки собственной муфельной печи для обжига керамики.

Изучив рынок мы с Вами сталкиваемся с необоснованно высокими ценами на муфельные печи. Наша компания занимается изготовлением и продажей муфельных печей для обжига керамики по доступным ценам.

В данной статье мы изложим основные аспекты изготовления муфельных печей.

Расчет габаритных и электрических параметров печи

Данный этап является основополагающим, так как на нем определяются основные параметры муфельной печи для обжига керамики.

Отправным параметром является внутренний объем муфельной печи. При большом объеме обжигаемых изделий выбираются печи с большим объемом, при малом объеме обжигаемых изделий (гончары-любители)-соответственно печи с меньшим объемом.

Как показывает наша практика изготовления печей для обжига керамики, чаще всего заказывают печь GRIFON-60 на 60 литров. Так как она сочетает в себе оптимальный объем и цену!

Параллельно теоретическим выкладкам будет вестись расчет печи для обжига керамики на 33 литра.

Расчет объема муфельной печи

На рисунке ниже представлен муфель печи для обжига керамики, т.е. рабочий слой печи или по другому внутренний изоляционный слой. В основном он имеет плотную структуру, так как чаще всего используется для крепления нагревательных элементов (спиралей), а так же для придания рабочему слою механической прочности.

Так как периметр нашей муфельной печи представляет собой восьмиугольник, то ее объем (V) рассчитывается следующим образом:

муфель печи

V=S*H (дм3=литры),

где S=2*K*(F)2 — площадь дна муфеля; K=2,41 — коэффициент; F— длина внутренней грани муфеля (дм) (см.рис.1); H-высота внутренней части муфеля (дм) (см.рис.1).

Так как объем печи принято выражать в литрах, то все величины должны быть выражены в дециметрах.

V= 13,76*2,39 = 32,8 ≈ 33 (дм3 ) =33 (литра), где

S= 2*2,41*(1,69)2 = 13,76 (дм2 ); K=2,41; F= 169 (мм) = 16,9 (см) = 1,69 (дм); H= 239 (мм) = 23,9 (см) = 2,39 (дм);

Материалы для изготовления муфеля и крышки печи

Для изготовления печей мы используем самые современные материалы. Для рабочего слоя футеровки (муфель и крышка печи) мы используем легковесный огнеупорный кирпич, который привозим из Германии.

Данный кирпич обладает отличными термо-характеристиками, а именно имеет низкую теплопроводность, высокую термо- и жаростойкость. Классификационная температура применения данного кирпича 1430°С. При всем этом кирпич достаточно легкий за счет малой плотности и хорошо обрабатывается механически.

Это позволяет фрезеровать пазы в кирпичах под установку нагревательных элементов. Фрезерование обеспечивает наивысшую точность пазов под спираль.

Легковесный огнеупорный кирпич Легковесный огнеупорный кирпич Легковесный огнеупорный кирпич

Крышка печи

Крышка печи изготавливается из двух слоев огнеупорного кирпича. При этом, второй слой перекрывает швы первого слоя, что позволяет увеличить прочность крышки. На большинстве печей западного и Российского производства идет только один слой кирпичей.

Так же в кирпичах выполнены фаски, что предотвращает сколы кирпичей при расширении (нагреве) материала.

Во внешних слоях муфеля и крышки печи мы применяем дополнительные изоляционные огнеупорные слои, которые имеют еще меньшую теплопроводность при значительно меньшем весе.

В качестве таких материалов могут выступать огнеупорные маты из керамического волокна, муллитокремнеземистый картон (МКРКГ) и т.д.

Таким образом, чем меньше теплопроводность материалов, тем лучше тепловые показатели печи.

Комплексное применение данных материалов существенно экономит энергоресурсы, а так же экономит время на разогрев и охлаждение печей. К сожалению многие современные, как западные, так и Российские производители изготавливают печи для обжига из керамики только с применением огнеупорных кирпичей, делая печи менее эффективными.

Расчет мощности печи для обжига керамики

Данный этап является не менее важным и на нем мы с Вами определим мощность печи. В зависимости от объема проектируемой печи для обжига, мощность (P) можно рассчитать с помощью следующей формулы:

P=J*V (Вт), где

V— внутренний объем печи (л) (см.раздел расчета объема);

J-удельная мощность, которая определяется исходя из объема печи:

• J=70÷100 (Вт/л) при объеме печи до 60 литров;
• J=50÷70 (Вт/л) при объеме печи свыше 60 литров;

P=81,81*33=2700 (Вт) = 2,7 (кВТ)

Расчет силы тока печи для обжига

В данном разделе мы с Вами будем рассчитывать силу тока, т.е. ток который протекает через нагревательный элемент (спираль):

I=P/U (А), где

P-мощность печи для обжига (см.раздел расчета мощности)

U-напряжение питания (В)

Напряжения питания целесообразно выбирать в зависимости от мощности печи для обжига:

• U=220 (В), при мощности печи до 5÷7 (кВт);
• U=380 (В), при мощности печи свыше 7 (кВт);

I= 2700/220 = 12,27 (А)

Для вашей собственной безопасности рекомендуем провести отдельную линию проводников от щитка квартиры (дома) до печи. В линию должны быть установлены собственные автоматические выключатели с необходимым номиналом. Сечение проводников выбирается исходя из мощности печи. Выбирайте сечение проводников в большую сторону.

Табл.1. Выбор сечения провода в зависимости от силы тока или мощности.

Расчет сопротивления нагревательного элемента

Зная силу тока I и напряжение питания U по закону Ома не составит труда вычислить сопротивление R:

R= U/I (Ом) = 220/12,27 = 17,92 (Ом)

На рис.2 изображена спираль муфельной печи с рассчитанными вольт-амперными характеристиками:

Рис.2 Расчет электрических параметров спирали муфельной печи

Расчет диаметра, длины и удельной поверхностной мощности проволоки нагревательного элемента

На данном этапе производится выбор материала нагревательного элемента. Хотел бы оговорить, что для данных целей наиболее часто используют нихромы и фехрали.

В печах для обжига керамики GRIFON мы используем суперфехраль GS SY по ряду весомых причин:

• это более дешевый сплав по сравнению с нихромом, так как не содержит никель;
• суперфехраль обладает лучшей жаростойкостью, чем нихромы (наибольшая рабочая температура 1450°С);
• данная марка фехрали обладает повышенной пластичностью, что облегчает навивку спиралей.

После выбора материала выбирается диаметр проволоки нагревательного элемента.

Диаметр спирали выбирается в зависимости от необходимого удельного электрического сопротивления (сопротивление в 1 метре проволоки, см. табл. 2). Большему уд. эл. сопротивлению соответствует меньший диаметр проводника, меньшему уд. эл. сопротивлению соответственно больший диаметр.

Табл.2. Выбор диаметра проволоки в зависимости от нужного диаметра и длины нагревательного элемента

От диаметра проводника зависит так же и длина проволоки нагревательного элемента. Так же хотелось бы отметить, что чем больше диаметр проволоки нагревательного элемента, тем дольше прослужит нагревательный элемент.

Таким образом, комбинируя выше перечисленные параметры подбирается спираль в муфель печи.

Зная необходимое сопротивление R (см. предыдущий раздел) и удельное электрическое сопротивление ρ вычисляется длина проволоки L:

L = R/ρ , (м)

Так как в данной печи мы используем диаметр проволоки
d = 2 (мм) , то ρ = 0,452 (Ом/м). Тогда L= 17,92/0,452 = 39,64 (м)=3964 (см).
Самым важным расчетом в этом разделе является вычисление поверхностной мощности проволоки ψ, т.е. мощности которая выделяется с единицы площади проволоки.

В печах с высокими температурами поверхностная мощность ψ фехрали не должна превышать 1,4 Вт/см2 для проволоки диаметром до 4 мм. Если данное значение существенно превысить, то нагревательный элемент не выдержит температуры.

ψ=P/S , (Вт/см2), где

P— мощность печи,(Вт);

S=3,14*L*d — площадь поверхности проволоки, (см2), где

L— длина проволоки,(см);

d— диаметр проволоки,(см)

ψ=2700/2489,4=1,08 (Вт/см2), где S=3,14*3964*0,2=2489,4 (см2). Таким образом ψ=1,08