Печь для обжига керамики своими руками. Расчёт камерной печи.

Самый главный вопрос для начинающего керамиста это не «где взять глину«, т.к. ее можно найти где угодно, и не «как сделать гончарный круг из стиральной машинки», т.к. можно лепить и без круга. Самый главный вопрос — «где обжигать?» Для обжига керамики нужна специальная печь, нагревающая изделия до температуры в 1000°С.

Можно, конечно, купить готовую печь, если позволяют средства. Или же сделать печь для керамики

самому. Мы рассмотрим, как своими руками сделать печь для обжига керамики объёмом около 30 литров и работающую от сети 220В.

Муфельная печь

. Нагревательный элемент расположен снаружи вокруг камеры.

Есть два типа электрических печей для обжига: муфельные и камерные. У муфельной печи нагревательные элементы располагаются вокруг муфеля — цельной емкости из огнеупорного материала. Такими печками оборудованы наши отечественные школы.

У камерной печи — нагревательные элементы — внутри. Этот тип для нас предпочтительнее, т. к. мы хотим сделать печку не очень маленькую, а слепить большой и прочный муфель довольно сложно. К тому же в муфельной печи потери тепла значительно больше, чем в камерной.

Печь для обжига керамики своими руками. Расчёт камерной печи.

Автор: Юрий Горний 01.11.2010
Самый главный вопрос для начинающего керамиста это не «где взять глину«, т.к. ее можно найти где угодно, и не «как сделать гончарный круг из стиральной машинки», т.к. можно лепить и без круга. Самый главный вопрос — «где обжигать?» Для обжига керамики нужна специальная печь, нагревающая изделия до температуры в 1000°С.

Можно, конечно, купить готовую печь, если позволяют средства. Или же сделать печь для керамики

самому. Мы рассмотрим, как своими руками сделать печь для обжига керамики объёмом около 30 литров и работающую от сети 220В.

Муфельная печь

. Нагревательный элемент расположен снаружи вокруг камеры.

Есть два типа электрических печей для обжига: муфельные и камерные. У муфельной печи нагревательные элементы располагаются вокруг муфеля — цельной емкости из огнеупорного материала. Такими печками оборудованы наши отечественные школы.

У камерной печи — нагревательные элементы — внутри. Этот тип для нас предпочтительнее, т. к. мы хотим сделать печку не очень маленькую, а слепить большой и прочный муфель довольно сложно. К тому же в муфельной печи потери тепла значительно больше, чем в камерной.

На что обращать внимание при выборе печи?

*

Муфельные агрегаты больше подойдут для керамистов-любителей. Для профи, занятых более-менее масштабной деятельностью, оптимальный вариант – камерное оборудование. Выбирая аппарат, нужно опираться:

• на объём суточного обжига;
• габариты изделий;
• требования к электропроводке (некоторые агрегаты рассчитаны на три фазы).

Важен и формат загрузки керамики. Отталкиваться нужно от собственных предпочтений и финансовых возможностей. Вертикальнозагрузочное оборудование оценят специалисты с ограниченным бюджетом. При этом результат в «дешёвом» случае не хуже, чем в ином. Степень комфорта обзора изделий – сверху – зависит от индивидуальных особенностей.

При горизонтальной загрузке не так просто оценивать дистанцию между изделиями, но зато имеет место отличный обзор ярусов. Чтобы получить возможность 360-градусного обзора обрабатываемой керамики, следует приобретать печи колпакового типа. Оно же и наиболее дорогое.

Стоимость бюджетных, «домашних», моделей стартует с 30 000 р. Нижняя ценовая планка профессиональных вариантов – около 100 000 р. Цена мощных, производительных печей доходит до полумиллиона рублей.

Изготовление печи для обжига керамики.

Первым делом нужно найти корпус для будущей печки. Для этого достаточно немного оглядеться по сторонам. У нас нашлась вот такая стиральная машинка, а точнее то, что от нее осталось.

Если же вы оказались в таком месте, где старые стиральные машинки и холодильники не выбрасывают, то можно прикупить лист оцинковки и собрать корпус из него. Размеры корпуса: около полуметра ширина и длина, высота — немного меньше метра.

Металлическая коробка у нас есть, теперь нужно укрепить дно нашей будущей печки. Для этого лучше всего использовать уголок. У нас уголка под рукой не оказалось, поэтому мы приварили обычную трубу, миллиметров 15 в диаметре. По углам привариваем кусочки из трубы диаметром побольше — это будут ножки.

Также нужно будет укрепить верх корпуса, дверцу и хотя бы одно ребро, на которое будут приварены петли для дверцы.

На дно выкладываем слой базальтовой ваты толщиной около 10 мм. (Такой же слой нужно будет проложить и по стенкам.) Для того, чтобы вата не смялась под весом камеры, нужно проложить несколько кусочков квадратной трубы или уголка. После этого закрываем вату листом металла.

Теперь нужно определиться с огнеупорами, из которых будет сделана камера.

Вариант 1. Очень хороший вариант — волокнистые огнеупорные плиты. Их можно заказать нужного размера, или разрезать на месте. Понадобится всего шесть таких плит.

Вариант 2 — шамотный огнеупорный кирпич. Обычно везде продается тяжелый шамотный кирпич. Из него кладут камины и другие печи. Для нашей же печки лучше использовать легковесы — марки ША или ШЛ. В наших окрестностях таких кирпичей почему-то никто не продает, в итоге кирпичи нашлись у друзей. Кирпичи оказались б/у, на зато достались совершенно бесплатно.

Для связки кирпичей лучше всего использовать мертель, соответствующий марке кирпича. Но есть варианты попроще. Например огнеупорная глина или готовая огнеупорная кладочная смесь. Смесь можно найти там, где продаются камины, или же там, где вы найдете огнеупорный кирпич. А для того, чтобы приклеить кирпич к металлическому листу к смеси нужно добавить цемент — до 30%.

Камера печи для обжига керамики.

Приступаем к кладке. Кирпичи должны быть плотно подогнаны друг к другу. Швы — не больше 5 мм. Для этого некоторые кирпичи нужно подпилить до нужных размеров. Если же вам достанется б/у кирпич, как в нашем случае, то на каждом нужно будет еще и опилить края, чтобы сформировать ровные грани.

Дверцу также выкладывем кирпичём, по периметру вырезаем четверть, так чтобы образовался выступ, который будет заходить в окно печи.

Когда кладка готова и немного подсохла приступаем к следующему этапу. Теперь нужно сформировать канавки для укладки нагревательных элементов. В нашем случае это будут спирали из нихромовой проволоки диаметром 1мм. Диаметр витка проволоки где-то 6-7 мм. Такой же толщины и глубины и делаем канавки.

Спирали можно найти уже готовые, (например на рынке) или свить самим из нихромовой или фехралевой проволоки. Важно, чтобы витки спирали не соприкосались друг с другом.

Сделаем два контура спиралей, так чтобы можно было регулировать температуру переключателем как в электрической плитке. Концы проволоки выводим наверх. Наверху, снаружи устанавливаем керамическую пластину от электроплитки и закрепляем болтами концы проволоки.

Переключатель спиралей

. Вот такой переключатель нам нужен. С одной стороны 2 контакта, с другой — 3. Устанавливаем переключатель, так чтобы его выступающий штырь выходил наружу, на переднюю панель. Подсоединяем провода. К двум контактам подходят фаза и ноль.

В итоге должно получиться так:

В третьем — подключаются оба контура параллельно, это самая высокая температура.

Вот, собственно и все. Теперь нужно хорошенько высушить нашу печку. Для этого ее нужно поставить в теплое место — к батарее отопления или на солнце и забыть про нее на месяц, а лучше на два. После этого, нужно будет окончательно просушить печку, включив ее в сеть на первой «скорости» на несколько часов. Когда из нее престанит валить пар — печка высохла. Можно начинать обжиг.

Подключать такую печь желательно к усиленной розетке — той, к которой подключается электроплита. Или провести толстый провод от щитка. Также хорошо бы поставить еще дополнительный автоматический выключатель (автомат защиты).

Да, и последнее: не забывайте — с такой электрической печью для обжига, тем более с открытыми спиралями, нужно быть очень осторожным. Любая оплошность может привесть к очень печальным последствиям. Если вы слабо разбираетесь в электрике, обязательно посоветуйтесь со специалистом. Ни в коем случае не прикасайтесь к спиралям под напряжением. Чтобы обезопасить себя и своих близких, можно поставить концевой выключатель, — так, чтобы при открывании дверцы печь выключалась. И заземление — тоже одно из условий безопасности.

Существенное техническое дополнение от www.makuha.ru

Расчёт нагревателей печи для обжига керамики.

Формулы и принцип расчёта подходит, как для камерных, так и для муфельных печей. Хоть представленный расчёт упрощенный, но тем не менее, его более чем достаточно для изготовления самодельной муфельной, камерной печи, электротигеля и т.п.

Коротко, вся суть расчёта заключается в том, что исходя из заданной мощности оборудования подобрать нагреватель такого сопротивления, чтобы проходящий через него ток был необходимой плотности, и был способен разогреть нагреватель до заданной температуры.

Температура до которой раскалиться нагреватель зависит от удельного сопротивления материала нагревателя (физическое свойство), его сечения и тока который через него проходит.

Существуют профессиональные, сложные методы расчёта, учитывающие много различных нюансов, но все они, в итоге, базируется на описаном выше принципе.

Пример расчёта нагревателя для печи.

Требуется: печь для обжига керамики мощностью 3 кВт., напряжение сети U = 220 В; температура нагревателя 950°C.

Твердотопливные печи

*

В отличие от двух предыдущих, для этой вариации характерно кустарное производство. Дровяная печь для обжига глины – прародительница современных аппаратов. Даже сейчас, когда нет недостатка в продвинутых моделях, многие гончары не отказываются от традиционных конструкций. Для специалиста работа с огнём – не просто ремесленничество, но ещё и большое удовольствие.

Обычно подобное оборудование делают из кирпича. Иногда роль обжиговой печи играет железная бочка. Кирпичный вариант предпочтительней по многим причинам, среди которых высокая мощность, безопасность, надёжность, большой срок службы.

В любом случае для дровяной печи необходим фундамент. Основу делают не ранее чем через день после устройства ямы и тщательной трамбовки дна.

Кирпичные печи обычно делают двурядными. Наружный ряд кирпичей способствует более комфортной работе – о него не обжечься. В качестве дымоотвода – труба. Чем шире и выше последняя, тем эффективней отвод отработки и безопасней обжиг.

Гончарная печь на дровах не отличается высоким КПД. Поэтому те, кто стремится не только к соблюдению традиций, но и к большей продуктивности, выбирают другие варианты. Но для владельца частного дома это неплохое решение. Особенно, если учитывать стоимость современного оборудования. Хотя и более технологичные устройства можно изготовить своими силами.

Расчёт и изготовление муфельной печи. Часть первая — расчёт мощности печи.

Решил все свои расчёты оформить в отдельную статью. Во-первых, может быть кому-то ещё пригодится. Во-вторых — возможно кто-то обратит внимание на очевидные косяки, которые я упустил из виду. Приступим.

Электрическая печь сопротивления — один из самых простых и доступных видов печей для обжига керамики и плавки некоторых металлов. Высокая температура в рабочей камере достигается за счёт нагрева спирали, изготовленной из проволоки с высоким показателем сопротивления и высокой температурой плавления. Традиционно используется для таких печей нихромовая или фехралевая проволока различных марок. Нихром примерно в два раза дороже фехрали, при этом его рабочая температура несколько ниже. В то же время фехраль при высоких температурах становится хрупким и коэффициент температурного расширения у него выше. То есть при нагреве фехралевая спираль может выйти из пазов, и следовательно на это необходимо обратить отдельное внимание при проектировании. Нихромовая проволока стоит порядка 2000 рублей за килограмм, фехралевая — меньше 1000. В то же время фехраль сложнее достать на местах. Однако мы никуда не торопимся — поэтому закажем именно фехралевую проволоку с доставкой. Сочетание более выгодной цены и возможности поддерживать более высокую температуру в рабочей камере склонили меня принять решение именно в пользу фехрали. Кроме того сопротивление у фехрали примерно на 25% выше, чем у нихрома, а значит что и проволоки понадобится на 25% меньше(сопротивления метра нихромовой проволоки х20н80 диаметром 1.5мм — 0.62 ома, а фехралевой х23Ю5Т — 0.815 ома) Для того, чтобы заказать проволоку нужно знать марку сплава, диаметр проволоки и количество погонных метров. Чтож, попробуем всё это дело рассчитать. Марку выберем Х23Ю5Т. Температура плавления — 1500 градусов, что позволяет разогнать печку до 1200-1300 при хорошей теплоизоляции рабочей камеры.

Объём рассчитываемой печи — 61 литр, рабочая камера 560х340х320.

Так как в цеху есть три фазы — то печь запитаем от трёхфазной сети. Так как фазы три — то и нагревателей будет тоже три. Итак, от трёхфазной сети нам необходимо отобрать 6.7 кВт мощности.

Для начала вычислим какой ток нам потребуется пропустить через нагревательные элементы при подключении звездой. I=P/U. I = 6700/220 = 30.45А. Но это суммарный ток, раскидаем его на 3 фазы и получим 10.15А на фазу. Очень даже комфортный ток. При подлкючении треугольником получим ещё более низкий ток — 17,63А — или 5.88 А на фазу. Однако такой ток течёт через нагреватели, подключённые между двумя фазами. По участку цепи, от ввода до соединения нагревателей так же течёт ток 10.15 А. Следовательно разницы особой нет. Какую схему подключения выбрать мы будем решать с точки зрения оптимизации количества проволоки в спирали, так как сопротивление будет разным.

Сопротивление есть, остаётся найти таблицу и отмерять нужное количество проволоки. Для выбранной марки фехрали сопротивление одного метра проволоки будет следующим: D=1.5мм — 0.815 Ом, D=2мм — 0.459 Ом, D = 2.5мм — 0.294 Ом, D = 3мм — 0.204 Ом.

Рассмотрим звезду. Сопротивление одного нагревателя должно составлять 21.67 Ом То есть проволоки полторашки нам понадобится 21.67/0,815 = 26.6 метра. На три нагревателя потребуется 80 метров проволоки. Скажем так — не мало. Но с другой стороны мало или много — это суть наши рассуждения и нежелание отдавать лишние деньги, а расчёт говорит, что именно такое количество проволоки нам потребуется. Что — можно заказывать? Рассчитывать больший диаметр проволоки нет смысла — так как уже у двойки сопротивление в два раза меньше и следовательно нам её потребуется в два раза больше. Расчитывать вариант с треугольником — так же нет смысла, там на контур нам необходимо сопротивление в 64 Ом — а это в три раза больше проволоки. Получается расчёт окончен? Как бы не так! Давайте посчитаем, какова площадь поверхности наших нагревателей. Зная площадь поверхности, мы сможем посчитать, какое количество энергии излучается с 1 кв.см поверхности. Площадь поверхности S = Длина (L) x Диаметр (d) х 3.14 (Pi) = 8000(в сантиметрах) х 0.15 (в сантиметрах) х 3.14 = 3768 кв.см. Таким образом 3768 кв.см. излучает 6.7 кВт мощности. То есть с 1 кв.см излучается 1.77 ватта. То, что мы сейчас посчитали — не что иное, как величина поверхностной нагрузки. Зная это значение мы можем определить — не перекалится ли наша проволока. Дело в том, что с увеличением данного показателя увеличивается разница между температурой в сердцевине проволоки и температурой на её поверхности. При значениях сильно свыше 2 Ватт на кв.см — это значение может различаться на сотню градусов. Чем это чревато думаю понятно — в то время, как наружная поверхность имеет рабочую температуру — сердцевина может разогреться до температур, близких к температуре плавления, что приведёт к перегоранию проволоки. Для отечественных фехралевых проволок значение оптимального коэффициента составляет от 1.2 до 1.4 Вт/кв.см. Значение, полученное нами несколько выше, но всё-же вполне себе применимо. В качестве иллюстрации посмотрим, что у нас получится, если мы возьмём следующий диаметр — двойку. 21.67/0.459 = 47.21 метра на 1 нагреватель. То есть на 3 нагревателя — 141 метр проволоки! Рассчитаем значение поверхностной нагрузки — получим 0,76 вт/кв.см. — это очень мало. Почти в два раза меньше рекомендуемого значения — это значит, что проволока будет отдавать тепло менее эффективно. А если взять двойки те же 80 метров? Тогда сопротивление на участке цепи для одного нагревателя составит 12.24 ом, соответственно ток составит 18А, а мощность участка — 4 кВт, три нагревателя дадут 12 кВт мощности, и значение поверхностной нагрузки — 2,38 вт/кв.см.

Расчёт закалочной печи

РАСЧЕТ НАГРЕВАТЕЛЕЙ

Мощность каждого из двух контуров 2,5 — 3 кВт (Т.е. в сумме при параллельном подключении 5 — 6 кВт).

Расчет спиралей делаем по формуле:

L=SR/ρ

где L — длина проволоки (м); S — сечение проволоки (мм2); R — сопротивление проволоки (Ом); ρ — удельное сопротивление (для нихрома ρ=1.0÷1.2 Ом·мм2/м).

Проволока у нас нихром 1мм. Вычисляем площадь сечения S:

S = πD2/4

S = 3,14*1/4=0,79мм2

Вычисляем силу тока для мощности 3000Вт и напряжения в сети 220В:

I = P/U

I = 3000/220 = 13,6A

Теперь вычисляем сопротивление:

R = U/I

R=220/13,6=16,2 Ом

Подставляем полученные данные в нашу формулу и получаем длину проволоки:

L = 0,79*16,2/1,1 = 11,6м

Для мощности 2,5 кВт получится около 14м. Как-то так)

2 Схема «звезда»:

Для 60-литровой печи потребляемая мощность: Р=6,0 кВт. Эта цифра складывается из мощности трех ветвей (Р=Р1+Р2+Р3). Т.е каждая ветвь потребляет по 2,0 кВт.

Напряжение сети каждой ветви – 220 вольт (фаза-ноль).

Ток в каждой ветви (он же, и общий ток потребления) равен 9,0 Ампер (делим мощность ветви на напряжение на ней: 2000/220=9).

Сопротивление каждой ветви одинаково, и равно: R1=R2=R3=220/9=24,44 Ом

Это значит, что для печи в 60 литров необходимы три нагревательных элемента по 24,44 Ома, соединенных по схеме «звезда». Но это расчетное сопротивление нагревателя при комнатной температуре, а ведь при нагревании, как известно, сопротивление растет! И может получиться так, что ваша печь не сможет разогреться до расчетной температуры! Поэтому необходимо уменьшить получившееся расчетное значение сопротивления на 10..15%, и использовать его на практике! В нашем случае: 24,44 – 10% =21,996 Ом. Округляем до 22 Ом.

Мы получили необходимое сопротивление нагревателя в каждой фазе — 22 Ом.

Что такое 22 Ома? – ведь вам это ничего не говорит, не правда ли?! Зато вам надо точно знать: спираль какого диаметра навить, из проволоки какого диаметра и какой шаг укладки витков!?

Прежде чем приступить к этим расчетам, нарисуем схему муфеля. Его внутренний диаметр 400 мм., высота – 550 мм. Примерный шаг укладки нагревательных спиралей внутри муфеля – 40-60 мм.

Эти цифры определяются конструкцией муфеля. В нашем случае, высота кирпича – 50 мм., значит и шаг укладки спиралей – 50..52 мм. (необходимо учитывать возможную шлифовку кирпичей, толщину клеевого шва..). Сверху и снизу отступаем по 40 мм. Получается, что мы можем разместить 9 спиралей (число должно быть нечетным, ведь фаз ровно три!).

Как уже было указано ранее, в качестве проволоки для навивки спиралей выбираем Еврофехраль GS 23-5. Ниже указана величина сопротивления одного погонного метра этого материала, но разного диаметра:

Электросопротивление:

Ом/м при t=20 °С для диаметра 1,8 мм. – 0,566

Ом/м при t=20 °С для диаметра 2,0 мм. – 0,458

Ом/м при t=20 °С для диаметра 2,2 мм. – 0,379

Но какой именно диаметр проволоки выбрать? Это зависит от величины протекаемого тока.

Из справочников, для сплава Х23Ю5Т приведены рекомендуемые величины. Воспользуемся ими и для Еврофехраля.

Рекомендуемые диаметры проволоки Х23Ю5Т

Сила тока, A 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 10,0 15,0 20,0 25,0

Диаметр, мм 0,2 0,3 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,3 2,0 2,5 3,5

В нашем случае, ток через нагреватель – 9 ампер. Если используем проволоку диаметром 1,8 мм. то она будет достаточно комфортно работать. Почему именно 1,8 мм. а не 2,0 мм. или другая? Просто именно она была в наличии на складе продавца!

А вообще, из опыта, чем толще проволока (в пределах расчетов), тем она дольше работает в печи.

Для того чтобы рассчитать необходимую длину проволоки, разделим получившееся сопротивление одной ветви на сопротивление одного погонного метра выбранной проволоки.

Для проволоки диаметром 1,8 мм.: 22/0,566=38,869 м. округляем до 39 м.

Для печи потребуются три спирали (по одной в каждую ветвь). Всего необходимо приобрести 39 х3=117 м. Или, округлив — 120 метров. Удельный вес для Еврофехраль GS 23-5 составляет: 7,1г/см.куб. Найдя объем 120 метров проволоки (объем всей проволоки равен площади круга умноженного на длину, все перевести в метры): ?R?L (3,1416х0,0009?х120=0,000305 м.куб.), и умножив на ее плотность – 7100 кг./м.куб., находим вес. Он равен 2,17 кг. При цене 315 руб./кг. (сентябрь 2006 г., с учетом доставки из Москвы), вы потратите около 684 руб. на приобретение проволоки на изготовление всех нагревательных спиралей для печи.

Аналогичные упражнения в арифметике вы можете провести самостоятельно для проволоки диаметрами 2,0 и 2,2 мм.

Мы рассчитали, что всего потребуется 120 м. проволоки. Определимся с диаметром спирали, и шагом ее намотки.

Диаметр спирали выбирается из условия (известно из справочной литературы):

D=(6..8)d — для нихрома

D=(4..6) d — для железохромалюминия (Еврофехраль)

.

Намотка спирали.

На практике спираль обычно наматывается на токарном станке. На специальной оправке, виток к витку.

После этого производится формовка спирали на специальном . Перед укладкой в шаблон, спираль предварительно равномерно растягивается до заданной длины, и только после этого ей придаются необходимые радиусы закругления для комфортной укладки в канавки муфеля!

Мы остановились на наружном диаметре спирали равном 16 мм. Это связано с диаметром канала, куда укладывается спираль и с тем, что при меньшем диаметре потребуется большее число витков, и как следствие – большая длина спирали. Кроме того, при намотке спирали диаметром 16 мм. на токарном станке можно использовать в качестве оправки калиброванный пруток диаметром 12 мм. (вначале, для экспериментов, мы изготовили спираль наружным диаметром 15 мм., а для этого пришлось протачивать длинный пруток диаметром 12мм. до диаметра 11 мм. – сколько лишней и дорогостоящей работы!).

Шаг намотки выбираем 5,0 мм. При определении шага намотки необходимо руководствоваться следующими критериями:

— малый шаг – большая тепловая отдача спирали, но опасность межвиткового замыкания.

— большой шаг – снижается эффективная тепловая отдача спирали, но отсутствует опасность межвиткового замыкания.

Из проволоки диаметром 1,8 мм. и длиной 120 м. можно навить 2400 витков (длина одного витка спирали считается по формуле 3,1426хD (не забудьте все перевести в метры!). С учетом шага спирали в 5,0 мм., общая длина спирали составит 12 метров.

Как мы ранее рассчитали, внутри камеры обжига сделаны 9 канавок (наружный диаметр канавки – 440 мм.). Т.е на один виток внутри камеры потребуется 1,38 метра спирали. Наши 12 метров спирали достаточно комфортно поместятся в эти канавки!

Один практический момент: у нас три фазы, в каждой фазе – отдельная спираль. Делим 12 метров на 3, получаем 4 метра спирали на каждую фазу. Но это не технологично! – равномерно навить такую длинную спираль, и уложить ее — большая проблема! Кроме того, если она перегорит, потребуется замена всей спирали – а это дорого! Решение – в каждой фазе сделать спираль, состоящую из трех последовательно соединенных спиралей. Итак, в каждой фазе поместятся три спирали длиной по 1,33 метра, с шагом витков 5 мм.. Это уже вполне практичная длина: легко извлечь или установить спираль.

Итог: для печи объемом 60 литров, мощностью 6,0 кВт., потребуются 9 спиралей наружным диметром 16 мм, и длиной по 1,33 м. каждая.

Практический совет.

Проволока для намотки спирали обычно поставляется в виде бухты диаметром около 0,8м. Чтобы отмерить необходимую длину для намотки спирали длиной 1,33 метра, придется поломать голову! Можно попытаться ее растянуть, взять рулетку и измерить. Но для этого надо как минимум 2-3 человека и длинное помещение — до 15 м. А на улице- грязно.. Мы сделали проще: повесили бухту с проволокой на деревянном бруске. Отделили от бухты и друг от друга (чтобы витки не соприкасались друг с другом) 5..6 витков. Мультиметр (дешевый китайский, с цифровой шкалой) одним проводом подключили к концу бухты, а второй приложили примерно к шестому витку. Перемещая этот проводник по проволоке, нашли такое положение, когда мультиметр показал на дисплее 7,33..7,35 Ом. Кусачками перерезали проволоку в этом месте. Полученный отрезок — ровно 12,9 метра (для интереса проверили рулеткой — совпало!).

*(Цифры 7,33..7,35 Ом. – сопротивление каждой из 9 наматываемых спиралей).
Изменено 27 июня, 2013 пользователем sevst

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 ( дм 3 ) = 33 (литра), где

S= 2*2,41* (1,69) 2 = 13,76 ( дм 2 ); 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.

Материалы для нагревателей

Нагреватели это наиболее важный элемент печи, и они должны соответствовать многим требованиям.

• Жаростойкость и жаропрочность. Проволочные нагреватели должны обладать хорошей жаростойкостью (сопротивление металла или сплава при высокой температуре к газовой коррозии), а также жаропрочностью.
• Низкий температурный коэффициент сопротивления. Этот фактор важен при выборе материала. Низкий коэффициент говорит, что даже при нагревании материала, его электрическое сопротивление очень слабо меняется. Например, если этот температурный коэффициент велик, то, чтобы включить печь в холодном состоянии, нужно использовать трансформаторы пониженного напряжения в начальный момент.
• Высокое удельное электрическое сопротивление. Этой характеристикой, должен обладать нагреватель в электропечи. Чем выше значение сопротивления, тем больше материал может нагреться, и тем меньшей длины его нужно. Чем больше диаметр нагревательной проволоки, тем больше ее срок службы. Материалы с очень высоким электрическим сопротивлением это хромоникелевые прецизионные сплавы нихром Х20Н80 и Х15Н60, и сплав фехраль Х23Ю5Т.
• Хорошие технологические свойства. Материалы должны иметь хорошую пластичность, свариваемость, так как из них изготавливаются: проволоки, ленты, сложной формы нагревательные элементы.
• Постоянные физические свойства. Ни не должны меняться при больших нагревах, большие промежутки времени.

Лучше всего для производства электрических нагревателей для электропечей подходят нихром и фехраль, которые имеют высокое электрическое сопротивление. Более подробно о марках и их свойствах можно посмотреть ГОСТ 10994-74.

Марки нихрома подходящие для изготовления нагревателей: Х20Н80, Х20Н80-Н, Х15Н60, Х15Н60-Н.

Марки фехрали подходящие для изготовления нагревателей: Х23Ю5, Х23Ю5Т, Х15Ю5, Х27Ю5Т.

Также железо — хромоникелевые сплавы: Х27Н70ЮЗ, Х15Н60Ю3.

Все эти сплавы обладают теми характеристиками, о которых писалось выше. Например, высокая жаростойкость обеспечивается благодаря образовывавшейся пленке на поверхности из окиси хрома.

Сравним нихром и фехраль

Достоинства нихрома:

• Прекрасные механические свойства при любых температурах;
• крипоустойчивость;
• Пластичный и хорошо обрабатывается;
• Имеет прекрасную свариваемость;
• не стареет;
• немагнитен.

Достоинства фехрали:

• имеет более низкую цену чем нихром, так как нет в его составе дорогого никеля;
• фехраль Х23Ю5Т имеет лучшую жаростойкость чем нихром. Фехралевая проволока толщиной 6 мм может работать при 1400 °С.

Недостатки нихрома:

• Более дорогой чем фехраль, так как основной компонент никель имеет высокую стоимость;
• Рабочая температура ниже чем у фехрали.

Недостатки фехрали:

• сплав более хрупкий, особенно при температурах около 1000 °С и больше;
• Низкое сопротивление ползучести;
• сплав является магнитный, так как имеет в составе железо. Фехраль также ржавеет во влажной среде.
• Взаимодействует с окислами железа и шамотной футеровкой;
• Во время работы фехралевые нагреватели удлиняются.

Также есть сплавы Х27Н70ЮЗ и Х15Н60Ю3 которые содержат 3% алюминия. Этот элемент позволяет улучшить жаростойкость сплавов. Данные сплавы не воздействуют с окисями железа, и с шамотом. Они нехрупкие, прочны и хорошо обрабатываются. Максимальная рабочая температура составляет 1200 °С.

Также нагреватели изготавливают и с тугоплавких металлов, или неметаллов (уголь, дисилицид молибдена, графит, карборунд). Дисилицид молибдена и карборунд применяют для нагревателей в высокотемпературных печах. Графитовые и угольные нагреватели используют в печах с защитной атмосферой.

Тугоплавкие металлы, которые часто используют это тантал, молибден, ниобий, вольфрам. В печах з защитной атмосферой, а также высокотемпературных вакуумных печах применяют вольфрам и молибден. Нагреватели из молибдена используют в вакууме до 1700 °С и в защитной атмосфере при температуре до 2200 °С. Данная особенность в том, что молибден начинает испарятся при температуре 1700 °С (вакуум). Нагреватели из вольфрама способны работать при тем. до 3000 °С. Весьма редко для производства нагревателей используют ниобий и тантал.

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Если домашнему мастеру по характеру выполняемых им работ необходима муфельная печь, то он, конечно, может приобрести готовый прибор в магазине или по объявлениям. Однако, стоит подобное оборудование заводского производства – весьма недешево. Поэтому многие умельцы берутся за изготовление таких печей самостоятельно.

Основной «рабочий узел» электрической муфельной печи – нагреватель, который в условиях кустарного производства обычно исполняют в виде спирали из специальной проволоки с высокими показателями сопротивления и термической отдачи. Характеристики его должны строго соответствовать мощности создаваемого оборудования, предполагаемым температурным режимам работы, а также отвечать еще некоторым требованиям. Если планируется самостоятельное изготовление прибора, то советуем применить предлагаемые ниже алгоритм и удобные калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи.

Расчет требует определенных пояснений, которые постараемся изложить максимально доходчиво.

Алгоритм и калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Из чего делаются нагревательные спирали

Для начала – буквально несколько слов о проволоке, которая используется для навивки нагревательных спиралей. Обычно для таких целей применяется нихромовая или фехралевая.

• Нихромовая (от сокращений никель + хром) чаще всего представлена сплавами Х20Н80- Н , Х15Н60 или Х15Н60- Н .

Цены на муфельную печь

Ее достоинства:

— высокий запас прочности при любых температурах нагрева;

— пластична , легко обрабатывается, поддаётся свариванию;

— долговечность, стойкость к коррозии, отсутствие магнитных качеств.

Недостатки:

— более низкие показатели нагрева и термоустойчивости по сравнению с фехралевой .

• Фехралевая (от сокращений феррум , хром , алюминий) – в наше время чаще используется материал из сплава Х23 Ю 5Т.

Достоинства фехраля :

— намного дешевле нихрома, благодаря чему в основном материал и пользуется широкой популярностью;

— имеет более значительные показатели сопротивления и резистивного нагрева;

Недостатки:

— низкая прочность, а после даже однократного нагрева свыше 1000 градусов – выраженная хрупкость спирали;

— наличие магнитных качеств, подверженность коррозии из-за наличии в составе железа;

— ненужная химическая активность – способен вступать в реакции с материалом шамотной футеровки печи;

— чрезмерно большое термическое линейное расширение.

Каждый из мастеров волен выбрать любой из перечисленных материалов, проанализировав их «за» и «против» . Алгоритм расчёта учитывает особенности такого выбора.

Шаг 1 – определение мощности печи и силы тока, проходящего через нагреватель.

Чтобы не вдаваться в ненужные в данном случае подробности, сразу скажем, что существуют эмпирические нормы соответствия объема рабочей камеры муфельной печи и ее мощности. Они показаны в таблице ниже:

Как определить мощность и силу тока печи

Начинается расчет печи с ее будущей мощности. Также определяется сила тока, которая будет проходить по телу нагревателя. Для этого можно использовать базовые эмпирические нормы соотношения размера камеры прибора к ее мощности.

Если объем насчитывает от 1 до 5 литров, желательно, чтобы мощность оборудования была в диапазоне от 300 до 500 Вт на литр. Когда камера планируется для промышленного использования, и ее объем достигает 100 литров и более, расчет муфельной печи должен учитывать примерно 50-60 Вт на каждый из них.

Детальная таблица рекомендуемых норм мощности для различных объемов камер

Провести нужные вычисления совсем несложно. Сам объем легко рассчитывается исходя из данных о высоте, ширине и глубине камеры, а потом умножается на нужный показатель. К примеру, печь на 5 литров и нагрузкой 300 Вт/л будет иметь общую мощность 1500 Вт.

Определить силу тока также достаточно просто. Базовое напряжение сети известно, и составляет 220 В.

После этого производится расчет печей, формула которого имеет следующий вид:

I=P/U

P – предварительно рассчитанная мощность, в нашем случае 1500 Вт.

U – напряжение сети.

Таким образом, имеем: 1500/220 = 6.8 А.

Как рассчитать наименьшее сечение нагревательного элемента электропечи

Расчет электрических печей должен обязательно проводиться с учетом особенностей самого нагревательного элемента. Ведь если через него пройдет сила тока, больше чем он может вынести – выход из строя неизбежен. Планируя конструкцию муфельной или шахтной электропечи, обязательно учитывайте будущий диаметр нагревателя.

Рассчитывать его можно, зная силу тока и предполагаемую рабочую температуру. Рекомендуемые нормы указаны на фото ниже.

Таблица определения параметров нагревателя электропечи. Узнаем нужный диаметр и сечение

Если в таблице отсутствует точное значение, которое совпадает с Вашим расчетом, это не критично. Когда наша сила тока будет равна 6.8 А, стоит брать за основу показатель 7.7, то есть, ближайший больший. Минимальный диаметр и сечение обеспечат бесперебойный и безопасный процесс обжига.

Можно даже заложить в расчет нагревательной печи более мощный элемент для накала. Уменьшать параметры категорически нельзя, поскольку тогда он очень быстро перегорит

Как проверить правильность поверхностной мощности нагревательного элемента

Если Вы планируете создать долговечные трубчатые печи, расчет обязательно должен включать и пункт проверки поверхностной мощности нагревательного элемента с допустимым значением. Это поможет вовремя обнаружить возможный выход из строя и определить грани возможностей данной составляющей оборудования.

Поверхностная удельная мощность указывает сколько тепловой энергии нужно получать с каждой единицы площади нагревателя

Методика расчета трубчатых печей вначале подразумевает поиск допустимого значения. Его можно получить по формуле:

βдоп = βэф х α

βдоп – непосредственно допустимая мощность.

βэф – мощность, которая зависит от диапазона рабочих температур.

α – коэффициент эффективности излучения тепла нагревательным элементом.

В расчет печи для обжига включаем показатель βэф и α из таблиц, представленных на фото ниже.

Таблица для расчета эффективной мощности на основе температуры заготовок и самого нагревателя

Коэффициент α также подбирается из табличных данных. Он напрямую зависит от местоположения спирали нагревателя внутри конструкции печи.

Значения поправочного коэффициента – важный аспект, который стоит учитывать, выполняя расчет шахтных печей

Впоследствии эти 2 показателя умножаются между собой и дают нам граничное значение допустимой мощности.

Это станет последним этапом проектирования оборудования.

Как видите, расчет нагревательных элементов – дело достаточно непростое. Поэтому, проще и лучше заказать электропечи для обжига и других видов термообработки от надежного производителя. Именно таким является литовский изготовитель SNOL, продукция которого представлена на нашем сайте. Не откладывайте и скорее выбирайте нужную модель!

Как рассчитать длину проволоки нагревателя для создания спирали

Методика расчета печи также подразумевает определение оптимальной длины проволоки для основы нагревательного элемента. Это очень важно, ведь именно от нее зависит создание необходимого резистивного нагрева.

Для того чтобы провести точный расчет закалочной печи нам потребуются такие данные как:

• Напряжение сети.
• Сила тока.
• Площадь сечения нагревателя.
• Удельное сопротивление проводника.

Последний показатель можно найти на фото представленном ниже.

Величина удельного сопротивления, в зависимости от диаметра и материала нагревателя

Далее расчет термических печей идет по формуле:

L= (U / I) x S/ p

В нашем случае, если использовать для нагревателя нихромовый сплав Х20Н80-Н, длина проволоки будет составлять: (220/6.8) х 0.785/1.11. То есть, приблизительно 23 метра.

Онлайн расчет длины нихромовой проволоки, спирали, для нагревателя

Для одного знакомого связистарасчет длины проволоки для нагревателя было мегазадачей. Он вообще не парился этим вопросом, а просто сопел и замерял сопротивление проволоки спирали омметром каждые двадцать-тридцать витков, весь окутанный сигаретным дымом от «Примы». И матерился, если наматывал слишком мало или много. Впрочем, мужик и специалист в телефонии он был классный. На данном этапе жизни намотка обогревателей для меня не особо актуальна, но я все равно решила написать этот онлайн калькулятор расчета длины проволоки. Может кому-то будет полезен.

Для использования калькулятора вводим необходимые параметры обогревателя или электроплиты в соответствующие поля и нажимаем кнопку «Рассчитать длину проволоки для спирали нагревателя«.

Полученные результаты не учитывают рост электрического сопротивления проводника с ростом его температуры. Поэтому фактическая мощность (как и потребляемый ток от сети) всегда несколько ниже расчетных величин.

Требуемая мощность обогревателя или электроплиты Вт

Напряжение питания В

Выберете материал проволоки для намотки спирали

НихромКонстантанХромальФехраль

Выберете диаметр проволоки из стандартных промышленных размеров. Не забываем, что сечение и диаметр проволоки — разные понятия. Если не знаем диаметра — пользуемся микрометром или штангельциркулем. Интересно, для чего нужен нихром диаметром в 10 мм, что им вообще такое мотать? Наверно, детонатор для термоядерного реактора.

0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.21.52.02.22.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.010.0 мм

Постоянный адрес страницы https://nemezida.su/online_raschet_dlini_provoloki_plita_nagrevatel.htm

www.nemezida.su