Как сделать муфельную печь своими руками — устройство и принцип работы

Нагрев до высокой температуры является обязательной составляющей множества технологий, которые применяются в домашнем творчестве, коммерческой деятельности и в промышленном производстве. Заводские нагревательные устройства отличаются высокой эффективностью, а соответственно и ценой, которая далеко не всем по карману. Муфельная печь своими руками для закалки металла может быть собрана с минимальными затратами при отличных эксплуатационных характеристиках. Чтобы достичь желаемого результата, следует ознакомиться с устройством, принципом работы и возможными вариантами сборки печи 1000 градусов своими руками.

Что такое муфельная печь

Муфельная печь — нагревательное устройство, предназначенное для нагрева чего-либо до заданной температуры
Муфельная печь — это термический прибор, предназначенный для нагревания материалов до заданной температуры. Состоит из нагревательной камеры и капсулы (муфеля), в которую помещается обрабатываемый предмет.

Сфера применения устройств довольно обширна:

• Лабораторный анализ. Свойства многих минералов проявляются при высокой температуре.
• Кузнечное дело. Разогрев заготовок при сохранении их формы и отсутствии окалины.
• Закаливание металла. При термической обработке меняется кристаллическая структура, повышается прочность и жесткость.
• Плавка. Выделение нужной субстанции из неоднородного сырья. Так получают слитки алюминия, золота и серебра.
• Отжиг. Способствует достижению заданной микроструктуры при создании деталей из нескольких компонентов.
• Обжиг. Придание предметам нужных свойств, таких как твердость, презентабельность, устойчивость к влаге и химическим реагентам.
• Термообработка. Удаление из вещества воды, кислоты, масел и прочих жидкостей с целью полного высушивания.
• Отпуск. Снятие внутренних напряжений после проведения плавления или закалки, достижение пластичности.
• Озоление. Удаление посторонних примесей путем их сжигания. Определение наличия минералов в исследуемом сплаве.

Использование функций устройств позволяет получать красивую керамику, сувениры, уникальные изделия из металла.

Устройство и элементы

Внешне «итальянская печь» напоминает «русскую печь», но в отличии от второй, она не способна отапливать помещение. Устройство конструкции обеспечивает стабильную и высокую температуру внутри печки. Обычно строят классическую помпейскую печь из кирпича или глины, но иногда используют и другие материалы, чаще всего бетонный шлакоблок.

Конструкция этой системы состоит из четырех составляющих:

1. Фундамент;
2. Столешница;
3. Пьедестал;
4. Печь.

Устроена помпейская печь порядовка из четырех основных составляющих:

1. Пол;
2. Входная арка;
3. Купол;
4. Дымоход;

Устройство помпейской печи
Так как история этой кухонной системы очень большая, она развивалась по двум разным путям, что в последствии привело к появлению двух видов помпейских печей: тосканского и неаполитанского.

Фото помпейской печи двух типов:

Помпейские печи разных типов

Тосканские конструкции имеют высокий купол и круглый свод, в то время как неаполитанские выполняются исключительно с низким сводом – в связи с тем, что они предназначены исключительно для приготовления пиццы большого размера и качественной прожарки.

Разновидности муфельных печей

Газовая муфельная печь
Нагревательные приборы различаются по нескольким показателям, что не особо отражается на их эксплуатационных характеристиках.

В среде специалистов принята классификация по определенным категориям.

Источник энергии:

• электричество;
• природный газ;
• коксующийся уголь;
• дрова.

Тип защиты содержимого:

• в воздухе (только механическая);
• газовая среда (аргон, гелий, азот);
• вакуум.

Конструкция корпуса (способ загрузки):

• вертикальные;
• горизонтальные;
• отделяемые (колпаковые).

Степень нагрева:

• умеренный;
• средний;
• высокий;
• сверхвысокий.

Существует градация по конструкционным, огнеупорным и электропроводящим материалам, используемым в производстве печек.

Что потребуется в работе

Наиболее удобной в эксплуатации является вертикальная конструкция. Для ее изготовления потребуется:

• болгарка, круги по металлу;
• кусачки;
• сварочный аппарат;
• нихромовая проволока, ø1 мм;
• лист стали толщиной 2,5 мм;
• базальтовая вата;
• уголки;
• кирпич шамотный;
• силиконовый герметик;
• огнестойкая смесь;
• респиратор, пластиковые очки.

Основные элементы конструкции

1. Корпус. Для него подойдет старая электропечка или духовка, которые можно дешево купить по газетным объявлениям. Удаляются все пластиковые составляющие, после чего корпус покрывается антикоррозийной смесью. Если не удается отыскать что-либо подходящее, то корпус можно сварить из листов стали толщиной 2,5 мм, дополнительно укрепив стыки металлическими уголками. Второй вариант предпочтительнее, т. к. позволяет сделать печь любого размера с учетом свободного места в мастерской.
2. Нагревательный элемент является основным компонентом любой муфельной печи. Таким элементом должна стать спираль из нихромовой проволоки ø1 мм. Ее длина зависит от температуры, которую требуется достичь.

1. Термоизоляция конструкции должна состоять из двух слоев. Для внутреннего слоя используется шамотный кирпич, выдерживающий соответствующую температуру. Для кладки подбирается огнестойкий клей. Кирпич обрезается болгаркой. Наружный слой выполняется из базальтовой ваты.

Изготовление корпуса

Из стального листа вырезается прямоугольник соответствующих размеров, сгибается в радиус, а шов заваривается посредством сварочного аппарата. Полученный цилиндр покрывается огнестойкой краской и как только она высохнет, к нему приваривается дно (круг, вырезанный из того же листа). Дно и стенки дополнительно укрепляются арматурой. Объем цилиндра должен просчитываться таким образом, чтобы в нем можно было поместить термоизоляцию.

Корпус из бочки

Конструкция муфельной печи

При всей своей многофункциональности муфельные печи имеют относительно простое устройство. Особенность приборов состоит в использовании особых комплектующих, способных выдерживать температуры до 2000ºС.

Изделия состоят из таких деталей:

1. Корпус. Форма и размер определяются объемом задач, которые возлагаются на приспособление. В обязательном порядке устанавливается клапан для стравливания выделяемых в процессе обработки газов. Корпус может быть металлический или из современных полимеров.
2. Нагревательный элемент. Это может быть угольная или дровяная печка, ТЕН, газовая горелка.
3. Внутренняя обшивка. Стенки обкладываются керамическими пластинами, а в кустарных условиях шамотным кирпичом.
4. Дверка. Существуют различные модели, от самых простых с ручкой до современных, где используется система рычагов, исключающая контакт с раскаленными деталями.
5. Коммуникации. В зависимости от типа изделия это силовой кабель, баллон и шланг высокого давления, механическое поддувало.
6. Муфель. Капсула из химической керамики стационарного или сменного типа.
7. Органы управления. Устройства могут комплектоваться светозвуковой сигнализацией, интерфейсом для связи с компьютером, регистрирующим прибором, терморегулятором-программатором.

В зависимости от производственного цикла печи включаются на определенный промежуток времени или работают постоянно с периодической заменой заправленных муфелей.

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.

Виды и условия обработки сырья

Муфельная печь для закалки металла
В процессе обработки заготовок могут использоваться различные способы обработки по времени и степени нагрева, длительности и способам охлаждения. Также могут применяться те или иные способы защиты заготовок.

Технология обработки материалов применяется следующая:

• Керамика. Открыто, 600ºС.
• Фарфор. Открыто, 800ºС.
• Фаянс. Открыто, 1000ºС.
• Майолика. Открыто, 1200ºС.
• Закалка режущих металлических изделий. Аргон 800ºС.
• Плавка цветных металлов. Аргон 800-1200ºС.

Отклонение от инструкции приводит к ухудшению качества готовой продукции или порче загруженного вещества.

Изготовление муфеля.

Муфель можно изготовить множеством разных способов. Можно взять готовую керамическую трубу. Лучше всего муллитокремнезёмистую МКР, можно трубу от старого реостата, от плавкого большого предохранителя. Если предпочитаете прямоугольную камеру, то лучше лепить самому. Поскольку мой сайт заточен на те практические конструкции, какие мне удалось сделать самому, то вот рецепт моего муфеля.

Каолин (каолиновая глина)- 1 часть. Можно найти возле фарфорового завода. Привозят вагонами для производства фарфора, фаянса, электротехнической керамики. Если нет, пойдёт любая глина пожирней. Песок- 3 части. Лучше карьерный песок, нежели речной. Всё это тщательно перемешиваем, затворяем водой до состояния, когда комок ещё не растекается, а держит форму и оставляем в полиэтиленовом мешке на пару дней. Затем достаём и снова перемешиваем до однородного состояния. Затем уже лепим муфель. Отступление. Сейчас в продаже есть много того, чего ещё недавно не было. Сейчас я для подобных работ пользуюсь вот таким связующим. Мертель екатеринбургского ооо Печник и его характеристики. Стоит иметь в виду, что это готовый мертель, т. е. в нём уже присутствует наполнитель дабы при сушке не терял объём. Поэтому добавлять к нему крупную фракцию, такую как песок уже в меньшем объёме.

Итак, лепка муфеля. Прямоугольный муфель лепится в прямоугольном фанерном или из крагеса ящике. Муфель с ровным подом и арочным сводом лепится в таком же ящике. Размер ящика равен внешнему размеру муфеля плюс 3-6 % усадки. Лепится всегда изнутри ящика, поскольку муфель при сушке сжимается и при лепке снаружи трещины неизбежны. Чтобы смесь не прилипала к стенкам ящика, стенки изнутри прокладываются полиэтиленом. Если смесь полусухая, то можно положить бумагу. Так можно сэкономить время сушки. После того, как муфель вылеплен, оставляют сохнуть на несколько дней. Когда стенки муфеля наберут необходимую прочность, переворачивают и снимают коробку с муфеля. Далее, если муфель недостаточно прочен для обмотки спиралью, его несколько дней сушат на батарее или в печи. Затем медленно обжигают до 900 градусов. Если у вас напряжёнка с обжигом, в крайнем случае можно оставить сухой необожжённый муфель. Но прочность будет уже не та. Если муфель достаточно прочен, то обматывают спиралью, наносят обмазку и в сборе сушат и обжигают. В сборе это делать предпочтительней, поскольку обмазка лучше будет держаться на полусыром муфеле. Внимательно следите, чтобы внутри спирали не было пустот, всё было заполнено обмазкой. Иначе будет локальный перегрев нихрома.

Изготовление самодельной муфельной печи

Для изготовления печи понадобится болгарка
Муфельная печь своими руками изготавливается с помощью таких инструментов:

• шуруповерт;
• рулетка;
• молоток;
• уровень;
• паяльник;
• плоскогубцы;
• болгарка;
• электродрель.

После подготовки необходимого имущества нужно сделать чертеж и уже на его основе заняться подготовкой комплектующих.

Под самодельный корпус можно использовать неисправную или старую бытовую технику, которая долго простаивает без дела — микроволновая печь, духовка, морозильная камера. Из кожуха нужно удалить все наполнители, которые могут плавиться и гореть при сильном нагревании. Если под руками нет таких объектов, корпус делается самостоятельно. Для этого берется стальной лист толщиной не менее 2 мм и сваривается в прямоугольную или круглую конструкцию. В качестве готового шаблона целесообразно использовать газовый баллон или стальную трубу с толстыми стенками. Для защиты от коррозии и придания изделию презентабельного вида его нужно покрыть огнеупорной краской.

Печь лепят из шамотной глины, смешанной с песком и асбестом

Другим способом изготовления печи является ее лепка из смеси шамотной глины, песка и распушенного асбеста. Предварительно делается форма из воска, на которой делаются выступы для ножек. Смесь консистенции пластилина равномерно распределяется по лекалу, затем сушится при комнатной температуре на протяжении двух недель. Потом воск вытапливается феном, а форма прокаливается в углях в течение 6 часов.

Если рядом есть трансформаторная подстанция, задача значительно упрощается. Там за умеренную плату или даром можно раздобыть трубки от плавких вставок. Изделия сделаны из прочной субстанции, рассчитаны на сильный жар и перепады температуры. Все, что останется мастеру — немного поработать болгаркой и шамотной глиной.

Следующим пунктом будет установка нагревательного элемента и термостата (датчиков блока управления). На корпусе печи крепятся две газовых горелки или электрические элементы. Горелки устанавливаются снизу и сверху. Электронагреватели фиксируются в зависимости от их конфигурации. Проволока обматывается по спирали, ТЕНы ставятся по бокам, а если нужен жар 1500ºС и выше, то на полу и своде. В обязательном порядке предусматривается земля, чтобы исключить поражение работника током. Затем нагреватели закрываются стальным кожухом, в котором делается отверстие под воздушный клапан.

Термоизоляция накладывается на внешний кожух максимально плотно к его поверхности. Лучшим вариантом на сегодня считается базальтовая вата в рулонах. Чтобы достаточно надежно закрыть камеру, хватит слоя толщиной 20 мм. Зафиксировать теплоизоляцию можно алюминиевым скотчем или намотанной частыми витками медной проволокой. Готовая конструкция помещается в корпус, если выбрана такая модель печки.

Предпоследним этапом перед установкой электроники является изготовление крышки.

Последовательность процесса:

1. Подгонка, закрепление и регулировка петель. Применяются винтовые или клиновые запирающие устройства.
2. Берется шамотный кирпич и подрезается по размеру. Края стачиваются, чтобы обеспечить закрывание крышки.
3. Готовится раствор из глины, песка и цемента в соотношении 1:3:1. Наносится на дверку, кирпич плотно прижимается, сверху ставится гнет.
4. После высыхания крышка вешается на место и проводится уплотнение стыков. Используется термостойкий силикон, наносимый по периметру створки.

Пользоваться прибором можно через 2-3 часа.

Самый простой вариант обустройства муфельной печи для обжига керамики представляет собой комбинацию из мощной электроплитки и медицинской керамики. Под сосуд надо положить шамот, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрева. Мощность регулируется штатным устройством плитки.

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.

Шамотный огнеупорный кирпич

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.

Техника безопасности

Ручки делают из диэлектрического пластика
Муфельная печь потенциальное опасное устройство, требующее соблюдения таких мер безопасности:

• витки не должны соприкасаться друг с другом, иначе произойдет короткое замыкание;
• для замазки можно использовать глину или термостойкий силикон;
• ручки нужно делать из диэлектрического пластика.

При работе с печкой нужно пользоваться эффективной вентиляцией.

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.

Схема и чертеж

Конструирование нагревательного прибора самостоятельно – довольно трудоемкий процесс, но сделать правильно функционирующий агрегат вполне возможно. Принципиальная схема промышленной муфельной печи представлена на рисунке 2.

Рисунок 1. Схема муфельной печи для обжига керамики

Особенностью муфельной печи является расположение нагревательных элементов внутри камеры (муфеля).

Перед началом работы желательно набросать чертеж устройства, чтобы понимать укладку слоев и схемы соединения нагревательных элементов. Чертеж устройства может выглядеть так:

Рисунок 2. Примерный чертеж муфельной печи для обжига керамики.

Главное, чтобы человеку было понятно строение будущего прибора до мелочей. Далее подбирают необходимые материалы, комплектующие и инструменты.

Производство и использование

Муфельные печи широко используются при производстве различных изделий на промышленных предприятиях, учебных заведениях, ремонтных предприятиях и ювелирных мастерских.

Для проведения лабораторных исследований используется муфельная печь Снол с помощью, которой производится закалка, обжиг и нагревание различных материалов. Обработка материалов, выполняемая с помощью Cnol, позволяет проводить плавку металлов, изготовление стоматологических протезов, закалку керамики.

Оборудование Cnol производятся ЗАО «Напал» расположенным в г. Солнечногорске Московской области. В перечень оборудования входят модели с объемом рабочей камеры от 3 до 40 л и включают модели:

• пм Cnol 10/10;
• пм Cnol 10/11;
• пм Cnol 6/10;
• пм Cnol 3/10;
• пм Cnol 30/13;
• пм Cnol 40/118;
• пм Cnol 7.2/13.

с рабочей температурой камеры от 1050 до 1300 °С (в зависимости от модели). Для регулировки температурного режима используется специальный терморегулятор позволяющий изменять температуру в камере. Для выполнения технологических операций связанных с большим образованием продуктов сгорания производится специальный вытяжной шкаф, в который помещается муфельная печь Cnol.

На промышленных предприятиях производятся различные муфельные печи ЭКПС 50 3У, МИМП-10П, МП-2УМ, ЭМП 12.1 М «Аверон».

Электрическая муфельная печь ЭКПС 50 ЗУ

При производстве керамических изделий используются муфельные печи Naberthem (Германия) используемые в более чем 100 странах. В перечне производимого оборудования особое место занимают модели для обжига керамики с объемом рабочей камеры от 16 до 2200 л и температурой нагрева до 1340 °С:

• Top 16/R+B400 Naberthem;
• Top 45+B400 Naberthem;
• Top60L+B400 Naberthem;
• Top 80+B400 Naberthem;
• Top 130+B400 Naberthem;
• Top 160+B400 Naberthem;
• Top 190+B400 Naberthem;
• Top 220+B400 Naberthem.

Компания Naberthem предлагает широкий перечень лабораторного оборудования:

• лабораторные плавильные;
• паяльные;
• камерные (с волокнистой или керамической изоляцией);
• агломерационные;
• муфельные;
• для озоления;
• для обжига керамики.

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.