Из чего состоит муфельная печь. Как выбрать подходящую печь? Конструктивно муфельные печи делятся на печи

Довольно часто в процессе различного производства требуется произвести нагрев, закалку или другую термическую обработку детали. При этом приходится не только соблюдать определенный температурный режим, но и осуществлять контроль охлаждения. Для этих целей лучше всего подходят печи муфельные.

Свое название они получили благодаря специальному устройству, которое представляет собой камеру, изготовленную из термостойких материалов, призванную защитить деталь от различных воздействий. Например, она препятствует соприкосновению изделия с защищает от воздействия окружающей среды и способствует поддержанию температурного режима.

Существует печь муфельная, в которой предусмотрено устройство такого типа, где муфель установлен стационарно. Она довольно практична и удобна, но через определенный период эксплуатации подлежит полному переоборудованию, или осуществляется замена камеры. Поэтому на больших производствах, где подобные идут без остановок, используется принципиально другой тип устройств, которые имеют сменную набивку.

Такая муфельная печь работает без перерыва, а детали в нее погружают уже вместе с муфелем. Поэтому их требуется определенное количество. Учитывая недолгий срок службы, такие предприятия обычно сами налаживают производство муфелей.

Изготавливают камеры таких печей из различного свойства. Если конкретный технологический процесс требует быстрого остывания, то используют тонкостенную керамику, когда же требуется сохранять тепло в печи длительное время после ее выключения, то применяют специальную или другую набивку из теплопроводимого и огнеупорного материала.

Существует множество способов нагрева, которые использует муфельная печь. Она может работать на газу, на дровах, на солярке или другом жидком топливе, но чаще всего используют электрические ТЭНы. Они позволяют производить нагрев печи равномерно (так же происходит и остывание), осуществлять четкий контроль над температурой в процессе функционирования. При этом к ним можно подсоединить специальные пирометрические приборы, благодаря которым весь режим нагрева и остывания может производиться автоматически. Для контроля температуры обычно используют термопары из специальных сплавов, которые находятся внутри прибора.

Самая простая муфельная печь производится с металлическим корпусом, в который устанавливают нагревательные элементы и контролирующие устройства. После чего изготавливается ее камера, которая устанавливается внутри. В домашних условиях для этого используют и глину. Они являются самыми доступными материалами и имеют хорошие технические характеристики.

Такая муфельная печь может прослужить достаточно долго, а замена самой камеры не составит большого труда и не повлечет особых материальных затрат. Стоит отметить, что большинство промышленных устройств подобного типа имеют точно такой же принцип сборки, хотя для различных условий может быть изменен материал муфеля.

Муфельная печь своими руками

Что такое муфельная печь? Муфельная печь представляет собой устройство для нагрева, которое предназначено для равномерного нагрева различных предметов до определенной температуры. Данная печь — необходимое устройство в ювелирном производстве и не только. Её главной особенностью является наличие муфеля, который защищает обрабатываемый предмет и является основным рабочим пространством.Также муфель предохраняет нагреваемый предмет или изделие от контакта с продуктами сгорания топлива, в том числе и различными газами.

Для различных видов художественного и технического творчества очень часто возникает потребность в тепловой обработки используемых материалов, пайка, плавка металлов, закалка или отпуск, эмальерные работы ну и конечно работы с керамикой.

Покупка печи для развития своих талантов и пробы своих способностей в различных творческих направлениях является не рациональной тратой денежных средств, ведь цены на данный вид оборудования очень большие, тем более если Вы только в начале своего творческого пути и не имеете профессиональных навыков.

Чтобы избежать подобных не рациональных вложений, предлагаю Вам смастерить муфельную печь своими руками и вот краткое описание совсем простенькой, но не хуже других выполняющей свою функцию муфельной печи . Для начала её вместительность примерно около 0,5 литра, такой объём как в обычной бутылке. Почему такой маленький объём, спросите Вы? Я предлагаю такую маленькую по объёму муфельную печь, так как для её изготовления Вам потребуется гораздо меньше расходного материала и весьма доступного. Данная маленькая печь имеет мощность не более одного киловатта, а нагревается до 1200 градусов при использовании простой нихромовой спирали, такой, которая используется на обычной электроплитке.

Необходимые материалы для изготовления муфельной печи своими руками

Чтобы максимально упростить технологию создания муфельной печи своими руками , я лично сам сделал их штуки 4-5 с разными литражами и соответственно с различной мощностью. Последняя 6 литровая печь, была мощностью 500ватт и потребляла 4 квт. Для нашей маленькой первой печи следует приготовить следующие материалы:

Асбест листовой примерно около 1 кв. метра, даже можно меньше. Затем асбестовую крошку, желательно, но можно просто настрогать лист или просто найти трубу, которая сделана из циркониевой керамики. Можно просто купить или кусочек выпросить, они бывают в энергосетях, нам требуется кусок длиной 15 сантиметров и диаметром внутри 5см. Будет ещё лучше, если найдете 6 или 7 сантиметров.

В обычной котельной, которые есть во дворах многоэтажных домов, попросите килограмм, а лучше два каолиновой глины и у них же пару стаканов мелкого шамота. Также у них бывает готовая масса, если получится добыть её, то будет очень хорошо, она не является дефицитом. Также спросите у работника котельной, может у них и асбест есть, не обязательно нужен новый.

Теперь необходимо найти подходящую жестяную банку, объёмом литров на 5-6, она будет играть роль корпуса печи. На данном этапе пожалуй всё. Затем готовим обмазку для муфеля. Разводим глину до состояния густоты, как у жидкого творога и добавляем в неё асбестовую крошку, примерно 4-5 частей от массы. Имеется в виду шамотной крошки или подсыпаете готовый шамот, чтобы получилась масса наподобие шпатлевки.

Данной массой в дальнейшем необходимо будет обмазать аккуратно нихромовую проволоку слоем 1-1,5 см. намотанную на муфель. Проволоку наматывать следует с натягом, предварительно отступив от края 1.5 — 2 см. Внимательно, не забудьте оставить выводы начала и конца обмотки сложенным вдвойне этим же проводом примерно сантиметров по 15. Витки не должны замыкаться между собой, используйте провод из меди такого же диаметра, наматывайте обмотку как бы в два провода, затем медный провод аккуратно уберёте, и получится обмотка с одинаковыми расстояниями между каждым витком.

Следующим этапом обмазываем всю обмотку каолиново-шамотно-асбестовой массой. Работу выполняйте аккуратно, не спешите, старайтесь выдерживать по возможности равную толщину слоя. Закончив обмазку, можно считать, что 70% работы уже сделано. Теперь оставьте на 3-5 дней всё это дело сушиться, где – нибудь в помещении.

После сушки, для полной уверенности, можно нашу печку просушить в обычной духовке. Конечно, можно высушить и другим способом, установим печь на любую теплоизолирующую подставку и подсоединим выводы нашей обмотки к ЛАТРу. Затем постепенно увеличиваем напряжение и вскоре будет хорошо видно, как от обмазки пойдет белый пар и муфель постепенно начнет разогреваться. Примерно через 2 часа он при определенном напряжении, в тёмном помещении должен начать понемногу светиться, таким темно вишневым цветом.

Когда мы поместим наш муфель в корпус с хорошей теплоизоляцией и включим печь на полную мощность, вот тогда внутри муфеля, от нагрева, цвет будет почти желтый. Да, кстати, чуть не забыл, не забудьте сделать дно муфеля из такой же массы.

Теперь необходимо установить готовый муфель, в специальный корпус, который состоит из железной банки, а также нужно подготовить специальные отверстия, для выводов с фарфоровыми трубчатыми изоляторами.

На дно корпуса муфельной печи , укладываем не большую стопку листов асбеста по форме дна, затем засыпаем их асбестовой крошкой. Толщина стопки, должна быть не менее 5 см., а слой крошки около 3см. Теперь точно по центру устанавливаем муфель, пропускаем выводы и продолжаем дальше засыпать асбестовую крошку и аккуратно утрамбовывать её между корпусом и муфелем. Старайтесь не повредить электрические выводы. Так набиваем до самого верха муфеля.

Следующим этапом, вырезаем вставку с отверстием под наружный диаметр нашего муфеля из листа асбеста и осторожно плотно закрываем засыпку из асбестовой крошки. Крышку ставим на место, а сверху прокладываем стопку асбестовых листов, толщина которых 3-4 см. и придавливаем любым предметом весом 3-5 кг., можно использовать чугунный утюг.

Теперь еще раз проверяем обмотку на замыкание с корпусом и подключаем к ЛАТРу или регулятору напряжения. Начинаем подавать напряжение с 60-80 вольт, ждём около одного часа, если ничего страшного не происходит, то каждые пол часа повышаем напряжение примерно на 30-40 вольт. Через 1 час 30 минут нужно заглянуть в печь и оценить обстановку. Таким образом, за 2-3 часа муфельная печь должна набрать температуру примерно 1000-1110 градусов. Больше давать не стоит, так как может перегореть спираль, при этом цвет в муфеле должен быть ярко желтый.

Вот и всё, муфельная печь своими руками готова. В конце хочу дать совет и за одно предупредить, лучше пусть печь дает предельную максимальную мощность при сетевом напряжении ниже 220вольт, а в наших розетках она почти всегда ниже. Желательно около 180-200вольт, тогда не возникнут проблемы с нагревом при пониженном напряжении в сети. Однако, если напряжение нормальное, то есть 220 вольт, то в этом случае у Вас есть плавная температурная регулировка.

В муфельной печи производится нагревание различных материалов до заданной температуры. Но такую задачу могут выполнять и другие печи. Особенность муфельных печей заключается в использовании муфеля, предохраняющего материал от воздействия топлива и продуктов сгорания. Для выполнения операции в таком агрегате, муфель с порцией металла, как правило, загружается в печь и нагревается до определенной температуры, обеспечивающей проведение того или иного процесса.

Навигация:

На различных предприятиях производится выпуск электрических и газовых муфельных печей, которые осуществляют операции, которые могут производить нагрев в обычной среде, а так же защитной газовой среде, а именно в водородной, гелиевой, азотирующей и т.д. Второй вариант – вакуумная среда. По своим конструктивным особенностям муфельные печи делятся на горшковые, колпаковые, горизонтальные и трубчатые. Конструкционные элементы выполняются из мягких сталей. Элементы, которым необходима защита от огня, изготавливаются из высокоглиноземистых огнеупорных материалов. Электрические нагреватели, как правило, состоят и нихрома, фехраля, лент или стержней.

Муфельные печи являются отличным инструментом для закалки, отжига, отпуска и нормализации металлов. Они способны производить плавку металлов, обжигать керамические изделия, выполнять кремацию, высушивание. Кроме этого, при их помощи проводятся лабораторные аналитические работы, выплавляются и выжигаются восковые фигуры, изготавливаются ювелирные и сувенирные изделия.

Благодаря наличию муфеля, разогревание заготовок происходит равномерно. Соприкосновение горячих газов с металлом не происходит. Ввиду того, что обрабатываемый материал находится внутри закрытого короба, его обработка занимает больше времени, но качество выполняемой процедуры значительно повышается. На металле не будет иметься окалина, а значит, он будет иметь чистую поверхность.

При помощи вентиляции, которой оснащаются практически все установки, производит отвод вредных веществ, которые могут выделяться при нагревании. Устройства имеют регулятор температуры. Он предназначен для установки определенной температуры и ее регулировки в ходе процесса. В современных муфельных печах используется программирование, благодаря чему можно задать программу, которая выполнить определенную операцию.

В муфельных печах, как и любых других, имеются специальные нагревательные элементы, посредством которых и происходит разогрев металлов. Для того чтобы разогреть в муфеле объект, необходимы достаточно мощные нагреватели. Их может быть несколько, в зависимости от объема внутреннего пространства печи и количества разогреваемых муфелей.

Нагреватели открытого типа обладают более высокой скоростью разогрева. Значительный недостаток установок с нагревателями подобного типа – выделение вредных веществ, которые отрицательно влияют на качество обрабатываемого объекта. В особенности они вызывают коррозию.

В закрытых нагревателях не происходит воздействие внешних факторов. Они могут располагаться в самих муфелях, что позволяет рассчитывать на получение материала высокого качества, не нуждающегося в обработке. Основной недостаток, с которым сталкиваются предприятия, использующие закрытые муфельные нагреватели, это невысокая ремонтопригодность. При поломке нагревателя приходится менять камеру.

Муфель может изготавливаться из различных материалов, которые открывают различные возможности для обработки.

Применение муфельных печей

Керамическая муфельная печь позволяет снижать переход между температурами внутри установки и самого нагревателя. Керамика, используемая в ней, обладает высоким коэффициентом теплопроводности и плотностью, которая позволяет стенкам муфеля на протяжении долгого времени сохранять свои характеристики. Керамика хорошо переносит механическое воздействие. При этом использование скоростного режима нагрева практически невозможно, поскольку керамические стенки муфеля медленнее нагреваются и остывают. Они активно используются в различных сферах промышленности, обладают универсальностью и надежностью.

Другой вариант выполнения муфеля – керамическое волокно. Он не обладает всеми лучшими свойствами керамики или волокна, но при этом позволяет быстро нагреть материал и не требует больших мощностных затрат. Керамическое волокно обладает средней стойкостью к агрессивной среде.

Меньшую популярность имеет волокнистый муфель, поскольку требует повышенного внимания в процессе обработки металлом, подвергается механическому воздействию. Срок действия волокнистого муфеля достаточно ограничен, поскольку на него пагубно действуют вредные вещества, образующиеся при сгорании масла.

В муфельной печи можно производить различные виды термообработки.

При выполнении отжига, металл получает однородную зерненую микроструктуру. Охлаждение металла происходит медленно, что позволяет избежать появлению неравновесных структур. Для того чтобы добиться выделения упрочняющих частиц, необходимо производить нагрев металла, который подвергался отжигу, на низкую температуру.

Закалка металла подразумевает быстрое охлаждение материала. Муфельные печи способны справляться с поставленной задачей, поскольку охлаждение не зависит от типа печи, главное, чтобы установка была продуманна конструктивно, позволяя быстро погружать обрабатываемый объект в холодную жидкость, в качестве которой, как правило, выступает вода.

Муфельная керамическая печь отлично подойдет для проведения в ней отпуска материала. Это происходит благодаря тому, что она может на протяжении долгого времени сохранять необходимую температуру. При отпуске металлов важно, чтобы остывание происходило медленно. Тогда он имеет наилучшие характеристики. Металл приобретает повышенную пластичность, но ухудшается его прочность.

Наиболее популярной процедурой выполняемой в таких печах, является обжиг. При этом в обрабатываемом материале происходят физико-химические процессы, при помощи которых можно добиться увеличения прочности, твердости и химической стойкости. Керамические изделия, которые подвергаются отжигу в муфельной печи, обретают улучшенные характеристики.

В ней может производиться обжиг сырца. Результат процедуры – образование искусственного каменного материала, обладающего улучшенными характеристиками, не позволяющими размывать его водой. Глина, подвергнутая высоким температурам в муфельной печи, становится более надежной.

Муфельная печь используется в лабораториях. При ее помощи производится плавление элементов, из которых необходимо выделить золото или серебро. Данная процедура возможна благодаря тому, что такие элементы, как свинец, легко окисляются при термообработке, а золото и серебро – нет. Кроме этого, в нем можно производить высушивание различных материалов, для удаления из них влаги.

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

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

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

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

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

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

Сейчас у муфельных печей работы хватает:

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

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

Делать или покупать?

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

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

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

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

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

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

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

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

Если делать, то как?

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

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

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

Источник тепла

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

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

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

Термопара

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

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

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

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

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

Муфель

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

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

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

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

Так где же взять муфель?

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

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

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

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

О школьных реостатах

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

Об электрической мощности

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

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

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

Некоторые самоделки

Шахтная печь на газе

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Печи для керамики

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

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

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

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

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

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

Печи-трубы

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

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

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

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

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

Мини-муфель

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

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

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

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

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

В заключение

Муфельные печи, особенно маленькие, пока мало распространены среди самодельщиков и мастеров-ИП. А зря, эти печки могут очень многое.

Муфельная печь представляет собой камерное устройство с системой горизонтальной выгрузки, что является неотъемлемым критерием безопасности владельца при использовании. В определённых случаях может потребоваться шахтный вариант, в котором муфель сделан глухим и расположен вертикально — это не только существенно сократит срок изготовления, но и позволит обеспечить нагревание предметов без прямого контакта с воздухом. В любом случае ключевыми элементами нагревания печи остаются система нагрева, камера и термопара, контролирующая поддержку необходимой температуры.

История возникновения

В конце XVII - начале XVIII вв. французский каретный мастер Жанто приступил к изобретению рулевой трапеции, получившей его имя, но начать практические испытания ему не удавалось, ведь оси опытных образцов постоянно ломались. Жанто, который был уверен, что изобретение принесёт ему огромные прибыли, совсем отчаялся, ведь кареты, поставленные на его ось, постоянно опрокидывались прямо во время поездки. Однако дело существенно продвинулось, когда в мастерскую к Жанто наведался русский дворянин, желающий заказать по приказу Петра Первого роскошную карету от лучшего европейского мастера на подарок хану из Бухары.

Попробовав изделие на прочность, дворянин посоветовал Жанто сначала выполнять цементирование в муфеле с рогами крупного скота, истолчёнными в порошок, а только потом приступать к закалке. Благодаря этому способу внутри сталь должна была остаться вязкой, а снаружи - покрыться твёрдой калёной коркой, которая прослужит много лет, прежде чем сотрётся.

Несмотря на то, что муфельная печь для обжига керамики существенно видоизменилась за прошедшее время, она продолжает сохранять свои основные характеристики. Муфель представляет собой контейнер, устойчивый к высоким температурам и имеющий непроницаемую структуру. В нём деталь проходит необходимую термообработку благодаря тому, что он полностью изолирует её от внешних воздействий, обеспечивая в то же время равномерный нагрев со всех сторон.

Со временем требования к качеству термообработки существенно увеличились, что позволило уже в начале XIX века начать массовое применение печей в промышленных масштабах. На сегодняшний день появилась даже низкотемпературная муфельная печь, в которой элементы проходят процедуру горячего отверждения.

Применение на сегодняшний день

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

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

Что лучше - сделать или купить?

Если вы хотите создать такое устройство, как муфельная печь, своими руками, будьте готовы к тому, что объём муфеля не превысит показателя в 7 литров, а сама работа окажется длительной и трудоёмкой. Перед тем как приступить к работе, определитесь с выбором подходящей модели, на которую будете ориентироваться. Они различаются:

• Температурой нагревания — от 100 до 2000 °C.
• Конструкцией.
• Режимом обработки.
• Типом нагревания.

Бесспорным лидером продаж является муфельная печь модели ПМ-8 и ПМ-10 - муфельная камера не превышает 6,5 л. Именно её прототип выбирает большинство людей для собственноручного изготовления, ведь основным материалом, используемым в работе, является только жаропрочная керамика.

Выпускается в нескольких вариантах, К и М, отличающихся только тем, что на последнем присутствует цифровое управление. Стоимость начинается от 1 тыс. долларов, при этом с рук можно приобрести гораздо более дешёвый вариант, конструкция которого будет функционировать так же хорошо, как если бы вы купили её в магазине.

Несмотря на то, что эта муфельная печь обладает отличными данными, один существенный недостаток всё же имеется - это дверца. Она существенно раскаляется в процессе работы, из-за чего владелец часто получает ожоги.

Как приступить к созданию?

Впервые приступая к изготовлению такой конструкции, как муфельная печь, своими руками, лучше всего отдать предпочтение конструкции, которая будет использоваться для незначительных работ. Существенно удешевить изделие можно, создав незначительное отверстие в задней стенке муфеля. Его будет вполне достаточно, если вы не собираетесь использовать такую конструкцию, как муфельная печь, в промышленных масштабах.

В первую очередь определитесь, на каком топливе - газе или электричестве - будет работать муфельная печь. Цена за устройство на газу будет начинаться от 1 тыс. долларов, однако электрической системой гораздо проще управлять. Кроме того, потребуется приобрести качественный датчик температур (термопару), отслеживающий градус нагревания до 1300 градусов. Крепление датчика к печи можно сделать из мягкой стальной проволоки, аккуратно скрутив её пассатижами таким образом, чтобы концы не соприкасались между собой.

Из соображений безопасности муфель лучше не пытаться делать самостоятельно, ведь при неправильной конструкции изделие после обработки попросту потеряет свою стоимость. Лучше всего приобретите в магазине лабораторного оборудования керамическую химическую посуду под необходимый тип выгрузки.

Второстепенное назначение

Муфельная печь позволяет быстро удалить влагу из материала. При этом совершенно неважно, будет это обычная вода или жидкий элемент химического состава в материале. Кроме того, небольшие конструкции очень удобно использовать при проведении купелирования (лабораторных опытов), с лёгкостью осуществляя плавление свинца с золотом или серебром путём окисления кислородом, содержащимся в воздухе структуры, для выделения драгоценных металлов в чистом виде.

Приступая к выбору муфельной печи, лучше отдать предпочтение известным производителям, которые гарантируют качество товара, обеспечивающего к тому же высокие показатели обжига.