Принципы самостоятельного изготовления муфельной печи

Муфельная печь – специальное нагревательное устройство, в котором рабочая камера отделяется от нагревательных элементов специальным кожухом – муфелем. Кожух имеет защитные функции, изолируя камеру и нагреваемые детали от угарных газов, образуемых в процессе горения.

Преимущества и недостатки муфельных печей

Схема муфальной печи
Схема муфельной печи

Муфельная печь предназначена для  термической обработки различных деталей. Используются очень высокие температуры, они дают возможность работать с золотом и глиной. Разогретая рабочая камера позволяет обрабатывать поверхности деталей различными элементами (азотом, хромом или углеродом). Благодаря использованию муфеля камера полностью изолируется от побочных выделений, возникающих при горении любого вида топлива.

Таким образом, помещенная в печь деталь обрабатывается только температурой. Равномерное расположение закрытых нагревателей вокруг защитного кожуха в совокупности с используемыми для его изготовления материалами позволяет добиться равного распределения температуры по всему объему рабочей зоны.

Ради полной изоляции рабочей камеры муфелем пришлось пожертвовать скоростью прогрева с холодного состояния, что не позволяет оперативно вводить оборудование в производство. При этом для приведения печи в рабочее состояние и его стабильной поддержки требуются дополнительные затраты энергоресурсов.

Классификация муфельных печей

Изделия классифицируются по трем признакам – используемое топливо для разогрева камеры, форма самого аппарата, и используемый термообрабатывающий состав. По виду топлива делятся на:

Схема печи с прямоуголным муфлем
Схема печи
  • электрические;
  • газовые;
  • угольные.

Эксплуатация промышленных газовых моделей обходится почти в 4 раза дешевле, чем электрических, за счет значительной экономии энергии. Что касается печей, которые собираются в домашних условиях, то газовые варианты практически не встречаются  из-за опасности подключения. Для угольных вариантов необходимо использование наддува, что сказывается на их компактности.

Идеальным вариантом является использование электричества за счет его безопасности и возможности точной регулировки создаваемой температуры. Мощность компактных муфельных печей не превышает 4-5 кВт, поэтому для их работы достаточно заземленной силовой розетки и надежного провода.

По форме печи нагревательные делятся на следующие виды:

  • горизонтальные;
  • вертикальные (шахтная печь);
  • трубчатые;
  • колпаковые.
Чертеж горизонтальной печи
Чертеж горизонтальной печи

При сборке муфельных печей в домашних условиях чаще всего выбирается первый вариант из-за простоты и надежности реализации.

По используемому составу подразделяются на:

  • воздушные;
  • вакуумные;
  • использующие инертные газы.
Воздушная печь
Воздушная печь

В домашних условиях возможно изготовить только воздушный вариант.

Принцип работы

В закрытом состоянии муфельная печь представляет собой камеру, которая со всех сторон защищена кожухом. Нагревательными элементами в электрических печах служат спирали из нихромовой проволоки, которые с внешней стороны закрываются несколькими толстыми слоями термоизоляции.

Устройство промышленной муфельной печи
Устройство промышленной муфельной печи

Чем качественнее будет выполнена изоляция, тем эффективнее будет расходоваться топливо, и тем большей температуры можно достичь. Вся конструкция закрывается металлическим корпусом. Для аккумуляции тепла используют шамотный кирпич. Распространен и асбест, но от него все чаще отказываются по причине выделения токсических веществ при нагревании.

Муфель изготавливается из материала, способного выдерживать температуру, превосходящую возможности нагревательных элементов минимум на 500 градусов. В домашних моделях используется керамика, волокно или корунд. Каждый из этих материалов способен выдерживать до 2000°C, обладая хорошими показателями теплопроводности.

Таким образом, разогревание камеры происходит практически без потерь температуры и максимально равномерно. В домашних условиях можно собрать печь с муфелем, которая позволит разогревать внутреннюю камеру от 20 до 1200°C за 5-6 часов.

В качественного сделанных изделиях можно плавить ценные металлы без образования примесей, равномерно обжигать декоративную керамику, высушивать различные токопроводящие материалы и прочее.

Сделать самому или купить

Муфельная печь – многофункциональный аппарат, который нашел свое применение в лабораториях, на производстве и в искусстве. Стоимость даже небольших вариантов очень высока, поэтому для обычных целей можно воспользоваться и самодельными вариантами.

Электрическая муфельная печь
Электрическая муфельная печь

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.
ЭлектросваркаБолгаркаНожницы по металлуСредства индивидуальной защитыЛистовая сталь для сборки корпусаМеталлические уголкиСетка из нержавейки с ячейкойДверца для печиШамотный кирпичОгнеупорная смесьТермоустойчивый силиконКровельный утеплительНихромовая проволока

Самодельная муфельная печь

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

Изготовление муфеля

Чертеж муфеля
Чертеж муфеля

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

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

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

Муфель
Муфель

Дверца

Закрывающая деталь изготавливается аналогично корпусу печи. На ней укладывается кирпич, который для поддержания массы и придания дополнительной прочности приваривается стальным уголком. Петли заменяются более мощными, т.к. масса двери будет большая. Важно, чтобы при закрытии дверца как можно плотнее прилегала к корпусу печи. Для этого на предварительно обезжиренные края корпуса и дверцы наносится термостойкий силикон. Можно воспользоваться уплотнителями, которые устанавливают в духовках. Для более плотного прилегания муфельная печь должна закрываться на клиновой или винтовой замок, тогда герметичность камеры не позволит вытекать теплу.

Схема устройства главного элемента высокотемпературной печи — муфеля
Схема устройства главного элемента высокотемпературной печи — муфеля

Термопара

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

Схема терморегулятора муфельной печи
Схема терморегулятора муфельной печи

Просушка готовой печи

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

Просушка муфеля
Просушка муфеля

Заключение

Муфельная печь – универсальный нагревательный прибор, который нашел свое применение во многих сферах. В домашних условиях вполне реально собрать самодельную печь, которая сможет разогреться до 900 градусов. Если необходимы температуры выше, то лучше обратить внимание на б/у предложения, потому что работа с такими высокими температурами в самодельных печах может быть опасной для здоровья. При работе с нагретой рабочей камерой необходимо строго соблюдать технику безопасности.

Видео по теме: Муфельная печь своими руками

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: