Муфельная печь: принципы работы, конструкция. Печь муфельная своими руками

Муфельные печи представляют собой конструкцию, нагревательные элементы которой позволяют добиться температуры, необходимой для обжига керамики, плавки металлов, закалки стали в личной мастерской. Ювелиры и другие мастера, чья мастерская находится дома, понимают всю ценность такой конструкции. А учитывая высокую стоимость муфельных печей, производимых заводским путем, подобная печь, выполненная самостоятельно, приобретает особое значение.

По типу нагревательных элементов муфельные печи подразделяют на:

электрические;
газовые.

По предназначению они делятся на:

для плавки металла;
для обжига керамики;
для плавки стекла;
для закалки металла;

Бывают также промышленные и самодельные муфельные печи.

Но печи, работающие на газу сделать в домашних условиях невозможно, хотя газ и дешевле электричества, так как подобные эксперименты запрещены законодательством. Электрическое управление печью обеспечивает удобство регулирования температурного режима.

По конструктивному типу муфельные печи делят на:

горизонтальные (наиболее простые);
вертикальные или горшкового типа;
колпаковые;
трубчатые.

Нагрев может производиться в воздушной среде, в вакууме или в газовой среде. В домашних условиях есть возможность только для конструирования печи с термической обработкой изделий в воздушной среде.

При самостоятельном выполнении муфельной печи ей можно придать желаемую форму и объем, оформить ее в подходящем для интерьера стиле.

Основные части конструкции

Список материалов и инструментов для сборки конструкции

болгарка (машинка для шлифовки и резки материалов) с отрезными кругами для металла;
сварочный аппарат;
листовая сталь толщиной >2мм;
металлические уголки;
шамотный огнестойкий кирпич;
огнеупорная смесь;
силикон термостойкий;
базальтовый термоизолятор (вата, плотностью 200 кг/м 3) или перлит;
защитные очки и респиратор;
нихромовая (фехралевая) проволока сечением 1 мм;
кусачки или ножницы по металлу.

Технология постройки муфельной печи

Порядок выполнения работ горизонтальной ли вертикальной муфельной печи аналогичен, различие состоит в расположении элементов печи.

Важно! Во время резки кирпичей обязательно защищать глаза и органы дыхания от пыли очками и респиратором. Работы необходимо производить на улице или в хорошо проветриваемом помещении.

Помещаем образовавшуюся кирпичную трубу в корпус со слоем теплоизоляции.

Но прежде из мотка нихромовой или фехралевой проволоки необходимо сделать спираль диаметром около 6 мм. Для этого наматываем проволоку на основу (карандаш, сварочный электрод или тонкий металлический пруток).Достаем кирпичи и вновь выкладываем их на ровную поверхность в ряд.

Прикладываем спираль, делаем разметку под будущие канавки, которые будем вырезать в кирпичах болгаркой. Правильность линий проверяем строительным уровнем. В конечном итоге внутри рабочего пространства проволока будет уложена по спирали от дна к вершине рабочего пространства. Важно, чтобы витки не соприкасались друг с другом, иначе будет замыкание.

Чтобы вывести концы проволоки за пределы рабочей камеры и подключить их к автомату, между двумя соседними кирпичами вставляем три тонких длинных отрезка керамической плитки с пропиленными в них тонкими каналами под проволоку.

Применение таких керамических выводов в дальнейшем позволит легко производить ремонтные работы муфельной печи.

Коммутация электрической части с тремя ступенями мощности

для первой ступени мощностей необходимо два контура спиралей включать последовательно;
вторая ступень подразумевает отдельное подключение нижней спирали;
третья ступень мощности – параллельное включение двух контуров.

При включении спиралей обязательно заземление!

Готовую конструкцию рабочей камеры помещаем в корпус со слоем теплоизолирующего материала и одним кирпичом, уложенным на дно, обмазывая его огнеупорной (печной) глиной или огнеупорным клеем.

Чтобы вывести керамические каналы за пределы корпуса, сверлим в нем отверстия.

Крышку выполняем из листовой стали, вырезая ее по размеру печи и закрепляя на ней печной глиной огнеупорный кирпич. Сверху привариваем щеколду, ручки и навесы. Для герметичности по краям крышки и на примыкающие стенки муфельной печи наносим слой термостойкого силикона, предварительно тщательно обезжирив поверхности.

После полного высыхания печи подключаем проволоку к электрическому автомату со стабилизатором и проводим ряд испытаний, настраивая мощность накала спиралей и температуру в рабочем пространстве увеличивая или уменьшая напряжение сети.

Важно! Чтобы удостовериться, что печь высохла полностью, ее необходимо включить на максимальную мощность и удостовериться в отсутствии испаряемого с поверхностей печи пара.

Во время работы печи дверцу необходимо плотно запирать.

Видео — самодельная муфельная печь

Для преимущественног о большинства людей муфельные печи совершенно бесполезны. В то же время печи необходимы тем, чья профессия или увлечение связаны с изготовлением ювелирных украшений, обжигом керамических изделий или выплавкой металлов. Более того, муфельные печи используются при создании монокристаллов, купелировании, а также в медицине – для высокотемператур ной стерилизации.

Самые дешевые заводские модели стоят порядка 30 000 рублей, что ощутимо бьет по карману домашних умельцев. Но если вспомнить школьные курсы физики, в частности, термодинамику, то вполне возможно соорудить такую конструкцию своими руками.

По особенностям конструкции печи могут быть:

трубчатыми;
цилиндрической формы;
вертикального расположения;
горизонтального расположения (простейший вариант).

Термическая обработка может осуществляться в воздухе, вакууме либо инертном газе, но в домашних условиях возможен лишь первый вариант.

В зависимости от типа ТЭНа муфельные устройства бывают:

газовыми;
электрическими.

Эксплуатация приборов на газу обходится дешевле, но их самостоятельное изготовление запрещено законом. Электрические обходятся дороже, но обладают существенным преимуществом – возможностью точной регулировки температурного режима.

Важно! Самодельной муфельной печи можно придать любую форму и габариты, выполнить ее в стиле, который бы подошел к общему интерьеру дома.

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

Важно! Муфельная печь потребляет достаточно много электроэнергии. К примеру, устройству, способному нагреваться до 1000ᵒС, необходимо порядка 4 кВт. Электропроводка, с помощью которой печь будет подключаться к сети, должна выдерживать большие нагрузки. Также понадобится автомат со стабилизатором на 25 A.

Важно! Для этого нельзя применять асбест, поскольку при нагреве он может выделять канцерогены.

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.

Важно! При использовании, к примеру, духовки, дно также нужно укрепить уголками.

Печь муфельная своими руками: инструкция по изготовлению

Этап первый . Изнутри цилиндр выкладывается базальтовой ватой.

Этап второй. Сооружается термоизоляция, для которой, как говорилось ранее, нужно брать только шамотный кирпич. Процедура такова: в корпусе необходимо состыковать семь кирпичей, чтобы они образовали трубу. В будущем она послужит рабочей камерой.

Кирпичи раскладываются в ряд, при этом на каждом из них делаются отметки, по которым они будут обрезаться. Далее происходит непосредственно обрезка, после которой кирпичи должны быть такой формы, чтобы их можно было соединить в одну полую трубу. С целью упрощения процедуры кирпичи можно пронумеровать. По окончании резки труба собирается, стягивается проволокой, проверяется симметричность формы. В случае необходимости проводится корректировка.

Важно! Резку нужно проводить на свежем воздухе, желательно в проветриваемом месте, не забывая о средствах индивидуальной защиты (респираторе, спецодежде, очках).

Этап третий. Нихромовая проволока закручивается в спираль ø6 мм путем наматывания на основу (использованный электрод, карандаш и т. д.). Затем кирпич извлекается из корпуса и обратно укладывается в ряд.

Этап четвертый. К кирпичам прикладывается спираль и размечаются будущие канавки. Правильность линий измеряется строительным уровнем. В результате уложенная спираль должна вести от дна до верхней части трубы. Не допускается соприкосновение витков, т. к. это может стать причиной короткого замыкания.

Этап пятый. Для вывода концов спирали и их подключения к автомату со стабилизатором между парой кирпичей вставляются три полоски, вырезанные из керамической плитки, с проделанными полипропиленовым и каналами для проволоки. Эти каналы значительно упростят ремонтные работы в будущем.

Этап шестой. Готовая конструкция помещается в стальной корпус. При этом на дно корпуса кладется один кирпич, предварительно покрытый огнеупорным клеем. Для вывода керамических каналов в корпусе проделываются отверстия в соответствующих местах.

Важно! Спираль можно включать лишь после высыхания конструкции, иначе повредится проволока.

Этап седьмой. Для изготовления крышки используется все та же листовая сталь. Вырезается круг по размеру конструкции, для более надежной фиксации сверху на него крепится шамотный кирпич (1 шт.). Затем привариваются ручки, навес и металлическая щеколда. Края крышки, соприкасающиеся со стенками печи, покрываются слоем огнестойкого силикона. Силикон наносится лишь на предварительно обезжиренную поверхность.

Этап седьмой. Пробный запуск. Для полного высыхания конструкции ее устанавливают в теплое, хорошо проветриваемое место. Запрещено использование каких-либо нагревательных приборов, поскольку это может привести к растрескиванию кладки. После высыхания спирали подключаются к автомату со стабилизатором, настраивается мощность нагрева и рабочая температура.

Важно! Чтобы проверить степень сухости кладки, нужно включить устройство на полную мощность и посмотреть, не испаряется ли с рабочей поверхности пар.

При эксплуатации печи крышка должна быть плотно закрытой.

Муфельная печь для керамики

На изображении показана примитивная муфельная печь, которую можно использовать для обжига небольших керамических изделий.

Для ее изготовления требуется лишь глиняный горшок для цветов и электрическая плитка. На плитку кладется половина шамотного кирпича (чтобы спираль не соприкасалась с керамикой), на него ставится изделие и закрывается горшком. Для регулировки мощности используется тиристорный регулятор.

Даже при дневном освещении можно будет заметить, что в скором времени после включения бока горшка засветятся темно-красным светом. С этого момента начинается обратный отсчет обжига, от пяти до двенадцати часов, в зависимости от того, что обжигается. Если наблюдается перекал, мощность немного убавляется.

Печь из фаянсового бочонка

Можно сделать и более крупную печь из фаянсового бочонка.

Этап первый. Сначала на дне бочонка алмазным сверлом проделывается небольшое отверстие для выпуска расширившегося воздуха.

Этап второй. Далее необходимо сделать под. Для этого на небольшом листе стали собирается «фундамент» из шамотного кирпича и соединяется металлическими уголками. Затем в верхней части бочонка проделываются канавки для спирали (не более трех-четырех) – в них и будет уложен нагревательный элемент необходимой мощности.

Этап третий. Остается лишь сделать внешнюю оболочку из оцинкованной стали. Она делается съемной, поскольку будет надеваться лишь после накрытия изделия муфелем (бочонком). Пространство между муфелем и внешней оболочкой засыпается асбестом.

Процедура обжига ничем не отличается от предыдущего варианта, но регулировка температуры осуществляется при помощи термопары. Стенки бочонка толстые, пока они засветятся (даже без внешней оболочки), керамическое изделие будет уже пережженным.

Техника безопасности

Работать с муфельной печью должны лишь лица, ознакомившиеся с техникой безопасности при эксплуатации электрических приборов.
Нельзя приступать к работе без средств индивидуальной защиты – перчаток, очков, специальной одежды.
Конструкцию можно включать только с заземлением.
Нельзя начинать работу при наличии сколов, трещин и других дефектов конструкции.
Печь всегда должна находиться под присмотром.
После включения нельзя прикасаться к нагревательному элементу (спирали).

Несмотря на многочисленные преимущества, муфельные печи, особенно небольших размеров, пока еще мало распространены среди домашних умельцев.

Для более детального ознакомления с конструкцией посмотрите приведенный ниже видеоматериал.

Видео – Муфельная печь

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:

Печи с закрытым муфелем типа ПМ, горизонтальные или вертикальные – 450 Вт/л.
Обжиговые печи-колпаки для мелкой керамики – 650-700 Вт/л.
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.

Сам термин «муфельная печь» для большинства людей ни о чем не говорит. Нет, это не очередная разновидность отопительных приборов, позволяющих сэкономить на топливе. Это прибор, предназначенный для обжига керамических изделий, выплавки металлов, купелирования, создания монокристаллов и т.д. В медицине используются для обеззараживания инструментов.

Несмотря на компактные размеры, бытовой агрегат обойдется в 35-48 тысяч рублей, что довольно дорого для изготовления hand-made и керамики. Поэтому многие и занимаются поисками, как сделать муфельную печь своими руками. Предлагаем вооружиться рядом инструментов, вспомнить школьный курс физики по термодинамике и приступить к изготовлению.

Разновидности муфельных печей

По конструктивным особенностям устройства подразделяются на:

трубчатые или цилиндрические;
горизонтальные или вертикальные.

По виду термообрабатывающего состава:

воздушные;
вакуумные;
на основе инертного газа.

Изготовить в домашних условиях можно только лишь воздушную муфельную печь, поэтому именно о ней и пойдет речь в статье.

По особенностям термоэлектрического нагревателя:

газовые;
электрические.

Безусловно, газовая печь обойдет в эксплуатации в 3-4 раза дешевле электрической, за счет экономии топлива, но такую печь, во-первых, запрещено по закону изготавливать и использовать, во-вторых, сделать муфельную печь своими руками на газу технически крайне сложно.

За счет простых материалов печь можно изготовить в любой удобной форме, в том числе и такой, которая идеально подойдет к интерьеру помещения.

Изготовление устройства

В данном случае мы расскажем, как сделать вертикальную муфельную печь для обжига керамики своими руками.

Для этого вам понадобятся следующие инструменты:

углошлифовальная машина (болгарка) и 1-2 круга;
электро-дуговая сварка и электроды;
слесарный инструмент, в том числе кусачки;
2-миллиметровая нихромовая проволока.

и материалы:

2,5 мм стальной лист или корпус б/у духовки;
уголок;
арматура;
базальтовая вата;
огнеупорный шамотный кирпич;
огнеупорный раствор;
герметик силиконовый.

Основные элементы

Корпус

Идеально в качестве основы самодельной муфельной печи для фьюзинга или купелирования подойдет корпус электрической духовки или чудо-печки, поскольку в ней уже предусмотрена вся необходимая изоляция. Понадобится только снять или удалить все пластиковые элементы.

Если не получилось найти такую духовку, корпус можно сварить из листа, предварительно нарезанного на заготовки. Свариваете все боковины, зачищаете металлической щеткой или болгаркой швы и покрываете грунтовкой.

Изготовление корпуса из листов, хотя и чуть более сложное, но позволяет сделать ту конструкцию, которая подходит по размерам под конкретное помещение.

Нагревательный элемент

Ключевой компонент устройства, поскольку именно от него зависит температура в печи и скорость нагрева. Также нужно будет сделать и терморегулятор для муфельной печи своими руками, либо приобрести уже готовый. В качестве нагревательного элемента будет выступать нихромовая проволока, диаметр которой подбирается в зависимости от максимальной температуры. Минимальный и самый расходный диаметр - 1,5-2 мм.

Нихром на стандартной спирали выдерживает 1100 градусов, но необходимо исключить попадание воздуха, иначе он сгорит. Лучше всего в муфельную печь подойдет фехраль - его рабочая температура 1300 градусов, да и с воздухом он «дружит».

Любая электрическая муфельная печь, даже самая маленькая, изготовленная своими руками, при разогреве до 1000 градусов затрачивает около 4 кВт. Перед использованием проверьте всю проводку и установите автомат-стабилизатор на 25 А.

Термоизоляция

Важнейший аспект работы, который отвечает за целостность и эффективность всей конструкции. Внутри муфельной печи устанавливается на огнестойкий клей шамотный кирпич. По размеру печи его обрезают болгаркой. Сверху используется базальтовая вата.

На некоторых форумах по изготовлению муфельных печей рекомендуют использовать для кладки асбест. Это действительно огнестойкий материал, но уже при температуре 650 градусов+ он начинает выделять канцерогены.

Изготовление самодельной муфельной печи

Первый пункт можно пропустить тем, кто в качестве корпуса использует старую духовку.

Как сделать корпус

Вырезаете из листа прямоугольник нужного размера, загибается в цилиндр и заваривается шов. Далее из этого же листа вырезаете круг соответствующего диаметра и привариваете его к цилиндру. У вас получается подобие металлической бочки, стороны и дно которой стоит усилить арматурой и уголками.

Объем бочки рассчитывается таким образом, чтобы достаточно места было и для изоляции (ваты и кирпичей) и для обжигаемых материалов.

Корпус может быть и прямоугольным - форма никак не влияет на качество печи и эффективность разогрева. На видео вы посмотрите, как сделать прямоугольную муфельную печь своими руками из аналогичных материалов.

Видео 1 Муфельная печь своими руками с описанием

Термоизоляция печи

По периметру конструкции выкладывается базальтовая (каменная) вата.

Почему именно такая разновидность минеральной ваты выбрана? По нескольким причинам:

негорючесть - ее используют даже в качестве преграды открытому огню. Вата выдерживает температуру до 1114 градусов, после которой начинает оплавляться, но не гореть;
природные составляющие - базальт, из которого изготовлена вата, абсолютно натуральный материал, поэтому даже при нагревании не выделяет никаких вредные веществ, в отличие, например, от ваты, изготовленной из шлаков;
минимальная теплопроводность, которая составляет всего 0,032-0,048 Вт/м/К, что даже меньше чем у пенополистирола.

К корпусу вата крепится специальными керамическими пуговицами

Далее следует термоизоляция шамотным кирпичом. Требуется именно такой материал, поскольку он на 75% состоит из огнеупорной глины и не лопнет в процессе эксплуатации печи.

Берете 7 кирпичей, нумеруете их для удобства, составляете в подобие трубы. Далее обрезаете торцы болгаркой так, что труба получилась максимально круглой.

Когда кирпичи нарезаны и собраны, стягиваете их проволокой и проверяете, насколько симметричной получилась конструкция.

Делаете 6 мм спираль из нихромовой проволоки, для чего накручиваете ее на любой, подходящий по диаметру круглый предмет, можно даже использовать карандаш.

Имейте в виду, что эксплуатация печи возможна только при условии непрерывного контроля температуры. Иначе это просто дорогая, но очень опасная игрушка. Единственный реальный вариант датчика таких высоких температур (более 1000 градусов) - термопара. Платину для этого не надо искать, вполне подойдет такой вариант:

железо-константан, 53 мВ/град, термо ЭДС;
никель-железо, 34 мВ/град., термо ЭДС.

Раскручиваете кирпичи и нарезаете на внутренней стороне под небольшим углом болгаркой борозды под спираль. Ровность их проверяете уровнем и располагаете так, чтобы витки шли от самого дна до верха. Категорически запрещено допускать соприкосновения витков - будет замыкание цепи. После нарезки борозд вставляете спираль и собираете всю конструкцию снова.

Выводите концы спирали и подключаете их к автомату 25 А.
Теперь берете подготовленный ранее стальной цилиндр, на дно его кладете шамотные кирпичи, нарезанные так, чтобы полностью закрыть все днище, заливаете их огнеупорным клеем. Далее помещаете собранную термоконструкцию и также заливаете пространство между бочкой и конструкцией огнеупорным составом.

Фото 12 Готовая конструкция помещается в стальной корпус

Включать можно только тогда, когда полностью высохнет вся конструкция. Через 3-5 дней после изготовления включите прибор на полную мощность, но не закрывайте крышкой - если где-то начинается испарение, отключите и оставьте еще на сутки.

Изготовление крышки

Вырезаете из стали круг, идентичный по диаметру уже полностью собранной конструкции.
Сверху на клей «садите» шамотный кирпич - он обеспечит достаточную герметизацию.

Привариваете по бокам ручки, чтобы было удобно поднимать и снимать крышку, и щеколда для закрывания.

По краю покрываете огнеупорным силиконом, перед этим обязательно обезжиривается поверхность (подойдет даже «Уайт-Спирит»).

Напомним, когда печь работает, она должна быть закрыта. Излишнее попадание воздуха внутрь приведет к быстрому износу нихрома.

Самая простая муфельная печь для керамики

Для изготовления такого простейшего прибора понадобится только обычная электрическая плитка, глиняный горшок и кусок шамотного кирпича.

Ставите на печку кусок кирпича так, чтобы обжигаемая керамика не касалась спирали на плитке и закрываете ее горшком. Мощность регулируете терморегулятором.
Теперь наблюдаете за горшком - как только сквозь его стенки начинает словно просвечиваться красный свет, засекаете время на обжиг. Как правило, это 10-12 часов.

Техника безопасности

Работать с печкой можно только при условии, что есть заземление.
Запрещено приступать к работе, если есть сколы или трещины на корпусе.
Запрещено прикасаться к прибору во время работы.
Категорически запрещено трогать работающую спираль.
Во время работы за печью необходим постоянный присмотр.

Несмотря на относительную простоту изготовления, среди домашних мастеров такой прибор не сильно распространен. «Виной» этому высокие расходы на электричество. Кто-то считает, что можно сделать муфельную печь и на дровах - ну если получится найти полено, у которого теплотворная способность 14000 ккал/кг, тогда да, получится. Хотя все же лучше в качестве таких «дров» использовать кузнечный горн - именно в таких условиях и была изобретена первая в истории подобная печь.

Если у вас еще остались вопросы, как сделать муфельную печь своими руками, посмотрите видео инструкцию.

Видео 2 Муфельная печь своими руками