Подключение муфельной печи к сети через терморегулятор

Классификация муфельных печей

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.

Промышленная муфельная печь с автоматикой

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

Внешняя часть печи, оболочка (корпус).В качестве корпуса для будущей муфельной печи удобно использовать вышедшую из употребления газовую плиту, точнее духовку от нее или электрическую печку. Для их использования демонтируют все пластиковые детали. В случае, когда нет возможности использовать такие варианты корпуса, его сваривают из листового металла (толщина не менее двух миллиметров).
Теплоизоляционный слой. Эта часть конструкции крайне важна. От ее качества зависит КПД печи и теплопотери, которые она понесет. Внутренний слой термоизоляции – это огнеупорный (шамотный) кирпич, способный выдержать температуру до одной тысячи градусов.
Внешний слой, сокращающий потери тепла в окружающее пространство, прокладывают из перлита или базальтовой ваты. Асбест использовать небезопасно, при его нагревании происходит выделение в атмосферу канцерогенных веществ.
Элементы, непосредственно нагревающие рабочее пространство. Нагревательными элементами внутри муфельной печи служат спирали, скрученные из нихромовой или фехралевой проволоки. Толщина 1 мм. Нихромовая (никель-хромовая) проволока очень пластична и устойчива к коррозии.
Фехралевая (алюминий, хром, железо) проволока несколько дешевле из-за отсутствия в составе алюминия и также обладает необходимыми свойствами для ее применения в муфельной печи.

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/м3) или перлит;
защитные очки и респиратор;
нихромовая (фехралевая) проволока сечением 1 мм;
кусачки или ножницы по металлу.

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.

Для чего необходима муфельная печь

Муфельная печь используется:

Для термообработки.

В термообработку муфельных печей входит (закалка, отжиг, отпуск, нормализация, обжиг).

Термическая обработка металлов и сплавов в ней производится с целью улучшения их служебных свойств.
Для отжига (гомогенизация и нормализация).

Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.
Дисперсионное твердение (старение).

После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.
Для закалки материала.

Закалку в муфельной печи проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита (повышение твёрдости). Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки зависит от материала.
Для отпуска материала.

Отпуск в муфельной печи необходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочность.
Для сжигания (озоление).

Метод применяется тогда, когда имеется специальное задание исследовать объекты биологического происхождения на наличие марганца, меди и некоторых других металлов.
Для высушивания.

Высушивание в муфельной печи — намеренное удаление влаги (обычно воды, иногда — жидкой фракции произвольного химического состава) из материала.

В муфельных печах чаще всего проводят обжиг.

При обжиге керамических изделий в муфельной печи, происходят сложнейшие физико-химические процессы, в результате которых керамическая масса – механическая смесь минеральных частиц – становится камнеподобным материалом – прочным, твердым, химически стойким, с присущими только ему эстетическими свойствами.

Обжиг керамических изделий — это важная и завершающая стадия технологического процесса керамических изделий, конечная и важная стадия любого керамического производства.

Так же обжиг применяют ювелиры для обжига ювелирных и художественных изделий из цветных металлов.

При обжиге сырца в муфельной печи образуется искусственный каменный материал, который в отличие от глины не размывается водой и обладает относительно высокой прочностью. Это объясняется физико-химическими процессами, происходящими в глине под влиянием повышенных температур.

При нагреве в муфельной печи сырых керамических изделий до 110 градусов удаляется свободная вода и керамическая масса становится непластичной. Суммарные затраты на обжиг достигают 35-40 % себестоимости товарной продукции.

Лабораторная муфельная печь предназначена для лабораторных анализов (купелирование).

Лабораторные анализы — окислительное плавление сплава свинца с золотом или серебром с целью выделения их в чистом виде.

Купелирование в муфельной печи основано на том, что свинец и другие неблагородные металлы при высокой температуре легко окисляются кислородом воздуха, тогда как золото и серебро не изменяются.

Необходимые материалы

Непосредственно для изготовления печи понадобятся материалы:

шамотный кирпич
спираль на полтора кВт
жаропрочная глина или мертель

После ее изготовления она помещается в кожух. Его можно сварить из 2 или 3 мм листов стали. Размеры его берутся исходя из размеров печи. Также в виде кожуха можно использовать старую газовую или электрическую духовку, предварительно удалив с нее все пластиковые детали и элементы. Место между печью и кожухом заполняется изолирующим материалом, таким как минеральная вата.

Для работ по обжигу керамики лучше подходят печи с вертикальной загрузкой. В печах где преимущественно работы будут вестись с плавкой, закалкой или прочей обработкой металлов следует контролировать процесс нагрева изделия путем применения термодатчика, загрузка в такие камеры заготовок производятся горизонтально.

Рассмотрим пошагово пример выполнения муфельной печи

В данном случае для кожуха используется старый железный прямоугольный бак. Его следует немного доработать и он будет полностью пригоден для своей роли. Обрезав болгаркой край от бака, на котором круглое отверстие, шириной 5-10 см. По краям сверлим отверстия для крепежа дверцы к корпусу на завесах.

Работу следует начать с планирования: Собрать из кирпича печь на сухо, сделать на нем изнутри разметку, в тех местах, где нужно будет уложить спираль. В кирпиче по произведенной ранее разметке, с помощью дрели, используя победитовое сверло, следует сделать углубления. На иллюстрации ниже дрель поставлена под углом к пазу, именно так оптимально можно достичь требуемого результата.

Подготовленный кирпич складываем в печь, из уголка следует выполнить внешний каркас для нее. В пазы вкладываем спираль. Обмазываем всю конструкцию раствором мертеля на воде. Замазать следует все щели.

Далее следует сделать электронный блок, который будет управлять нагревом спирали. При чем нагреваться печь будет не просто, а это будет ступенчатый нагрев. Для этого используется ступенчатый терморегулятор. Под муфельную печь следует изготовить подставку во избежание потерь внизу. Рамка из уголка вырезается и сваривается по углам, по бокам на нее привариваются ножки, также из уголков. Сверху навариваются ряд из пластин.

Используем специальную стекловолоконную термоусадку. Она служит для защиты термопары, характеристики которой следующие: хромель-алюмель (ТХА) диаметр 0,5 мм, длинна 1м. Также используем керамическую трубочку с двумя отверстиями под термопару. Потребуется еще толстая термоусадка, для питания спирали. На термопару одеваем теплостойкий кембрик из стекловолокна, ее концевик вставляем в керамическую трубочку. Вверху печки, обычным сверлом делается отверстие и туда надо вставить термопару и замазать мертельным раствором. Дать просохнуть.

Для подключения потребуется специальный термостойкий провод для электрических печей. Обмазанная печь прячется в кожух, ее теплоизоляция будет обеспечиваться базальтовой ватой. Вверху корпуса кожуха нужно сделать отверстие для вывода проводов питания и термопары для управления ею. Перед окончательной упаковкой в вату следует сделать тестовое подключение печи.

Само устройство устанавливается на лист асбеста. Укладку ваты следует проводить в медицинских перчатках. Блок управления для печи. Далее приступаем к изготовлению блока управления печью.

Набор комплектующих состоит из:

корпуса (взят от маленькой электрощитовой)
контактер электромагнитный (в данном случае еще «советский»)
клемники (один керамический для соединения спирали нихромовой из муфельной печи к проводам питания, и побольше из огнестойкой пластмассы для основной коммутации)
автомат на 16А; болты, гайки, гравера; провод с толстым сечением и вилку
терморегулятор Профиль-М-1К многоступенчатый одноканальный

Терморегулятор может нагревать по сложному графику, можно задавать время и температуру нагрева в этот интервал.

Так выглядит готовое устройство:

2. Пирометрические конусы (пироскопы)

Пирометрический конус представляет собой керамическую пирамиду небольшого размера. Под воздействием высоких температур пирамидка меняет свои физические характеристики: становится мягкой и бесформенной. Использовать придется несколько конусов, которые рассчитаны на разную температурную нагрузку. Каждый из конусов имеет свой номерок и разрушается при разных термических воздействиях.

Пирамиды выкладывают на специальные подложки, которые не так податливы к плавлению, как керамика. В основном подложки изготавливаются из шамота. Пирамидки устанавливают на глубину не более 4 мм.

Для получения максимально точных данных в печь одновременно выкладывают три разные виды пирамид. Порядок расположения конусов такой: с одной стороны выставляется конус, рассчитанный на воздействие максимально высоких температур, посредине — рассчитанный на рабочую температуру муфельной печи, и третья пирамида, рассчитанная на низкий температурный показатель. Верхушка пирамидки, для которой установленная температура печи оказалась рабочей, в процессе деформации будет наклоняться и достигнет поверхности подложки. Пирамида, для которой температура окажется критической (это та, которая рассчитана на низкий порог термического воздействия) расплавится и полностью «ляжет» на подложку. Третий конус, который способен выдерживать сверхнагрузки может слегка наклониться. Наблюдать за пирамидами можно через специальное смотровое окошко. Когда рабочий конус коснулся подложки, разогрев печи прекращают.

Пирометрические конусы самые применяемые элементы в определение температуры муфельной печи. Но отнести их к высокоточным методам вычисления температуры нельзя. Такой способ более подходит для вычисления, сколько тепла способен поглотить конкретный тип пироскопа.

Например:

Печь разогрета до 1010 °С. Пирамидка №105 не меняет своего положения совсем, но при повышении температуры до 1060°С и, выдержав пирамидку под таким воздействием, короткий промежуток времени ее верхушка начинает расплавляться и «ложиться» на подложку. Температурные характеристики пироскопов близки к термическим свойствам керамики. Из-за этого многие керамисты используют именно этот способ.

Возможные проблемы при создании печи

При изготовлении устройства сложности возникают с подбором материала и монтажом системы контроля за температурой.

Неправильно выбранные материалы приводят к быстрому разрушению муфеля.

Так, некоторые мастера из экономии используют кирпич низкого качества, глиняно-песчаный раствор вместо шамотного. Это приводит к появлению трещин в муфеле и потере тепла.

Потрескавшийся муфель на время заделывают раствором шамотной глины. Камеру нужно вынуть и заменить на новую.

Если печь подключают к сети без терморегулятора, температура в муфеле не контролируется. Это приводит к порче изделий, которые требуют обжига при заданной температуре.

Для решения проблемы следует приобрести терморегулятор и электрическое оборудование, собрать блок управления и подключить его к нагревательным элементам муфеля.

Для удобства сборки его лучше изготовить со съемными передней и задней крышками, которые крепятся на винтах. К передней крышке крепится на петле дверца, которая должна откидываться горизонтально. На дверце при помощи двух болтов через асбестовые прокладки устанавливается керамический элемент, а зазоры заделываются глиной.

Концы нихромовой проволоки выводятся к задней крышке корпуса. На оба вывода должны быть нанизаны керамические изолирующие «бусы». Проволока присоединяется к штырьковому разъему. Такие разъемы, а также изолирующие «бусы» можно взять от старых электроприборов. К разъему будет присоединен стандартный шнур с вилкой для включения в электрическую сеть.

Все свободное пространство между нагревательными элементами и корпусом следует плотно забить асбестовой крошкой. Кроме того, в конструкции печи должна быть предусмотрена клемма заземления.

Для удобства работы в нагревательной камере нужно сделать два небольших отверстия: одно на задней стенке диаметром 10 мм – для установки термопары, другое на дверце диаметром 18–20 м – для наблюдения за внутренним пространством печи во время работы. Оба отверстия должны быть снабжены закрывающими металлическими шторками.

На дно рабочей камеры следует положить пластину-подкладку из тонкой нержавеющей стали 0,5–0,8 мм.

Печь рассчитана на 220 В переменного тока. Разогревается до максимальной температуры 950 градусов в течение часа. Вес печи около 10 кг.

Нагрев муфеля при помощи газа

Самодельная муфельная печь может работать не только от электричества, но и под воздействием газовой горелки. Такой нагревательный элемент можно приобрести или же сделать самому.

Для создания газовой горелки необходима металлическая труба длиной в 10-15 сантиметров. Диаметр трубы не должен превышать несколько сантиметров. Сначала следует сделать возле края сквозное отверстие для подвода газовой трубки. Также перпендикулярно ему необходимо сделать несколько односторонних отверстий. Они необходимы для поджигания устройства.

Для газовой горелки вам понадобится металлическая труба длиной в 10-15 сантиметров

Газовая трубка изготавливается из меди, ее диаметр не превышает 0,8 сантиметра. На обоих концах трубки необходима резьба. Посередине устройства нужно сделать небольшое несквозное отверстие для выхода газа. Одно отверстие необходимо закрыть при помощи заглушки, к другому подвести газовый баллон. При совмещении элементов устройства обязательно следует установить клапан между шлангом и горелкой, так как он будет защищать конструкцию от возгорания.

Теплоизоляция печи

В результате описанных действий получается практически готовая топка закалочной печи, её необходимо только поместить в корпус, надёжно закрепить и минимизировать теплопотери. Для этого и пригодится изготовленная заранее ёмкость на ножках.

Внутренний объём ёмкости нужно заполнить минеральной ватой плотностью 45–50 кг/м 3 . Вату нужно свернуть спиралью, сначала укладывая её под наружные стенки и постепенно продвигаясь к центру. Плотность укладки должна быть максимальной, но при этом саму вату нельзя повредить. В итоге в центральную складку нужно поместить топку в сборе. Если плотности ваты достаточно, нагревательная часть не будет проминать утеплитель своим весом. Все выводы спиралей нужно тщательно замотать стеклотканью, вставить между ними дистанционные проставки из обрезков минеральной ваты, а затем вывести через заднюю стенку, подключить на обратную сторону шпилек и установить панель на место.

Чтобы надёжно закрепить топку и установить дверцу, вату нужно примять и утопить на 6–8 см глубже бортов. Поверхность утеплителя нужно несколько раз сбрызнуть алебастровым молоком, чтобы вата отвердилась и перестала интенсивно впитывать влагу. После этого лицевая часть печи заливается смесью алебастра, песка и минеральной фибры. Пока состав не застыл, в него вмуровывают топочную дверцу или закладные для её крепления.

Необходимые материалы

Непосредственно для изготовления печи понадобятся материалы:

шамотный кирпич
спираль на полтора кВт
жаропрочная глина или мертель

Рассмотрим пошагово пример выполнения муфельной печи

Набор комплектующих состоит из:

корпуса (взят от маленькой электрощитовой)
контактер электромагнитный (в данном случае еще «советский»)
клемники (один керамический для соединения спирали нихромовой из муфельной печи к проводам питания, и побольше из огнестойкой пластмассы для основной коммутации)
автомат на 16А; болты, гайки, гравера; провод с толстым сечением и вилку
терморегулятор Профиль-М-1К многоступенчатый одноканальный

Муфельная печь — это конструкция, применяемая для плавки металлов, обжига керамики, закалки стали и т. д. В особенности ценной такая печь является для тех специалистов, которые работают на дому. Одним из недостатков муфельных печей выступает их высокая стоимость, а потому агрегат, выполненный своими руками, будет очень актуален для большинства домашних мастеров.

Что необходимо учитывать при выборе готовой муфельной печи?

При выборе заводской муфельной печи учитывают вид и состав обжигаемых изделий. Заводские печи позволяют устанавливать большой диапазон температур и задавать время обжига.

На выбор влияют:

вид материалов, подлежащих обжигу;
объем изделий для обжига.

Обрабатываемые материалы: глина, фарфор, фаянс, камень

Материалы для обжига в своей основе содержат глины. В муфельных печах обжигают:

красную глину (гончарные и декоративные изделия);
терракоту (декоративные элементы интерьера, скульптуру, черепицу);
шамот (гончарные изделия, декоративные поделки для интерьера);
фарфоровые статуэтки, посуду;
изделия из каменных масс;
фаянсовые изделия.

Обжиг проводится в один, два или в три этапа. Количество этапов увеличивается, если на поверхность изделий наносятся глазурь и роспись.

Красную глину и терракоту обжигают при температуре 900—1100 градусов. Первый (утильный) обжиг ведут при 900—960 градусах. Температура второго (политого) и третьего обжига зависит от характеристик эмали и краски.

Фарфор и каменные массы при первом обжиге нагревают до 800—1000 градусов. Температура второго и третьего обжига в пределах 1250—1420 градусов и зависит от технических параметров красок и глазурей.

Фаянс сначала обрабатывают при температуре 1200—1250 градусов. Температура второго-третьего обжигов — 900—1250 градусов.

Шамотную керамику и гончарные изделия обжигают при температуре 1350—1400 градусов (утильный обжиг). Поливной и декорирующий проводят при температуре от 900 градусов.

Объем изделий

Объем изделий оказывает решающее влияние на выбор готового устройства. В продаже есть модели с фронтальной и верхней загрузкой, объемы их рабочих камер сильно различаются.

Для обжига небольших изделий, выпускаемых малыми сериями, подойдет компактная муфельная электропечь ПМ-8 (производитель ЗАО «Электроприбор», Россия). Размер рабочей камеры — 19х12х30 см, максимальный объем изделий для обжига — 0,0068 куб. м.

Для обжига крупных керамических изделий подойдет муфельная электропечь российского производителя ЗАО «Накал», модель ПК-1000/14. Внутренние размеры муфеля — 160х78х78 см. Камера позволяет обжигать продукцию общим объемом 0,97 куб. м.

Для обжига изделий объемом до 0,064 куб. метра, подойдет муфельная электропечь немецкого производителя Welte, модель WF-35 (внутренний размер муфеля 40х40х40 см).

Фото 1. Муфельная печь WF-35 от производителя Welte (Германия). Видна рабочая камера с нагревательными элементами.

В камеру обычно загружают максимальное количество изделий, чтобы использовать весь рабочий объем муфеля. Если продукция производятся непостоянно, небольшими сериями, сувениры имеют малые размеры, достаточно приобрести печь с компактной рабочей камерой. Если изделия большого объема (или мастер создает малые изделия крупными сериями), следует выбрать агрегат с просторной обжиговой камерой.

Справка. При загрузке учитывают коэффициенты линейного расширения каждого вида керамики.