Конструкция муфельной печи
При всей своей многофункциональности муфельные печи имеют относительно простое устройство. Особенность приборов состоит в использовании особых комплектующих, способных выдерживать температуры до 2000ºС.
Изделия состоят из таких деталей:
- Корпус. Форма и размер определяются объемом задач, которые возлагаются на приспособление. В обязательном порядке устанавливается клапан для стравливания выделяемых в процессе обработки газов. Корпус может быть металлический или из современных полимеров.
- Нагревательный элемент. Это может быть угольная или дровяная печка, ТЕН, газовая горелка.
- Внутренняя обшивка. Стенки обкладываются керамическими пластинами, а в кустарных условиях шамотным кирпичом.
- Дверка. Существуют различные модели, от самых простых с ручкой до современных, где используется система рычагов, исключающая контакт с раскаленными деталями.
- Коммуникации. В зависимости от типа изделия это силовой кабель, баллон и шланг высокого давления, механическое поддувало.
- Муфель. Капсула из химической керамики стационарного или сменного типа.
- Органы управления. Устройства могут комплектоваться светозвуковой сигнализацией, интерфейсом для связи с компьютером, регистрирующим прибором, терморегулятором-программатором.
Нагревательные элементы
Первым этапом изготовления самой закалочной печи будет расчёт и поиск нагревательных элементов с последующей их сборкой в единый тепловыделяющий контур. Сделать это можно двумя путями: подбором готовых нагревательных спиралей или их самостоятельным изготовлением.
Выбрать спирали не очень сложно, нужно только гарантировать, что они изготовлены из соответствующего материала и имеют достаточное сечение. Для закалочных печей не рекомендуется использовать проволочные нагревательные элементы с толщиной проволоки менее 0,4 мм. Оптимальный вариант материала спирали — фехраль Х27Ю5Т или Х23Ю5-Н-ВИ. Важнейшее правило при работе с такими сплавами — не нагревать их до окончательного формирования и сборки тепловыделяющего контура.
Расчёт нагревательных элементов нужно проводить индивидуально с учётом размеров топки и соответствующей мощности нагрева. В качестве примера можно взять печь с размерами нагревательной камеры 150х100х300 мм. Чтобы нагреть такое пространство до температуры 1 100 °С, потребуется общая мощность нагревательных элементов около 4 кВт, однако наиболее экономичным нагрев будет при совокупной мощности спиралей в 5,5–6 кВт. При подключении к сети 220 В ток составит 28 А, а общее сопротивление нагревателя — 7,86 Ом.
Используя эти данные, мы легко найдём необходимую длину проволоки с известной электропроводностью. Среднее удельное сопротивление фехраля составляет 1,25 Ом·мм2/м. Если использовать проволоку диаметром 0,9 мм, её сечение составит 0,64 мм2, а значит, сопротивление одного метра будет равным 0,8 Ом. Таким образом, требуется создать нагревательный элемент с общей длиной проволоки 9,83 м. Чтобы скрутить спираль, нужно воспользоваться прутком-оправкой, предварительно рассчитав длину одного витка. Если спираль имеет наружный диаметр 8 мм, длина витка получится чуть более 25 мм, то есть всего нагревательный элемент будет состоять из 393 витков.
В поперечном срезе периметр камеры составляет 500 мм, при нормальной плотности укладки в топке глубиной 300 мм спираль размещается в 5 рядов с отступом от переднего края в 40 мм. Таким образом, общая длина спирали составляет 2,5 метра, навивку нужно равномерно растянуть до этой длины. Если грубо подсчитать, то после растягивания расстояние между витками спирали получится чуть более 5 мм, что обеспечит достаточную плотность нагрева. Если бы шаг оказался выше 8 мм, диаметр проволоки пришлось бы уменьшить, при шаге витков менее 3 мм — увеличить.
Муфельная печь для плавки алюминия своими руками
Что такое муфельная печь и её предназначение. Муфельная печь является незаменимым устройством для нагрева разнообразных металлов в домашних условиях.
Такая печь позволяет успешно плавить такие металлы как алюминий, медь, многие цветные металлы, а также высушивать, обжигать керамические изделия, а также кремировать.
Виды муфельных печей. Муфельные печи встречаются в разных видах, они могут быть электрические, газовые, воздушные, вакуумные, а по своей конструкции: колпаковые, горизонтальные, вертикальные и трубчатые.
Особенность муфельной печи. Уникальность муфельной печи состоит в том, что в ней содержится рабочая область под названием муфель, который позволяет защитить обрабатываемый металл.
Процесс изготовления муфельной печи
В качестве нагревательного инструмента можно остановиться на выборе электрического нагревателя, потому что таким нагревателем очень просто управлять.
Основные элементы муфельной печи. Муфельная печь имеет такие составляющие, как нагревательная камера и специального аккумулятор тепла.
Необходимо обеспечить регулирование тепла с целью бесперебойной работы в процессе обработки алюминия.
Если предстоит плавить несколько материалов, тогда целесообразно плавить алюминий не один раз. Поэтому аккумулятор тепла будет выполнять функцию регулятора тепла, чтобы печь в процессе работы не успела остыть.
Важно, не переусердствовать с выбором аккумулятора, чтобы печь не стала слишком инерционной. Для изготовления муфельной печи нам понадобится следующее:. Для изготовления муфельной печи нам понадобится следующее:
Для изготовления муфельной печи нам понадобится следующее:
- 7 кирпичей;
- болгарка;
- проволока;
- металлическое ведро;
- ненужный металлический кусок;
- строительные защитные очки;
- молоток и т.п.
1. Подготовьте 7 простых кирпичей, они понадобятся в качестве аккумулятора температуры.
2. Возьмите болгарку и соорудите отсек с каждого бока кирпича. В результате получиться рабочее пространство для электрического нагревателя.
Для прочности конструкции возьмите проволоку и обмотайте ею кирпичи.
3. Можно воспользоваться широким металлическим ведром для огнеупорной камеры. Его также можно сделать собственноручно.
При проектировании высоты ведра делаем её с определённым запасом, поскольку рабочую камеру придётся установить на слой кирпичей с теплоизоляцией.
Процесс закручивания листа в трубу достаточно проблематичный, поэтому советуем применять специальные кольца из тонкой арматуры.
Далее необходимо согнуть арматуру и соединить её концы, чтобы получить кругообразную форму возьмите молоток.
4. Берём кольца и устанавливаем их на скрученный лист. Затем соединяем их по длине окружности.
5. Дно корпуса печи можно сделать из листа, который уже есть в наличии. Необходимо приварить его к нижнему кольцу.
6. Чтобы установить поверхность рабочей зоны печи нужно в кирпиче сделать специальное отверстие для электрического нагревателя. Такое действие необходимо для прочности крепления конструкции.
7. Делаем нумерацию кирпичей и располагаем их согласно очерёдности, плотно прижав друг к другу. Проверьте устойчивость конструкции.
8. К кирпичам присоединяем нагревательную спираль печи.
10. Пропиливаем канавки с помощью болгарки. Не забывайте о личной безопасности! Рекомендуется надевать строительные защитные очки.
11. Для спирали, как правило, применяютнихром либо фехраль.
Фехраль является оптимальным вариантом, но в нашем случае мы будем использовать нихром.Нагревание нихрома зависит от силы самого тока, а ток – от напряжения.
12. Аккуратно наматываем спираль так, чтобы витки были на небольшом расстоянии друг от друга. Это необходимо для того, чтобы избежать замыкания.
13. Делаем раствор и аккуратно заливаем его, как показано на фото:
Придать муфельной печи ещё больше особенностей можно с помощью установки в ней двух нагревательных электрических нагревателя.
Их можно включать одновременно и по очерёдности.
Например, нижний нагреватель целесообразно включать, когда обрабатывается материал в домашних условиях в малых количествах, а два нагревателя позволят значительно увеличить масштаб плавки.
Однако помните о максимальной мощности!
Пошаговая инструкция по сборке
Рассмотрим порядок сборки муфельной печи. Для удобства разделим процесс на этапы:
Инструменты и материалы
Для изготовления печи необходимо приготовить
следующие инструменты:
- болгарка с отрезным и шлифовальным кругом;
- сварочный инвертер с набором электродов;
- электродрель с набором сверл;
- набор слесарного инструмента (молоток,пассатижи, зубило, шило и т.п.).
Из материалов понадобятся:
- листовой металл 2 мм для корпуса;
- уголок стальной;
- арматура 8 мм;
- 1-2 мм нихромовая проволока;
- шамотный кирпич;
- базальтовая минвата рулонная 3-5 см;
- огнеупорный раствор (состав для печей);
- силиконовый герметик.
Перечислены только самые необходимые инструменты и материалы. В процессе сборки печи могут пригодиться и другие инструменты или материалы.
Изготовление огнеупорной камеры
Поскольку печь самодельная, правильнее начинать сборку с изготовления камеры из огнеупорного (шамотного) кирпича. Так проще, можно обойтись без лишней подгонки и подрезки.
Порядок действий:
- Наматывается спираль из нихромовой проволоки. Для намотки используют гладкий круглый сердечник диаметром не более 6 мм. Витки должны находиться на равном расстоянии друг от друга и не соприкасаться.
Производится сборка камеры из шамотного кирпича. Сначала ее собирают насухо, укладывая части и отмечая на них линии для канавок под спирали. Затем детали камеры нумеруют, чтобы не перепутать, разбирают и проходят канавки глубиной не более 7мм.
- Для камеры из металла сваривают днище-подставку с ножками. Это лист металла с небольшим запасом площади (около 2-3 см со всех сторон). Его обвязывают уголком так, чтобы можно было впоследствии присоединить боковые и заднюю стенки.
- Собирают камеру с использованием раствора для печей. Спираль укладывают в канавки и закрепляют металлическими скобками (из того же нихрома) или глиняной замазкой. Концы выводят к колодке с контактами, расположенной снаружи огнеупора.
После этого можно переходить ко второму этапу сборки.
Изготовление корпуса и дверцы
Корпус печи сваривают из листовой стали. Многие источники рекомендуют использовать старые корпуса от духовок или другие металлические коробки. Это вполне допустимый вариант, но его недостаток заключается в размерах — мастер оказывается привязан к величине имеющегося корпуса, что вынудит его изменять все расчетные параметры. Сборка корпуса по готовой нагревательной камере удобнее и не требует изменения характеристик печи.
Порядок действий:
- Измеряют боковые стороны, верхнюю часть и заднюю сторону печи. Вырезают листы металла с помощью болгарки и отрезного круга.
- Прихватывают боковые листы к уголкам подставки, затем так же крепят заднюю часть. Все детали поправляют, добиваясь прямоугольного стыкования по всем осям. Закрепляют листы прочнее и обвязывают поверх уголком.
Спереди устанавливают лист с отверстием под дверцу. Его высверливают электродрелью (или сверлильным станком, если есть) по периметру, затем аккуратно подрезают болгаркой и вынимают внутреннюю часть. Зачищают периметр отверстия, удаляя следы подготовки. Затем крепят и обвязывают свободные кромки уголком.
Какой муфельной печью пользуетесь Вы?
ПокупнойСамодельной
- Сбоку приваривают две скобки для шарнира дверцы. Ее делают из двойного слоя металла, а с внутренней части крепят слой огнеупора, чтобы дверца не слишком накаливалась во время работы.
- Устанавливают запорное устройство. Проще всего использовать эксцентриковый прижим с длинной ручкой, чтобы при открывании-закрывании дверцы не обжигать руки. По периметру наносят слой силикона, уплотняющий дверцу и исключающий теплопотери. Его придется часто менять, так как долго выдерживать высокие температуры силикон не сможет.
После этого можно приступать к запуску печи. Предварительно печь выдерживают не менее 5 суток, чтобы окончательно высох раствор. Дверцу держать открытой, обеспечить обильный приток воздуха. Интенсивную сушку с нагревом производить не рекомендуется, так как глина растрескается и начнет осыпаться.
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.
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.
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
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.
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
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.
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.
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.
Создание корпуса муфельной печи
Корпус муфельной печи можно создать самому или же воспользоваться заготовками. В качестве заготовки можно использовать старую духовку, электрическую печь или прямого нагрева, холодильник, стиральную машину. Также обязательно стоит учесть, что необходимо удалить все детали из пластика, так как они не приспособлены к высоким температурам.
Корпус можно создать своими руками. Для этого подойдет листовой металл. Следует выбирать материал, толщина которого более двух миллиметров. Из него следует сделать прямоугольную коробку при помощи сварочного аппарата.
Для создания корпуса подойдет листовой металл
Если вы хотите сконструировать цилиндрическую муфельную печь, стоит изогнуть металл в радиус и заварить шов.
Чтобы защитить металл от коррозии, желательно покрыть печь специальной огнеупорной краской. Улучшит свойства печи специальный термоизоляционный слой. Он служит для уменьшения теплопотерь, тем самым увеличивая жар в камере. Для термоизоляционного слоя можно использовать базальтовую вату, а также перлит.
Изготовление муфеля
Чтобы самостоятельно сконструировать муфельную печь, в первую очередь стоит сделать огнеупорную камеру. Не каждый материал подойдет для этих целей. Специальную камеру можно изготовить из шамотного кирпича. Он отлично подойдет как для прямоугольной, так и для цилиндрической печи. Правда, в форме цилиндра выложить кирпичи довольно сложно. Для этого необходимо вырезать при помощи болгарки одинаковые трапеции. Для небольшой печи понадобится около 7 кирпичей.
После стоит соединить их вместе при помощи проволоки, а также проверить, чтобы они плотно состыковывались. Неровности можно также подкорректировать при помощи болгарки. Далее следует выложить кирпичи в ряд и сделать несколько канавок для проволоки, которая в будущем будет нагревательным элементом
Важно сделать канавки таким образом, чтобы проволока нигде не соприкасалась. Для этого стоит на одном из кирпичей разместить углубления под наклоном
Канавки должны быть шириной в 7-8 миллиметров, расстояние между ними – не менее 2 сантиметров.
Соединяются кирпичи при помощи термостойкого клея. Также можно использовать смесь из глины, порошка шамотного кирпича и кварцевого песка.
Для изготовления муфеля подойдет и обычная глина, так как самодельная печь не будет работать с экстремальными температурами. Глина нуждается в предварительной обработке. Из картона или листа фанеры сконструируйте небольшой прямоугольник, который по размерам будет совпадать с задуманной муфельной камерой. Обязательно подсчитайте по размерам, будет ли данная камера свободно помещаться в корпус печи.
Макет камеры стоит покрыть снаружи глиной толщиной в несколько сантиметров. Глина должна высохнуть в течение 5 дней. После обязательным действием является обжиг глиняной конструкции. Лучше всего обжигать материал в угольной печи, так как необходима температура не менее 700 градусов. Если все условия будут соблюдены, получится достаточно прочная и огнестойкая камера.
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:
