Как сделать муфельную печь своими руками — устройство и принцип работы

Нагрев до высокой температуры является обязательной составляющей множества технологий, которые применяются в домашнем творчестве, коммерческой деятельности и в промышленном производстве. Заводские нагревательные устройства отличаются высокой эффективностью, а соответственно и ценой, которая далеко не всем по карману. Муфельная печь своими руками для закалки металла может быть собрана с минимальными затратами при отличных эксплуатационных характеристиках. Чтобы достичь желаемого результата, следует ознакомиться с устройством, принципом работы и возможными вариантами сборки печи 1000 градусов своими руками.

Что такое муфельная печь

Муфельная печь — нагревательное устройство, предназначенное для нагрева чего-либо до заданной температуры
Муфельная печь — это термический прибор, предназначенный для нагревания материалов до заданной температуры. Состоит из нагревательной камеры и капсулы (муфеля), в которую помещается обрабатываемый предмет.

Сфера применения устройств довольно обширна:

• Лабораторный анализ. Свойства многих минералов проявляются при высокой температуре.
• Кузнечное дело. Разогрев заготовок при сохранении их формы и отсутствии окалины.
• Закаливание металла. При термической обработке меняется кристаллическая структура, повышается прочность и жесткость.
• Плавка. Выделение нужной субстанции из неоднородного сырья. Так получают слитки алюминия, золота и серебра.
• Отжиг. Способствует достижению заданной микроструктуры при создании деталей из нескольких компонентов.
• Обжиг. Придание предметам нужных свойств, таких как твердость, презентабельность, устойчивость к влаге и химическим реагентам.
• Термообработка. Удаление из вещества воды, кислоты, масел и прочих жидкостей с целью полного высушивания.
• Отпуск. Снятие внутренних напряжений после проведения плавления или закалки, достижение пластичности.
• Озоление. Удаление посторонних примесей путем их сжигания. Определение наличия минералов в исследуемом сплаве.

Использование функций устройств позволяет получать красивую керамику, сувениры, уникальные изделия из металла.

Автоматика с температурно-временными задачами

Существует три типа автоматики для закалочных печей. Стоимость организации управления печью повышается вместе с комфортом использования. Простейший вариант — простейший термостат с термопарой в качестве датчика температуры. Это устройство просто будет поддерживать заданную температуру с гистерезисом около 30–50 °С. Время выдержки контролируется вручную, как и момент достижения температурной точки.

Более продвинутая автоматика разрабатывается специально для электрических печей. Термоконтроллеры типа Autonics TCN4 обладают функцией пропорционального регулирования мощности, обеспечивая регулируемый гистерезис вплоть до 1 °С. Также прибор оснащён дополнительными функциями, такими как сигнализация о достижении заданной температуры. При желании канал сигнализации можно использовать для активации реле выдержки времени, установленного последовательно с термостатом.

Наиболее продвинуты в этом плане устройства автоматики для печей типа «Профиль-М». Они отличаются не только встроенными силовыми реле, но также возможностью более гибкой настройки. В таких контроллерах предустановлен таймер, а также есть возможность настраивать термообработку со сложным температурным профилем, последовательно задавая длительность промежутков времени, в которые должна поддерживаться определенная температура.

Разновидности муфельных печей

Газовая муфельная печь
Нагревательные приборы различаются по нескольким показателям, что не особо отражается на их эксплуатационных характеристиках.

В среде специалистов принята классификация по определенным категориям.

Источник энергии:

• электричество;
• природный газ;
• коксующийся уголь;
• дрова.

Тип защиты содержимого:

• в воздухе (только механическая);
• газовая среда (аргон, гелий, азот);
• вакуум.

Конструкция корпуса (способ загрузки):

• вертикальные;
• горизонтальные;
• отделяемые (колпаковые).

Степень нагрева:

• умеренный;
• средний;
• высокий;
• сверхвысокий.

Существует градация по конструкционным, огнеупорным и электропроводящим материалам, используемым в производстве печек.

Классификация

Камеры могут работать на:

1. Электричестве.
2. Газе.
3. Угле.

Но газовый агрегат в домашних условиях собрать не получится, поскольку это опасно и запрещено законом. Вариант на угле может работать только с наддувом. Но если есть подобный горн, то проще поместить в него муфель, а не сооружать специальную печь. Электрический вариант позволит контролировать температуру нагрева и применять компактный агрегат даже в квартире (мощность таких устройств около 2,5 — 4 кВт, так что подойдёт обычная розетка с заземлением и надёжным проводом).

Существуют различные формы печей:

1. Горизонтальные.
2. Вертикальные (горшковая).
3. Трубчатые.
4. Колпаковые.

Первый вариант наиболее простой для самостоятельного воспроизведения.

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:

1. 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.
2. Нагревательный элемент. Это может быть угольная или дровяная печка, ТЕН, газовая горелка.
3. Внутренняя обшивка. Стенки обкладываются керамическими пластинами, а в кустарных условиях шамотным кирпичом.
4. Дверка. Существуют различные модели, от самых простых с ручкой до современных, где используется система рычагов, исключающая контакт с раскаленными деталями.
5. Коммуникации. В зависимости от типа изделия это силовой кабель, баллон и шланг высокого давления, механическое поддувало.
6. Муфель. Капсула из химической керамики стационарного или сменного типа.
7. Органы управления. Устройства могут комплектоваться светозвуковой сигнализацией, интерфейсом для связи с компьютером, регистрирующим прибором, терморегулятором-программатором.

В зависимости от производственного цикла печи включаются на определенный промежуток времени или работают постоянно с периодической заменой заправленных муфелей.

Кладка огнеупора

На строительном рынке покупаем шамотный кирпич. Этот кирпич предназначен для кладки топок печей и каминов. Данный кирпич способен выдерживать длительное воздействие тепла при температуре 1000 градусов и многократные циклы остывания и нагрева, обладает высокой теплоёмкостью и тепловой инерцией. В качестве связующего лучше всего купить специальную огнеупорную сухую смесь для кладки шамота.

Подгонка и разметка

Виды и условия обработки сырья

Муфельная печь для закалки металла
В процессе обработки заготовок могут использоваться различные способы обработки по времени и степени нагрева, длительности и способам охлаждения. Также могут применяться те или иные способы защиты заготовок.

Технология обработки материалов применяется следующая:

• Керамика. Открыто, 600ºС.
• Фарфор. Открыто, 800ºС.
• Фаянс. Открыто, 1000ºС.
• Майолика. Открыто, 1200ºС.
• Закалка режущих металлических изделий. Аргон 800ºС.
• Плавка цветных металлов. Аргон 800-1200ºС.

Отклонение от инструкции приводит к ухудшению качества готовой продукции или порче загруженного вещества.

Сферы применения

Используемая схема должна позволять разместить необходимое количество материала для обработки.

Стоит разделить все печи на виды применения по работе с материалом:

• закалка металлических и кремлёвских изделий;
• обжиг и доведение до определенной структуры материала, придание прочности;
• отпуск, придание материалу пластичности для выполнения соответствующих изделий;
• кузнечное дело, для раскалывания металла для последующей обработки и создания более приемлемых размеров и заготовок;
• лабораторные исследования, для изучения влияния температурной обработки, на различные по формуле металлы и сплавы.

Данное разделение позволяет определиться с видами температурных режимов и общим объёмом печи, создавая все необходимые конструктивные решения и формулы для самостоятельного проектирования муфельной печи.

Изготовление самодельной муфельной печи

Для изготовления печи понадобится болгарка
Муфельная печь своими руками изготавливается с помощью таких инструментов:

• шуруповерт;
• рулетка;
• молоток;
• уровень;
• паяльник;
• плоскогубцы;
• болгарка;
• электродрель.

После подготовки необходимого имущества нужно сделать чертеж и уже на его основе заняться подготовкой комплектующих.

Под самодельный корпус можно использовать неисправную или старую бытовую технику, которая долго простаивает без дела — микроволновая печь, духовка, морозильная камера. Из кожуха нужно удалить все наполнители, которые могут плавиться и гореть при сильном нагревании. Если под руками нет таких объектов, корпус делается самостоятельно. Для этого берется стальной лист толщиной не менее 2 мм и сваривается в прямоугольную или круглую конструкцию. В качестве готового шаблона целесообразно использовать газовый баллон или стальную трубу с толстыми стенками. Для защиты от коррозии и придания изделию презентабельного вида его нужно покрыть огнеупорной краской.

Печь лепят из шамотной глины, смешанной с песком и асбестом

Другим способом изготовления печи является ее лепка из смеси шамотной глины, песка и распушенного асбеста. Предварительно делается форма из воска, на которой делаются выступы для ножек. Смесь консистенции пластилина равномерно распределяется по лекалу, затем сушится при комнатной температуре на протяжении двух недель. Потом воск вытапливается феном, а форма прокаливается в углях в течение 6 часов.

Если рядом есть трансформаторная подстанция, задача значительно упрощается. Там за умеренную плату или даром можно раздобыть трубки от плавких вставок. Изделия сделаны из прочной субстанции, рассчитаны на сильный жар и перепады температуры. Все, что останется мастеру — немного поработать болгаркой и шамотной глиной.

Следующим пунктом будет установка нагревательного элемента и термостата (датчиков блока управления). На корпусе печи крепятся две газовых горелки или электрические элементы. Горелки устанавливаются снизу и сверху. Электронагреватели фиксируются в зависимости от их конфигурации. Проволока обматывается по спирали, ТЕНы ставятся по бокам, а если нужен жар 1500ºС и выше, то на полу и своде. В обязательном порядке предусматривается земля, чтобы исключить поражение работника током. Затем нагреватели закрываются стальным кожухом, в котором делается отверстие под воздушный клапан.

Термоизоляция накладывается на внешний кожух максимально плотно к его поверхности. Лучшим вариантом на сегодня считается базальтовая вата в рулонах. Чтобы достаточно надежно закрыть камеру, хватит слоя толщиной 20 мм. Зафиксировать теплоизоляцию можно алюминиевым скотчем или намотанной частыми витками медной проволокой. Готовая конструкция помещается в корпус, если выбрана такая модель печки.

Предпоследним этапом перед установкой электроники является изготовление крышки.

Последовательность процесса:

1. Подгонка, закрепление и регулировка петель. Применяются винтовые или клиновые запирающие устройства.
2. Берется шамотный кирпич и подрезается по размеру. Края стачиваются, чтобы обеспечить закрывание крышки.
3. Готовится раствор из глины, песка и цемента в соотношении 1:3:1. Наносится на дверку, кирпич плотно прижимается, сверху ставится гнет.
4. После высыхания крышка вешается на место и проводится уплотнение стыков. Используется термостойкий силикон, наносимый по периметру створки.

Пользоваться прибором можно через 2-3 часа.

Самый простой вариант обустройства муфельной печи для обжига керамики представляет собой комбинацию из мощной электроплитки и медицинской керамики. Под сосуд надо положить шамот, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрева. Мощность регулируется штатным устройством плитки.

Принцип работы

Печи для обжига керамических изделий, независимо от вида топлива работают по определенной схеме:

• подсушенные на воздухе глиняные изделия помещаются в полость для их укладки. Крупные изделия располагаем внизу и как пирамиду размещаем остальные игрушки или тарелки;
• дверца печи плотно закрывается и постепенно повышается температура в печи. Сначала доводим ее до 1500-2000;
• после предварительного 2 часового подогрева деталей температура повышается до 3500-4000;
• спустя 2 часа увеличиваем температуру еще на 2000 и так доводим нагрев до 9000;
• выключаем нагревательные приборы или тушим пламя в печи и оставляем изделия постепенно остывать. Дверца должна быть всегда закрыта, вплоть до извлечения готовой керамики.

Равномерное и постепенное остывание делает керамику прочной и долговечной. После всего этапа обжига можно приступать к нанесению слоя глазури или другой декоративной отделки.

Важно! Используя печь для запекания полимерной глины, мы добиваемся объемности изделий и придания им дополнительной привлекательности. Цветочный букет, прошедший закаливание будет выглядеть как настоящий.

Техника безопасности

Ручки делают из диэлектрического пластика
Муфельная печь потенциальное опасное устройство, требующее соблюдения таких мер безопасности:

• витки не должны соприкасаться друг с другом, иначе произойдет короткое замыкание;
• для замазки можно использовать глину или термостойкий силикон;
• ручки нужно делать из диэлектрического пластика.

При работе с печкой нужно пользоваться эффективной вентиляцией.

Правила эксплуатации

Электропечь разрешается включать исключительно в усиленную розетку. Можно также пустить прямо от щитка провод большого сечения. Кроме того, нелишней будет установка автоматического выключателя.

Поскольку эта модель устройства имеет в наличии оголенные провода, с ней необходимо быть предельно осторожным. Нельзя касаться спиралей работающей печи. Чтобы избежать возникновения несчастных случаев, рекомендуется поставить на дверцу концевой выключатель, который отключит агрегат при открытии створки. Если вы не очень сильны в электрических работах, обратитесь за помощью к специалисту, который поможет сделать устройство максимально безопасным, в том числе заземлить его.

Полезное видео

Познакомьтесь с видео, в котором показано, как приступить к изготовлению муфельной печи: какие требуются материалы и инструменты, что нужно сделать в первую очередь, а каких действий совершать не рекомендуется.

1ba8d3678997cd1220be3ef58cf59f99.jpe ce84308707c136bdb783c4f4656f6cf0.jpe

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.

Какой должна быть вентиляция

В реальности изготовление, точнее сам процесс обжига керамики — не так полезен для здоровья. И тут далее многие могут сделать вывод, что печи не место в доме вообще. Для неё должна быть особая каморка. Многие думают ещё дольше, что они очень загрязняют воздух и прочее и прочее. Только вот по сравнению с другими показателями загрязнения выброс такой печки просто ничто для воздуха.

Но для тех, кто отважился и пронес печь в дом. Какая должна быть вентиляция, чтобы не причинять вреда. Итак, помещение должно быть хорошо вентилируемым, так как время для обжига составляет много часов и за это время постоянно идет выброс веществ, которые вредны для здоровья. Варианты вентиляции для помещения с печкой под обжиг керамики:

• несколько открытых окон помогут сделать движение воздуха и выносить все запахи и вредные частички сразу из окна;
• специальная конструкция из вентиляционной системы (дыра с вентилятором в самой стене, через которую будет забираться воздух с улицы в помещение и выводиться выбросы от печи);
• Downdraft system и Updraft — это специальные вентиляционные системы, которые мастера продумали специально для помещений, где осуществляется обжиг в печи.

Вот сколько способов помогут рукам не отказываться от любимого занятия, а здоровью не страдать от вредного выброса веществ при обжиге.

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.