Как сделать муфельную печь для обжига керамики своими руками

Классификация гончарных печей

Печи для обжига глины и керамики, прежде всего, подразделяют по температурному режиму. Самые мощные из них работают в диапазоне от 1400 до 2000 градусов. Ко второй категории относят модели, рабочая температура которых составляет 900-1400 градусов. Оборудование, работающее в среднем температурном режиме, обеспечивает нагрев от 400 до 900 градусов. Низкотемпературные модели могут разогреваться не выше 500 градусов. Максимально функциональной, безусловно, окажется печь с возможностью регулировки температуры.

В зависимости от используемого топлива, гончарные очаги могут быть дровяными, газовыми и электрическими. Современная промышленность выпускает приборы, работающие на газе и от электросети, варианты на дровах можно встретить редко и только кустарного производства. Температура горения дерева не позволяет получить мощное высокотемпературное оборудование.

Мощность печного оборудования – один из главных критериев выбора. Для небольшого домашнего очага объемом до 50 литров необходимо 100 Вт на каждый литр. Если камера имеет размер от 100 до 500 литров, достаточно мощности 50-70 Вт на литр.

По форме печи для обжига могут быть колпаковыми, трубчатыми с вертикальной загрузкой или камерными с горизонтальной загрузкой. Круглые печи равномерно распределяют жар, а колпаковые и камерные более удобны для серийного обжига и работы с крупными изделиями

Начинающим мастерам рекомендуется обратить внимание на модели со смотровым окошком, позволяющим визуально контролировать процесс

В качестве материла для изготовления гончарного оборудования используют огнеупорное сырье нового поколения, имеющее легкий вес и низкую теплопроводность. Тяжелое и массивное оборудование из шамота практически не выпускают.

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.

Что это такое?

Назначение муфельной печи — создание высоких температур для термической обработки материалов:

Источником тепловой энергии у муфельных печей является электричество или газ. Первый вариант удобнее с практической точки зрения, но гораздо затратнее в финансовом отношении — во время работы электрические муфельные печи расходуют большое количество электроэнергии.

Мнение эксперта
Левин Дмитрий Константинович

Газовые модели обходятся дешевле, но требуют подведения топливных коммуникаций, соблюдения правил эксплуатации газовых приборов и прочих административно-технических норм. Поэтому, большее распространение получили промышленные и лабораторные муфельные печи, работающие на электрической энергии.

Конструкция

Муфельная печь состоит из нескольких элементов, соединенных в единую конструкцию:

• внешнюю часть печи представляет корпус (кожух). Это прочный, обычно металлический короб, образующий емкость для размещения внутренних элементов печи, а также несущий дверцу с запорным устройством;
• слой теплоизоляции. Это важный элемент, по степени значимости сопоставимый с источником тепловой энергии. От качества и рабочих показателей теплоизоляции зависит КПД печи, способность сохранять тепло и общая работоспособность всей конструкции. Теплоизолятор, как правило, состоит из двух слоев — основного (топка из шамотного кирпича) и дополнительного (слой базальтовой ваты или перлита);

В муфельных печах советского производства часто использовался дополнительный слой изоляции из асбестового полотна. Сегодня такая изоляция не используется, так как при нагревании асбест активно выделяет канцерогены, крайне опасные для людей.

нагревательный элемент. Используют спирали из нихромовой проволоки (сплав хрома и никеля, толщина 1-2 мм), свободно переносящей сильный нагрев и не перегорающей в течение длительного времени.

Существуют разные конструкции муфельных печей:

• горизонтальные;
• вертикальные;
• колпаковые;
• трубчатые.

Эти разновидности отличаются друг от друга только конфигурацией топки и способом загрузки, общий принцип работы у всех моделей одинаков.

Порядок расчета электронагревательного элемента

Спираль самодельной муфельной печи изготавливают, как правило, самостоятельно. Для того, чтобы получить эффективное и работоспособное устройство, необходимо выполнить предварительный расчет.

Он преследует две цели:

1. Создание мощной и эффективной печи, способной решать поставленные задачи.
2. Возможность работы на имеющихся электросетях, отсутствие перегрузок и вызванных этим проблем.

Для выполнения расчета необходимо выяснить, каков ток отсечки у электрощитка. Часто для печи проводят отдельную линию, минуя УЗО для домашних бытовых приборов. В любом случае, надо выяснить, какую мощность может выдержать линия, чтобы не оставить без электричества всех соседей.

Мощность печи выбирают исходя из объема нагревательной камеры:

По данным этой таблицы можно определить, какую мощность спирали следует использовать для имеющегося размера. Величину камеры надо определить для себя самостоятельно, исходя из характера предполагаемых работ. Необходимо сразу подсчитать мощность, умножая объем камеры на показатели таблицы. Если мощность оказывается чрезмерно высокой и невозможной для действующих сетей, размеры уменьшают.

После этого надо вычислить силу тока. Используется формула:

I = P / U

• Где I — сила тока;
• P — мощность (расчетная);
• U — напряжение сети (220 В).

По результатам можно вычислить сопротивление нихромовой спирали:

R = U : I

• Где R — искомое сопротивление;
• U — напряжение (220 В);
• I — сила тока (расчетное значение).

Этот расчет можно выполнять для однофазной сети. Если нужно выполнить трехфазное подключение, и самостоятельный расчет кажется слишком сложным, рекомендуется воспользоваться онлайн-калькулятором, который несложно найти в сети по соответствующему поисковому запросу.

Результаты расчета с помощью калькулятора вполне корректны, но, для большей уверенности, можно проверить полученные данные, продублировав расчет на другом калькуляторе.

Мнение эксперта
Левин Дмитрий Константинович

Вместо нихрома может быть использована фехралевая проволока, которая несколько отличается по своим показателям

Во время использования калькулятора необходимо обратить внимание, для какого типа проволоки производится расчет. 

Виды печей термообработки

Классификация оборудования довольно разнообразна. Печь для термообработки купить можно в любом специализированном магазине. Виды агрегатов:

• шахтная;
• камерная;
• барабанная;
• колпаковая установки.

Первый вид оборудования наиболее часто используют в промышленности. Шахтные печи для термообработки металла представляют собой конструкции, которые состоят из кожуха, футеровочного слоя, механизмов для загрузки и выгрузки материалов, блока питания, нагревательных элементов в виде проволоки или ленты из суперфехраля. Футеровка представлена современными огнеупорными материалами: волокном или шамотным кирпичом. Корпус (кожух) выполнен из листового металла. Управление оборудованием осуществляется с помощью дисплея или пульта.

Шахтная печь для термообработки наделена такими преимуществами:

• практичностью;
• высокой производительностью;
• равномерным прогревом материала;
• долговечностью.

Размеры конструкции различные, что позволяет использовать установки в разнообразных отраслях промышленности: авиаконструировании, машиностроении, металлургии, производстве строительных и отделочных материалов и так далее.

Купить шахтные печи для термообработки материалов можно в специализированных магазинах. При их выборе необходимо ориентироваться на расход топлива установки и ее производительность.

Камерные печи для термообработки металла состоят из кожуха, нагревателей, механизмов загрузки и выгрузки металла, а также герметичной дверки. Они предназначены для различных технологических процессов. Их по праву можно назвать универсальными.

Корпус оборудования представлен теплоизоляционными и огнеупорными материалами. Для изготовления нагревательных элементов используют нихром, фехраль, кремний или проволоку.

Примечание. Для равномерного распределения тепла, установки оснащают дополнительными вентиляторами.

Камерная печь для термообработки способна нагревать материал до высоких температур. В ней можно проводить обработку металла под давлением или вакуумом. Выбор технологического процесса зависит от модификации оборудования.

Барабанная печь для термообработки имеет форму горизонтально расположенного цилиндра. В ней осуществляют обработку не только материалов, но и пищевой продукции. Другое название агрегатов – вращающиеся печи. Они работают на газе, угле, жидком топливе и электричестве.

Термообработка во вращающейся печи осуществляется под воздействием не слишком высоких температурных режимов. Поэтому эти установки – низкотемпературные печи для термообработки. Размер рабочего пространства зависит от модификации агрегатов.

Конструкция представлена следующими элементами:

• кожухом (барабаном);
• холодильником;
• системой очистки;
• топочной головкой;
• механическим питателем;
• горелкой.

Для простоты управления установки оснащены современными пультами.

Лабораторные печи для термообработки довольно часто представлены барабанными конструкциями. С их помощью проверяют качество продукции, а также ее молекулярный состав.

Колпаковая печь для термообработки цена на которую зависит от ее модификации, представляет собой сложную конструкцию. Она состоит из стендов, колпаков для нагревания и охлаждения материала, газо-вакуумной системы, приборов электропитания и контроля, муфеля.

Примечание. Количество последних элементов определяется количеством стендов.

Установки колпакового типа предназначены для обработки крупных изделий. Одним из видов оборудования является печь для термообработки валов или бухт проволоки. Оборудование работает на газе или электричестве.

Особенности и разновидности муфелей

Для изготовления муфеля могут использоваться разные материалы, при этом чаще всего применяют керамику или керамическое волокно.

• Керамика значительно снижает температурный перепад между камерой для обжига и электрическими теплонагревательными элементами, а также обладает высокими характеристиками теплопроводности. Однако нагрев керамического материала происходит очень медленно.
• Керамическое волокно, наоборот, нагревается практически моментально и поэтому можно использовать нагревательную спираль с меньшей мощностью. Однако такой материал, очень хрупкий и при максимальном нагреве, выделяет вредные вещества.

Устройство для плавки алюминия и меди

Легкоплавкие металлы отличаются хрупкостью

Важно соблюдать схемы работы с данным типом металлов

Так, например, для плавления меди или алюминия, муфельная печь должна разогреться до 1083, а для плавления бронзы – 930 по Цельсию.

Эти материалы среди остальных легкоплавких имеют самые высокие показатели температуры плавления.

Значит, напрашивается вывод: для работы с легкоплавкими металлами необходима печь, разогревающаяся максимум до 1100 градусов.

Нюанс! Для крупного литья при работе с легкоплавкими металлами устанавливается горн. А плавить металл можно в емкости с «носиком» (тигель). Так легче всего предать ему в последующем форму.

Этапы работы с легкоплавкими материалами

1. Прокалка печи для заливки на температуре 600 градусов.
2. Погружение формы.
3. Нагревание температуры до 900 градусов.
4. Засекаем время пребывания формы в печи – 120 минут.
5. Вынимаем форму и остужаем до 500 градусов.
6. Легкоплавкий материал помещается в форму.

Классификация муфельных печей

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

Схема печи

• электрические;
• газовые;
• угольные.

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

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

По форме печи нагревательные делятся на следующие виды:

• горизонтальные;
• вертикальные (шахтная печь);
• трубчатые;
• колпаковые.

Чертеж горизонтальной печи

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

По используемому составу подразделяются на:

• воздушные;
• вакуумные;
• использующие инертные газы.

Воздушная печь

В домашних условиях возможно изготовить только воздушный вариант.

Расчет диаметра, длины и удельной поверхностной мощности проволоки нагревательного элемента

На данном этапе производится выбор материала нагревательного элемента. Хотел бы оговорить, что для данных целей наиболее часто используют нихромы и фехрали.

В печах для обжига керамики GRIFON мы используем суперфехраль GS SY по ряду весомых причин:

• это более дешевый сплав по сравнению с нихромом, так как не содержит никель;
• суперфехраль обладает лучшей жаростойкостью, чем нихромы (наибольшая рабочая температура 1450°С);
• данная марка фехрали обладает повышенной пластичностью, что облегчает навивку спиралей.

После выбора материала выбирается диаметр проволоки нагревательного элемента.

Диаметр спирали выбирается в зависимости от необходимого удельного электрического сопротивления (сопротивление в 1 метре проволоки, см. табл. 2). Большему уд. эл. сопротивлению соответствует меньший диаметр проводника, меньшему уд. эл. сопротивлению соответственно больший диаметр.

Табл.2. Выбор диаметра проволоки в зависимости от нужного диаметра и длины нагревательного элемента

От диаметра проводника зависит так же и длина проволоки нагревательного элемента. Так же хотелось бы отметить, что чем больше диаметр проволоки нагревательного элемента, тем дольше прослужит нагревательный элемент.

Таким образом, комбинируя выше перечисленные параметры подбирается спираль в муфель печи.

Зная необходимое сопротивление R (см. предыдущий раздел) и удельное электрическое сопротивление ρ вычисляется длина проволоки L:

L = R/ρ , (м)

Так как в данной печи мы используем диаметр проволоки d = 2 (мм) , то ρ = 0,452 (Ом/м). Тогда L= 17,92/0,452 = 39,64 (м)=3964 (см).

Самым важным расчетом в этом разделе является вычисление поверхностной мощности проволоки ψ, т.е. мощности которая выделяется с единицы площади проволоки.

В печах с высокими температурами поверхностная мощность ψ фехрали не должна превышать 1,4 Вт/см2 для проволоки диаметром до 4 мм. Если данное значение существенно превысить, то нагревательный элемент не выдержит температуры.

ψ=P/S , (Вт/см2), где

P— мощность печи,(Вт);

S=3,14*L*d — площадь поверхности проволоки, (см2), где

L— длина проволоки,(см);

d— диаметр проволоки,(см)

ψ=2700/2489,4=1,08 (Вт/см2), где S=3,14*3964*0,2=2489,4 (см2). Таким образом ψ=1,08<1,4 (Вт/см2), что удовлетворяет требованию.

Если требование не удовлетворяется, необходимо увеличивать диаметр проволоки или выполнять параллельное соединение.

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.

Разновидности и отличительные особенности

Чтобы можно было своими руками создать качественную печь, стоит понимать, на какие виды она делится с учетом потребляемого топлива и энергии, а именно:

• газовые;
• электрические.

Данное разделение позволяет использовать различные источники энергии, которые и позволяют разогревать пространство внутри созданной конструкции. При этом большей популярностью пользуется печь с установленными элементами для электрического прогрева. Это позволяет контролировать температуру внутри конструкции при необходимости обработки определённого сырья.

Современная муфельная печь имеет свои особенности в конструкции и получаемых производственных возможностях, а именно:

• в получаемой конструкции и объёмах внутреннего пространства;
• методах и способах нагрева внутреннего пространства печи;
• использование особенных защитных формул и функций;
• рабочих температурных параметрах.

В зависимости от получаемой температуры, все печи делятся на три вида:

• печи умеренной температуры, с параметрами 100-500 градусов по Цельсию;
• средние печи, с температурой в 400-800 градусов по Цельсию;
• высокотемпературная печь, с параметрами 400-1400 градусов по Цельсию;
• сверхвысокотемпературные печки, они разогреваются до 2000 градусов по Цельсию.

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.

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.

Похожие записи:

Поделки из бумаги и картона своими руками: обзор самых простых и красивых идей. 115 фото и видео советы как сделать бумажную поделку Резьба по дереву для начинающих Лук из пвх трубы Домашняя оранжерея: как сделать подставки для цветов своими руками Онлайн таймер Газовые баллончики для горелки: как выбрать, обзор лучших баллонов, отзывы покупателей