Муфельна піч: пристрій, принцип роботи, чи варто робити своїми руками, конструкції

1. Робити чи купувати?
2. Якщо робити, то як?
3. джерело тепла
4. термопара
5. муфель
6. Так де ж взяти муфель?
7. Про шкільні реостатах
8. Про електричної потужності
9. деякі саморобки
10. Печі для кераміки
11. Печі-труби
12. Міні-муфель
13. на Закінчення

Автор: Колесников Юрій Федорович, інженер-теплотехнік *

Що це таке - муфельна піч? І для чого вона потрібна? Давайте на деякий час звернемося до мемуарів придворного каретного майстри Франції кінця XVII - початку XVIII ст. Жанто. Так, того самого, який винайшов рульову трапецію. Її так і називають - трапеція Жанто.

Винайти щось він винайшов, але пустити ідею в справу ніяк не виходило, піввісь дослідних зразків весь час ламалися. Жанто був у відчаї, він очікував від винаходу величезних прибутків. Карети з передніми колесами на цільної осі зі шкворнем на гуркоті раз у раз перекидалися, і знати з прекрасними супутницями, аж до їх величність, летіла геть на дорогу, залиту гноєм. Тяга-то була жива, на вівсі.

І тут в майстерню навідався якийсь, на жаль, не названий, російський дворянин. Петро Перший якраз готував відоме в історії посольство Бековича-Черкаського в Бухару. Зіркою дарів хану повинна була стати розкішна карета; її-то і прибув замовити у кращого європейського майстра наш співвітчизник.

Так ось, він, подивившись на злам деталі і спробувавши її твердість ( «князь не погребував взяти в руки напилок!» - вигукує Жанто), дав пораду: «Спочатку цементує в муфелі з меленим скотськи рогом, а потім калитці. Тоді всередині сталь залишиться в'язка, що не ламка, а зовні утворюється міцна розжарена кірка, довго не зітреться ».

Жанто звинувачувати нема в чому, він був каретником, а не металургом. І в тому, що петровський офіцер розбирався в обробці металів, теж немає нічого дивного. Зате відразу ясно, для чого потрібен муфель - жароміцний і непроникний контейнер, в якому деталь проходить термообробку. Його роль - ізолювати деталь від зовнішніх впливів, в т.ч. і від полум'я, по-перше. По-друге - забезпечити рівномірний нагрів.

Майстри Жанто, швидше за все, гріли муфель в звичайному ковальському горні . Але з часом вимоги до якості термообробки підвищувалися, розроблялися нові її технології. Вже на початку XIX ст. в промисловості широко застосовувалися спеціальні муфельні печі, розроблені виключно для нагріву муфельній камери. У століття пластику з'явилися низькотемпературні муфельні печі, в яких композитні деталі проходять гаряче затвердіння.

Зараз у муфельних печей роботи вистачає:

• Переплавлення цінних металів і сплавів, коли неприпустимо внесення домішок або термохімічне взаємодія в полум'ям.
• Термообробка металів: цементування, гарт, відпал, відпуск, нормалізація (состаривание).
• Випал керамічних виробів, особливо художніх, для отримання рівного тону поверхні.
• Сушка електропровідних матеріалів; мікрохвилями, як відомо, можна сушити тільки діелектрики.
• Спалювання до мінеральних компонент шляхом сублімації летучих (озолення). У зв'язку з цим - така сумна обов'язок, як кремація.

Крім того, муфельні печі використовуються в пробірному аналізі для т.зв.. купелирования, для вирощування монокристалів і в багатьох інших областях. Напр. в медицині - для високотемпературної стерилізації.

Робити чи купувати?

Своїми руками можна зробити піч з муфелем обсягом до 5-7 л. Якщо задатися належною якістю обробки, то робота ця не з простих. Тому спочатку подивимося, які з готових печей згодяться для домашнього застосування і у що обійдеться їх придбання.

Лаборантам, науковцям, так і просто майстрам добре знайомий заслужений ветеран - електрична муфельна піч ПМ-8 (див. Рис.) З об'ємом муфельній камери 6,5 л (на рис. Праворуч, 190х120х300 мм). Секрет «пеемкі» саме в камері, вона виготовлена ​​з жароміцної кераміки методом шликерного литися. Муфель ПМ-8 вічний, за нього окремо на аукціонах запитують половину вартості печі.

Муфельна піч ПМ-8

ПМ-8 випускається в 2-х модифікаціях, ПМ-8К з ручною предустановкой температури і релейним керуванням, і ПМ-8М з цифровим управлінням. Ціна заводський, відповідно - близько 20 тис. Руб. і від 23 тис. руб. Цифра 8 в позначенні - кількість ступенів регулювання температури, від 100 до 900 градусів. Енергоспоживання в режимі розігріву - до 2,4 кВт, тобто «Пеемку» можна включати в квартирну розетку. Б / у ПМ-8 можна брати безбоязно, конструкція дубів. Правда, ціну набагато не скинуть.

Єдиний недолік ПМ-8 і ПМ-10 з тієї ж серії - дверцята сильно розжарюється. Лаборантів, які працюють з «пеемкой», можна дізнатися по вічно обпаленим пальцях.

Асортимент сучасних муфельних печей в продажу досить широкий. Напр., Російські СІКРОНи (дві ліві поз. На слід. Рис.) Вже не обпалюють, і ціна того ж рівня - від 23 000 руб. Але муфельні вони умовно, нагрівальна спіраль розміщена в камері. Тому без жодного в них можна тільки обпалювати кераміку, а всі операції з металами потрібно виробляти з великою обережністю. Особливо - переплавку, СІКРОН для неї взагалі не рекомендований.

Сучасні муфельні печі

Печі СНОЛ (SNOL), середні поз. на рис. - повноцінні муфельні. Обпалити СНОЛ, правда, може, якщо ніяково з ним звертатися, бічне відкривання дверцят не гарантує від опіку. Зате випускаються великим рядом типорозмірів, від самих маленьких. Але ціни явно не росіяни: найдешевший СНОЛ менше ніж за 30 000 руб. не знайти.

З вітчизняних моделей «квартирної» потужності добре розходяться МИМП і «Напруження», 2 правих поз. на рис. Вони дешевше ПМ, купити б / у робочу за 8-9 тис. Руб. цілком реально. Однак камери їх, схоже, виготовляються методом спікання керамічного порошку, тому для регулярної експлуатації десятиліттями ці грубки не призначені. Втім, для епізодичного використання в домашній майстерні цілком підходять.

Ще слід згадати ізраїльську піч спеціально для кераміки Shenpaz. Для налагодженого кустарного виробництва при стабільному збуті це непоганий варіант. Хоча варто чимало, від $ 3000, але вироби виходять одне в одне. Shenpaz охоче беруть дантисти, він коштує набагато дешевше «Фокус» та ін., А працює так само добре.

Якщо робити, то як?

Більшість описаних в джерелах конструкцій дадуть таку якість обробки, що простіше сунути готовий муфель (див. Далі) в будь-яку піч або горн з наддувом. А щоб «довести їх до розуму», витрат знадобиться не менше, ніж на покупку гарною заводської б / у. Тому далі ми зосередимося на печах для дрібних тонких і відповідальних робіт, про які широкому загалу читачів, напевно, взагалі нічого не відомо. Розберемося спочатку в ключових вузлах, а потім перейдемо до конструкцій.

Схема пристрою промислової муфельній печі показана на рис. Її спрощення і здешевлення можна відразу почати з жарової труби: при обсягах камери до 10-20 л і, якщо піч не призначена для озоления і кремації, досить буде невеликого отвору в задній стінці муфеля.

Пристрій промислової муфельній печі

Ця піч - камерна, з горизонтальною вивантаженням, такі простіше і безпечніше в експлуатації. Але в деяких випадках простіше у виготовленні і дешевше виходять печі шахтні, з вертикально розташованим глухим муфелем. У них, крім того, легко забезпечити нагрів без доступу повітря, якщо муфель з кришкою. Але в будь-якому випадку ключовими вузлами будуть система нагрівання, власне камера і термопара для контролю температури. З теплоізоляцією і загальної конструкцією розберемося по ходу справи.

джерело тепла

Кажуть, що муфельну піч можна зробити хоч на дровах. Що ж, якщо знайдуться дрова з теплотворною здатністю більше 14 000 ккал / кг, тоді можна. А ні - обкладати невеликий муфель величезною стосом марно, велика частина тепла піде на збільшення ентропії Всесвіту.

В принципі, необхідну концентрацію тепла може створити кам'яний або деревне вугілля, але тільки в горні з наддувом. Тоді немає сенсу городити цілу піч, досить у міру потреби поміщати муфель в горн, що і робилося в кузні Жанто. Рідке паливо дає тепла на одиницю його обсягу більш ніж достатньо, але саме від нагрівання випаровується. Якщо ці гази не вловлювати і не змушувати гріти муфель, тепло також випарується без толку.

Залишається газ, то чи природний, то чи з газифікатора, і електрику. Перший дешевше на одиницю тепловиділення, з другим простіше звертатися і керувати ним. З цими джерелами тепла і будемо далі працювати.

термопара

Без безперервного контролю температури муфельна піч - просто дорога і небезпечна іграшка, за ступенем нагрівання найчастіше потрібно стежити в закритому об'ємі, тут і досвід коваля не завжди допоможе. Єдиний варіант датчика температур до 1000-1300 градусів - термопара. Але думати, де б «роздобути» платину, не потрібно. Ось два варіанти цілком доступних термопар, працездатних до 1100 градусів:

• Залізо-константан, термо е.р.с. 53 мВ / град.
• Нікель-залізо, термо е.р.с. 34 мВ / град.

Майже без втрати точності залізо можна замінити низьковуглецевої конструкційної сталлю, тобто звичайної м'якої сталевої дротом. Нікелева дріт є в продажу, а константан йде на обмотку шкільних реостатов.

Кінці дротів зварювати не потрібно, достатньо туго скрутити пассатижами. Вони все одно швидко обгорають, що не платина ж. Тоді кінець відкушують з роблять нову скрутку. Зрозуміло, дроту не повинні стикатися між собою крім як в скрутці.

Контроль температури - звичайним побутовим цифровим тестером. Е.Д.С. на кінцях пари буде змінюватися в межах 0,53 (0,34) - 5,3 (3,4) В, «цифровик» такі напруги ловить надійно. У маленькій камері достатньо однієї термопари.

муфель

Кераміка для муфеля потрібна не звичайна, а з хорошою теплопровідністю. Її дають присадки рідкісних металів. Тому зробити муфель самому краще і не намагатися. Де знайти готовий подивимося трохи нижче, а поки покажемо, чим погані саморобки.

Недоліки саморобних муфелей

Зліва на рис. - піч з саморобним муфелем з вогнетривкої глини. По-перше, глина, нехай і шамотна, проводить тепло занадто погано для рівномірного прогріву муфеля. По-друге, для випалу заготовки потрібна температура не нижче, але багато вище робочої. А де взяти на господарстві 1400-1500 градусів, а для шамоту і все 1900? До чого призводить незнання цих умов або нехтування ними, там же і видно.

Гранована камера з фасонних шамотних цеглин (праворуч на рис) вже довговічніше, але гріти її зовні будь-яким способом марно. Шамот проводить тепло хоч і краще, ніж червона цегла, але для муфеля слабенько. Залишається розташувати відкриту електроспіраллю всередині, але, по-перше, для побутових приладів це категорично заборонено.

По-друге, і головне, муфель буде вже не муфелем. Розпечені метали помітно випаровуються, хто бував в літейке, пам'ятає характерний запах. А парам сплаву спіралі діватися нікуди, крім як в деталь або виріб. В результаті - цінний сплав може повністю втратити цінність, зістарений або цементовий метал не набрати міцності або виявитися крихким, а статуетка піти смугами або плямами.

Так де ж взяти муфель?

Кращий варіант - керамічна хімічний посуд, вона продається в магазинах лабораторного обладнання. Форма, розмір - на вибір, забезпечується кришками. Можна підібрати під піч і з горизонтальною, і з вертикальним навантаженням. Висока теплопровідність, відмінна хімічна стійкість.

Для печей з відкритою в двох кінців горизонтальної камерою (печей-труб) відмінно підійдуть шматки трубок від розбитих потужних плавких вставок. Вони виготовляються з електрофарфору. Інша його назва - цирконієва кераміка. Точно така ж, як йде на муфелі ПМ. І теж лита.

Застосовуються такі великі запобіжники на транформаторних підстанціях (ТП) електромереж або розподільних ділянках (РУ) ЛЕП. Внутрішній діаметр - від 5 до 30-40 см. Строгому обліку не підлягають, так що можна прикупити або випросити, не побоюючись в'язниці.

Простіше художникам-керамістам: для випалювання кераміки досить 800 градусів. Тому на муфель печі для випалювання кераміки піде будь-яка фаянсовий або порцеляновий посудина відповідного розміру і конфігурації. Навіть бачок від старого унітазу.

Про шкільні реостатах

Намагатиметься перетворити на муфель шкільний реостат марно: його каркас крихкий, пористий, а обмотка, розжарившись з'єднує безпосередньо. Але реостат як він є тримає температуру в 250-300 градусів. Це робить його придатним для виготовлення саморобних карбонових деталей з вуглетканини сатинового переплетення і смол гарячого затвердіння. Маститі авіамоделісти, наприклад, у такий спосіб формують фюзеляжі, кромки крил, лонжерони, нервюри і стрингери своїх літальних апаратів чемпіонатних класів.

Про електричної потужності

Щоб надалі не грузнути в розрахунках, визначимося відразу з споживаної піччю потужністю. Будемо сподіватися, що розрахувати опір спіралі, діаметр і довжину ніхромового дроту читач зможе і сам, або звернеться до інструкцій з цієї теми. Отже:

1. Печі з закритим муфелем типу ПМ, горизонтальні або вертикальні - 450 Вт / л.
2. Випалювальні печі-ковпаки для дрібної кераміки - 650-700 Вт / л.
3. Печі-труби, тільки горизонтальні - від 1,5 кВт / л.

У всіх випадках передбачається, що теплоізоляція виконана належним чином, а робоча температура 1000 градусів. І врахуйте, потрібна для печі потужність пропорційна ЧЕТВЕРТОЇ ступеня температури! Довжина печі-труби повинна бути не менше 3-5 її внутрішніх діаметрів.

деякі саморобки

Шахтна піч на газі

Схема газової вертикальної муфельній печі показана на рис. В її основі - готовий муфель-химпосуда 1. Розміри конфорки 3 показані умовно; велика від кухонної плити забезпечить нагрів 3-л муфеля до 800 градусів. Загальні пропорції приблизно такі, як на рис. Деяке відхилення не критично.

Газова шахтна муфельна піч

Для нагріву печі купуємо окремо газовий пальник для побутової вручений плити з жиклером і арматурою до неї. Пальник встановлюємо на сталевому листі, заживлюємо від балона з редуктором. Потужність нагріву регулюється, як і в плиті, поворотом ручки жиклера.

Вимоги до корпусу 3 в сталевий обечайке і на ніжках не такі високі, як до муфелем, тому його можна зробити самому. Знадобиться вогнетривка глина (шамотна, каолін або блакитна кембрійських) і розпушений азбест, на наповнення глиняного розчину і теплоізоляцію. При бажанні азбест можна замінити кращим за якістю, але більш дорогим спученим вермикулітом.

Глину для формування корпусу спочатку замочують ( «квасять»): глиняний порошок в посуді заливають водою до верху засипки і залишають «киснути» на добу. Далі розчин замішують до густини пластиліну і додають в нього 25% за обсягом шамотного піску (для шамотної глини) або глиняного піску відповідного сорту.

Примітка: глиняний пісок - це перемелений бій кераміки з даної глини. Є в широкому продажі.

Потім додають 1-2 об'ємних частини пушоного азбесту, і розчин ретельно вимішують. До цього часу потрібно підготувати воскову модель (бовдур) для внутрішньої конічної частини корпусу. Зовнішні частини (щоки, виступи під віночок муфеля) формують або вручну, або на гончарному крузі. Під сталеві ніжки печі відразу робимо отвори. Або формуючи ніжки з тієї ж маси, тільки потім доведеться болгаркою підганяти, щоб піч рівно стояла.

Примітка: робити тест на жирність, як для пічного розчину , не потрібно. Для невеликої цільної і механічно майже не навантаженої деталі природної жирності хорошою глини досить.

Далі слід сушка в тіні при 20-27 градусах протягом 2-х тижнів. Після сушіння віск зсередини виплавляють побутовим феном, він придатний для подальшого використання.

Висохлий корпус спочатку обпалюють способом Робінзона Крузо: роблять під з викладених хоч прямо на землю на суху цегли. Під оточують загородою висотою 0,7-1 м з сталевої сітки або перфорованого листа, щоб потім вугілля не розходилися і доступ повітря був. Ставлять заготовку на під, накривають будь керамічним посудом і завалюють, тільки обережно, паливом (вугіллям, дровами) до верху загородки.

Паливо підпалюють знизу. Коли прогорить до вугілля, додають ще й ще, поки заготівля не сховається повністю під масою розпеченого вугілля. Тоді, ще додаючи палива потроху, підтримують процес 4-6 годин. Далі чекаємо, коли все вугілля прогорять до золи, а зола охолоне. Тільки тепер заготовку можна виймати.

Примітка: випал потрібно виробляти під навісом. Ні краплі води на вогнище!

Остаточний випал корпуса робимо в зібраної печі, з укладеною між щоками теплоізоляцією і одягненою обечайкой. Муфель ставимо на його місце, тільки порожній. Пальник включаємо на найменший вогонь, і поступово, протягом 30-40 хв, доводимо полум'я до найсильнішого. Так гріємо піч годину-півтора, після цього вона готова до роботи.

Печі для кераміки

Найпростіша піч для випалювання кераміки

Найпростіша піч для випалювання дрібної кераміки показана на рис. Побутова електроплитка, глиняний горщик для квітів відповідного розміру - тільки й усього. Потрібно лише під виріб підставити уламок шамотного цегли, щоб спіраль НЕ гріла його безпосередньо з-під низу. Потужність регулюється ЛАТР або тиристорним регулятором.

Вставляти в отвір горщика термопару не обов'язково, процес з такою маленькою печі легко регулюється візуально: в сутінки або похмурий день в кімнаті боки горщика повинні світитися темно-червоним. Коли це світіння з'явиться, починаємо відлік часу випалу, 4-12 годину, дивлячись що обпалюється. Видно перегарту - зменшуємо потужність.

Піч для кераміки з фаянсового барила

Для печі побільше (слід. Рис.) Знадобиться і муфель побільше. Кращий варіант - фаянсовий бочонок (див. Рис. Справа нижче), соління в них все одно виходять неважливими. У днище бочки алмазним свердлом свердлять отвір для термопари і виходу розширився повітря.

Тепер потрібен під. Його збирають на суху з шамотної цегли на сталевому листі і скріплюють рамою з куточка. Всередині, ближче до краю горла барильця, роблять 2-3 кільцеві з переходами канавки і укладають в них спіраль або ТЕН потрібної потужності.

фаянсовий бочонок

Останній етап - зовнішня обичайка з оцинковки. Вона знімна, її надягають після того, як виріб встановлено на підлозі і накрито муфелем. Проміжок між обечайкой і муфелем засипають азбестом або вермикуліту.

Процедура випалу така ж, як в попередньому випадку, але контроль температури вже тільки по термопарі. Бочонок великий, стінки його товсті. Навіть якщо не робити обичайки з засипанням, поки він засвітиться, виріб понюхає.

Печі-труби

Для електропечі-труби досить великого діаметра (скажімо, з корпусу плавкою вставки) дамо насамперед рецепт обмазки нагрівача. Склад - той же, що і для корпусу газової печі, але, по-перше, глину замішують до густоти гарною сметани або рідкого сиру. По-друге, наповнювача-теплоизолятора (азбест, вермикуліт) дають 4-5 об'ємних щодо глини частин.

Наступний момент - намотування спіралі. На корінний (початковий по ходу обмотки) кінець труби туго, впритул один до одного, мотаємо 5-10 витків нихрома і туго схоплює їх металевим хомутом і гвинтом з гайкою і пружинною шайбою (гровером). «Вуха» хомута повинні бути подовженими і з отворами для підведення струму і тепловідведення; про це див. докладніше нижче, в розділі про міні-печі.

Примітка: перші / останні витки грають роль струмознімання. Ніхром має властивість часткової самоізоляції, тому його і пускають на нагрівачі. Просто притиснутий хомутом кінець дроту може дати поганий контакт, а для усунення несправності доведеться ламати піч і робити заново.

Далі мотаємо в 2 проводи: поруч з ніхромовим укладаємо мідний того ж діаметру. На кінці обмотки робимо струмознімання і закріплюємо хомутом, як описано вище. Тепер знімаємо мідь і приступаємо до обмазці. Тинк наносимо шаром в 4-12 мм, як розчин ляже. Потім - тиждень сушіння, часовий прогін на половинній потужності (напруга - в 1,4 рази менше номінального!), І остаточне складання печі, аналогічно описаної нижче.

Примітка: якщо ви вмієте мотати обмотки зі змінним кроком, то витки нихрома краще зганяти до середини труби і розганяти до країв. Так піч виявиться набагато економніше і довговічніше.

Міні-муфель

Резистор типу ПЕВ

Для дрібних робіт в якості готового муфеля з нагрівачем можна взяти дротяний резистор ПЕ або ПЗВ на 50, 100 або 150 Вт (див. Рис.) .. Потужність його вказується на корпусі після типу, напр. ПЕВ-150. Внутрішній діаметр резисторів ПЕВ відповідно близько 20, 30 і 38 мм. Близько - тому що трубки з електрофарфору різні заводи в різні часи застосовували кілька різні.

Величина опору на напругу 220 В для 50 Вт 910-1000 Ом, для 100 Вт - 430-470 Ом, для 150 Вт - 330-360 Ом. Форсувати нагрів зменшенням опору не потрібно, все одно понад 900 градусів така грубка не дасть, а резистор швидко згорить.

Слабке місце ПЕВ як муфеля - контактні хомути, вони зроблені з латуні, тому для них необхідний тепловідвід. Його роблять з мідних смужок завтовшки не менше 2 мм, як показано на слід. рис .. Дуже добре підійде емальована мідна шина для обмоток потужних трансформаторів; емаль дасть додаткову ізоляцію.

Муфельная міні-піч з резистора

Після установки теплоотводов (вони ж ніжки), до клем резистора підключають дроти живлення, а ніжки-тепловідводи ізолюють 2-ма шарами стеклоленти з перетином витків на 50%. Ізоляцію просочують термостійким (не нижче 130 градусів) лаком.

Останні етапи складання - на грубку надягають обечайку з тонкої сталі і набивають її теплоізоляцією. Краї обичайки потрібно заздалегідь вибити або загнути всередину на прямий кут, щоб не прорізали ізоляцію ніжок. Робити повну отбортовку всередину не потрібно, так в обечайке краще буде триматися ізоляція. Все, грубка з резистора готова до роботи відразу після збірки.

на Закінчення

Муфельні печі, особливо маленькі, поки мало поширені серед самодельщиков і майстрів-ІП. А даремно, ці грубки можуть дуже багато.