Муфельная печь своими руками на газу: изготовление газового прибора, как сделать устройство для фьюзинга

Оглавление

Схема и чертеж

Конструирование нагревательного прибора самостоятельно — довольно трудоемкий процесс, но сделать правильно функционирующий агрегат вполне возможно. Принципиальная схема промышленной муфельной печи представлена на рисунке 2.

Рисунок 1. Схема муфельной печи для обжига керамики

Особенностью муфельной печи является расположение нагревательных элементов внутри камеры (муфеля).

Перед началом работы желательно набросать чертеж устройства, чтобы понимать укладку слоев и схемы соединения нагревательных элементов. Чертеж устройства может выглядеть так:

Рисунок 2. Примерный чертеж муфельной печи для обжига керамики.

Главное, чтобы человеку было понятно строение будущего прибора до мелочей. Далее подбирают необходимые материалы, комплектующие и инструменты.

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

Раскладываем на ровном полу боковые и заднюю стенки будущей камеры таким образом, чтобы задняя стенка оказалась между боковыми, как бы получилась «развёртка».
Толщину будущих швов имитируем проволокой диаметром 3-5 мм.
Подгоняем кирпичи друг к другу. При необходимости кирпичи подрезаем на камнерезном станке или болгаркой
Затем размечаем на стенках трассу будущей нагревательной спирали.
На кирпичах прорезаем канавки под спираль.

Вид рабочей камеры изнутри. Верх выполнен в виде свода.

Камера

Кладка кирпичей должна быть очень плотная. Толщина швов — не более 5 миллиметров.

Кладочная смесь разводится водой в соответствии с инструкцией завода-производителя.
Каждый кирпич перед кладкой погружаем в ёмкость с водой на 15-30 секунд, для того чтобы вода заполнила поры кирпича.
Выкладываем донышко будущей печки.
Затем выкладываем стенки.
Вертикальные швы кладки не должны совпадать между собой.
Верх выкладываем в виде свода с замковым камнем.

Дверца

На дверке тоже надо закрепить шамотный кирпич.

Для этого внизу дверки привариваем или закрепляем на клёпки тонкий уголок или квадратную трубу. Уголок будет принимать на себя вес кладки, то есть будет работать не только раствор.
В кладочный раствор добавляем цемент, до 20%.
На металлическую поверхность дверки прикрепляем оцинкованную сетку с ячейкой 20×20 миллиметров.
Дверку снимаем, кладём горизонтально и на ней укладываем шамотный кирпич.

Уплотнение

Для повышения эффективности работы печи, нужно исключить потери тепла через неплотности дверцы. Герметичность можно увеличить термостойким силиконом.

Для этого тщательно обезжириваем кромки кирпича в местах примыкания.
Наносим разделительное средство на торцы стенок камеры в местах примыкания. Это может быть даже солидол.
Наносим «колбаску» из термостойкого силикона на дверку.
Закрываем дверь.
Силикон приклеится на дверку, а на торцы стенок камеры не приклеится из-за разделительного средства. Фактически получится уплотнительная силиконовая лента на дверке.
Разделительное средство с торцов камеры отмываем, например, спиртом.
Силикон не сможет долгое время выдерживать воздействие тепла, поэтому периодически нужно будет делать ремонт для восстановления герметичности дверцы. Заключается ремонт в том, что прокладку из силикона изготавливают повторно так же, как описано выше.

Для исключения потерь тепла очень важно плотно и надёжно запирать дверку рабочей камеры. В полукустарных условиях возможно изготовление винтового или клинового запирающего устройства

Запирающее устройство

Винтовое запирающее устройство

Нагревательная спираль

Прокладываем нагревательную спираль

Для выработки тепла, нам понадобится нагревательный элемент. Его можно сделать из спиралей нихромовой или фехралевой проволоки. Диаметр проволоки — 1 миллиметр, диаметр спирали — 6 миллиметров. Можно приобрести уже готовые спирали, а можно и сделать их самостоятельно. Два электрических контура спиралей позволят ступенчато регулировать тепловую мощность печи. Спирали в канавках закрепляем скобками из этой же проволоки, которые заделываем в шов.

Электрическую часть коммутируем таким образом, чтобы получились три ступени мощности:

Первая ступень мощности: два контура спиралей включаются последовательно.
Вторая ступень мощности: нижняя спираль подключается отдельно. Нижняя ступень предпочтительнее, для того чтобы происходил более равномерный прогрев по высоте камеры.
Третья ступень мощности: оба контура включаются параллельно.

Сушка печи

Сушить печку надо в сухом тёплом месте с вентиляцией.

Продолжительность процесса сушки может быть до нескольких недель.
Не нужно стремиться быстрее высушить печку путем воздействия тепла, если сушить интенсивно и принудительно, то может потрескаться шамотная глина и потребуется ремонт с повторным выполнением кладки.
Перед работой включите самую слабую ступень, и если нет пара, значит, печь просохла.

Итак, мы с вами обсудили как сделать муфельную печь, работающую на электричестве, в кустарных условиях. Не забывайте, что обязательно соблюдение правил техники безопасности выполняя монтаж и ремонт данного высокотемпературного отопительного устройства.

Материалы для изготовления муфеля и крышки печи

Для изготовления печей мы используем самые современные материалы. Для рабочего слоя футеровки (муфель и крышка печи) мы используем легковесный огнеупорный кирпич, который привозим из Германии. Данный кирпич обладает отличными термо-характеристиками, а именно имеет низкую теплопроводность, высокую термо- и жаростойкость. Классификационная температура применения данного кирпича 1430°С. При всем этом кирпич достаточно легкий за счет малой плотности и хорошо обрабатывается механически. Это позволяет фрезеровать пазы в кирпичах под установку нагревательных элементов. Фрезерование обеспечивает наивысшую точность пазов под спираль.

Легковесный огнеупорный кирпич

Крышка печи

Крышка печи изготавливается из двух слоев огнеупорного кирпича. При этом, второй слой перекрывает швы первого слоя, что позволяет увеличить прочность крышки. На большинстве печей западного и Российского производства идет только один слой кирпичей.

Так же в кирпичах выполнены фаски, что предотвращает сколы кирпичей при расширении (нагреве) материала.

Во внешних слоях муфеля и крышки печи мы применяем дополнительные изоляционные огнеупорные слои, которые имеют еще меньшую теплопроводность при значительно меньшем весе.

В качестве таких материалов могут выступать огнеупорные маты из керамического волокна, муллитокремнеземистый картон (МКРКГ) и т.д.

Таким образом, чем меньше теплопроводность материалов, тем лучше тепловые показатели печи.

Материал	Максимальная температура применения,°C	Теплопроводность, Вт/м*К	Плотность материала, кг/м3
Легковесный кирпич	1430	0,28 при 600°C	770
Керамическое волокно	1260	0,27 при 1000°C	128
Картон МКРКГ-400	1150	0,11 при 600°C	400

Комплексное применение данных материалов существенно экономит энергоресурсы, а так же экономит время на разогрев и охлаждение печей. К сожалению многие современные, как западные, так и Российские производители изготавливают печи для обжига из керамики только с применением огнеупорных кирпичей, делая печи менее эффективными.

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.

Варианты самодельных муфельных печей

Наиболее популярные варианты муфельных печей — это конструкции, изготовленные из корпусов высоковольтных предохранителей, духовок, старых стиральных машин и даже глиняных горшков. В качестве теплоизоляции применяют керамический огнеупорный кирпич (шамот) и минеральную вату. Рассмотрим несколько способов, как сделать муфельную печь своими руками:

Электрические печи
Газовые нагревательные камеры
Камеры на твёрдом топливе

Электрические печи

При создании камеры применяют электрические нагревательные элементы (проволоки из фехраля, нихрома, ТЭНы, открытые и закрытые спирали). В качестве теплоизоляции используют огнеупорную керамику (шамотные кирпичи) или минеральную вату типа МКРР 130.

Это интересно: Наковальня из рельсы своими руками:видео, фото — читаем по порядку

Что нужно для работы?

В принципе, все материалы, которые пригодятся вам в процессе создания муфельной печи, мы перечислили:

Листовая сталь
Уголок для изготовления каркаса (если это печь, с горизонтальной топкой)
Теплоизолятор внутренний (шамотный кирпич или плиты ШПГТ-450)
Теплоизолятор внешний (базальтовая вата)
Герметик, для работ с высокими температурами, для стыковки плит или кирпичей
Спираль (Нихромовая или фехралевая проволока)
Труба, для формирования спирали, диаметром 12 мм

Кроме необходимых материалов, вам нужно приготовить все инструменты:

Дрель и сверла
Болгарку
Сварочный аппарат
Ножницы по металлу
Рулетку и карандаш
Строительный уголок
Ножовка по дереву, для распиливания плит ШПГТ-450

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.

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.

Определение

Лабораторная печь муфельного типа – это термонагревательная конструкция, в которой предмет, подлежащий термической обработке, не имеет контакта с нагревающим элементом, а также с веществами, которые выделяются при сгорании топлива. Взаимодействие с различными электрическими спиралями, газами и сажей полностью исключается.

Подобный эффект достигается за счет использования муфеля. Это специальная оболочка, которая может быть выполнена из:

Огнеупорного кирпича,
Керамоволокна,
Особой стали с малой теплопроводностью,
Корунда.

В лабораторных условиях такой способ позволяет проводить сложные химические анализы без влияния на чистые образцы посторонних примесей и веществ, а также обогащать драгоценные металлы.

Корпус муфельной лабораторной печи выполнятся из обычной стали, подлежащей окраске, хотя существует отдельные модели, внешняя оболочка которых сделана из нержавейки. На корпусе располагаются органы управления и индикаторы температуры внутри камеры, в некоторых моделях они могут быть вынесены в отдельный блок.

Классификация

Специальные печи для обжига производятся промышленно. Среди них есть и профессиональное оборудование, которое стоит довольно дорого (от 35 тыс. рублей). Однако покупать такие устройства необязательно. Их можно сделать и своими руками. Существует несколько классификаций печей для обжига. Одним из наиболее важных критериев является рабочая температура.

Наивысшая категория – это оборудование, где нагрев производится до 1400-2000 °С.

Следующая группа – это печи, функционирующие при температуре 900-1400 °С. При умеренных показателях работают агрегаты третьей категории (400-900 °С). И последняя группа характеризуется низкотемпературным режимом (до 500 °С). Наиболее выгодными являются печи с возможностью регулировать температуру.

В зависимости от используемых источников энергии подобные устройства для обжига подразделяются на электрические, газовые и твердотопливные. Промышленные образцы бывают только первого и второго типов. Что касается оборудования, работающего на дровах, то это могут быть только самодельные печи. Использование твердого топлива не способно обеспечить нагрев до высоких температур.

Еще одним важным показателем работы печи является ее мощность. Для небольших агрегатов с объемом камеры до 50 л необходимо руководствоваться следующим правилом: 100 Вт на каждый литр. Если же агрегат отличается большими объемами камеры (100-500 л), соотношение будет другим: 50-70 Вт на 1 л.

По конфигурации печи разделяются на три вида:

Колпаковые.
Трубчатые с вертикальной загрузкой.
Камерные с горизонтальной загрузкой.

К преимуществам трубчатых устройств можно отнести равномерное распределение в них жара. Два других вида больше подходят для серийного производства и обжига крупных изделий. Недостаточно опытным мастерам подойдут печи, оборудованы смотровым окошком, позволяющим контролировать процесс обжига.

Современные агрегаты оснащаются огнеупорными элементами, изготовленными из качественных материалов, которые отличаются небольшой массой и низкой теплопроводностью. Тяжелые конструкции с использованием шамота уже ушли в прошлое.

Подготовка огнеупорного кирпича

Основным и самым первым шагом на пути создания муфельной печи является подготовка огнеупорного кирпича с фасками в нужном месте, для лучшего прилегания стыков при сборке. Для этого возьмем раствор шамотной глины и зальем его в специальные формы.

Важно заметить что:

Шесть или семь (по выбору) заготовок из огнеупорного кирпича необходимо очень тщательно подогнать в стыках, чтобы муфель получился без щелей. Далее требуется все кирпичи прижать друг к другу фасками и зафиксировать в таком положении специальной стяжкой. Ее можно изготовить из металлической ленты шириной 2-3 см. На концах стяжки необходимо предусмотреть приспособления, натягивающие ленту. После сборки получится шести или семигранная конструкция муфеля.
Затем, надо выполнить нескольких поперечных пропилов в каждом огнеупорном кирпиче заготовок. В них будет укладываться нагревательный элемент в виде спирали. Канавки выполняются абразивной пилой. В одной заготовке канавки делают с наклоном, а в остальных — горизонтальными. Расстояние между канавками — не менее 2 см, а конфигурация должна совпадать с диаметром укладываемой в них электроспирали.

Сборка и заливка каркаса

Собрав муфель в одно целое, можно приступать к изготовлению каркаса (кожуха). Для этого необходимо подобрать металлическую трубу нужного диаметра. При этом между кирпичами и каркасом должен быть зазор не менее 150 мм, для лучшей изоляции и снижения теплопотерь электропечи. При отсутствии готовой трубы, кожух можно изготовить самостоятельно из листовой оцинкованной стали.

Сборку муфеля и кожуха печи нужно выполнить в следующем порядке:

Установить огнеупорную конструкцию на ровную площадку.
В двух щитах из теса, толстой фанеры или ДСП вырезать отверстия, соответствующие диаметру кожуха печи.
В один щит вдеть нижнюю часть кожуха, а во второй — верхний торец трубы.
Щиты требуется скрепить так, чтобы они не сползали по гладкой поверхности металла. Это предотвратит деформирование листового металла и случайный сдвиг с места при дальнейших работах.
Затем в пространство между муфельным кирпичом и кожухом аккуратно заливается раствор из жаропрочного и теплоизолирующего материала.

Сборка и проверка печи

Сборка начинается с изготовления дна муфельной печи, которое можно сделать в виде отдельной конструкции. Это облегчит переноску печи по частям к месту ее использования.

Из оцинкованного листа изготавливается цилиндр с диаметром равным размерам кожуха и высотой 25-30 см. К нему приделываются ножки из трубы или профильного металла сечением 2 см, для исключения пожароопасных ситуаций.
На нижнем торце заготовки нужно сделать отверстия и сплести через них проволочную сетку. Она будет удерживающим элементом для залитого и затвердевшего раствора из жаропрочного материала. Аналогично изготавливается и крышка муфельной печи, в которой нужно предусмотреть технологическое отверстие для вентиляции.
В канавках муфеля уложить спираль нужного диаметра, длины и сечения провода, так, чтобы витки не соприкасались. Вывод концов проволоки выполнить через керамические трубки. Остается подвести электропровода и испытать получившуюся конструкцию.

На этом у нас все, встретимся в следующем уроке.

Конструкция и принцип функционирования муфельных печек

Конструкционно эти агрегаты достаточно просты. Печи любых марок, будь то LOIP, SNOL или Nabertherm, состоят из 4-х основных элементов, изготовленных из экологичных материалов. Это:

Корпус из конструкционной стали. Из нее изготавливают также опоры, дверцы и некоторые другие составные части.
Рабочая камера из керамики или огнеупорного волокна.
Нагревательные элементы (проволока или ленты) из нихрома, вольфрама, молибдена и других материалов.
Термоизоляционная оболочка (футеровка), которую составляют волокнистые прессованные блоки.

Корпус защищает и теплоизолирует муфельную печь, принцип работы которой заключается в нагревании веществ или предметов, размещенных в муфеле. А термические операции возможны благодаря наличию нагревательных элементов.

Индукционная муфельная печь своими руками

Муфельные печи – это конструкция, необходимая для творчества ювелиров, кузнецов, других мастеров, работающих с керамикой, с закалкой стали. Обычно индукционная муфельная печь для плавки дорогостоящая, но есть возможность сделать ее своими руками.

Необходимые материалы и инструменты

6 шамотных кирпичей, огнеупорных.
Силикон термостойкий.
Болты и гайки.
Сталь не менее 2 мм.
Трубка небольшого диаметра, стальная.
Дрель.
Металлические кусачки.
Сверла различного диаметра.
Сварочные принадлежности.

Изготовление конструкции

Монтаж основной части. На внутренних сторонах шамотных кирпичей выпиливаем поперечные отверстия. Они служат для установки нагревательной спирали. Такие пазы увеличивают объем печи, то есть внутреннего пространства, с которым работать эффективнее. Кирпичи складываем и закрепляем в форме призмы. Ликвидируем щели.
Изготовление стенок. Используемые материалы: кантал, фехраль, нихром. Устанавливать материалы можно совершенно любым способом, но лучше сложить их кругом. Так, не будет перепада температур, так негативно влияющих на процесс термической обработки.

Фото 2. Основная часть муфельной печи собирается из шамотных кирпичей, в которых выпиливаются отверстия.

Установление теплоизоляции. Эффективность зависит от степени удерживания температуры внутри конструкции. Сама теплоизоляция – это смесь, состоящая из 0,8 частей цемента и 0,2 частей перлита. Смесь между призмой и стенками должна настояться около 48 часов.
Изготовление дна. Создаем изогнутую заготовку для нижней части изделия, прикрепляем четыре маленьких кусочка стальной трубы – это ножки, на которые будет опираться печь. Внутрь изделия наливаем цементную смесь, после застывания прикладываем проволоку в виде сетки, для создания ровного и одномерного слоя. В конце наносим тальк.
Изготовление крышки. Одного размера с дном создаем заготовку, прикрепляем к нему ручки. Крышку заполняем раствором с цементом и перелитом.
Изготовление спирали. Нихромовую проволоку с сечением 0,1 см и прут из железа радиусом 3 мм. После снятия с прута проволоки получаем спираль. Витки не должны соприкасаться. Готовая спираль помещается в прорези, сделанные на первых этапах производства.

Фото 3. Спираль из нихромовой проволоки помещается в специальные прорези в огнеупорных кирпичах таким образом, чтобы витки не соприкасались.

Сборка и сушка печи. Собираем все элементы печи, устанавливаем их и просушиваем. Сушить изделие положено в хорошо продуваемом и вентилируемом месте. Применение нагревательных приборов в процессе сушки строго-настрого запрещено.

Внимание! В процессе создания необходимо с аптекарской точностью соблюдать все пропорции, указанные выше. Точно, скрупулезно, внимательно работать с каждым материалом, проверять его на наличие дефектов. Главная сложность – принципиальное выполнение инструкций

Главная сложность – принципиальное выполнение инструкций.

1300 градусов