Изготовление муфельной печи для плавки и закалки металла своими руками

При производстве различных изделий из керамики или металла требующих термической обработки применяется муфельная печь. При обработке изделий может использоваться модель, изготовленная на заводе или самодельная муфельная печь с соблюдением всех требований и регламентов по технике безопасности. Муфельная печь своими руками должна быть оснащена тенами достаточной мощности для выполнения различных операций связанных с термообработкой изделий.

Принцип работы муфельной печи

Основная составляющая муфельной печи – это муфель, который изготавливается чаще всего из керамики. Этот материал является универсальным для изготовления печи разного рода. Бывают еще корундовые муфели, но их применяют только в химической среде.

Вокруг муфеля наматывается обогревательный элемент в виде проволоки и замазывается это керамической обмазкой.

Вокруг муфеля располагается теплоизоляционный материал и все это обшивается металлическим корпусом из листа металла толщиной 1,5-2 мм.

Так как нагрев печи начинается вокруг муфеля, то достичь больших температур (выше 1150 градусов) не представляется возможным. В связи с этим производители разработали специальный волокнистый материал для изготовления муфеля, который позволяет располагать нагревательные элементы изнутри. Это дает возможность увеличить температурный предел муфельных печей. Но недостатком волокнистого материала является его недолговечность: под действием газовых испарений, солей и масел от нагреваемого материала волокно разрушается.

Сегодня для высокотемпературных муфельных печей применяют японские очень качественные нагревательные элементы, которые позволяют достигать в печи температуры до 1750 градусов.

Печи, работающие на газообразном топливе, изначально имеют более высокие температурные показатели.

Для более равномерного нагрева рабочей камеры некоторые производители встраивают вентиляцию. А для вывода продуктов сгорания существует вытяжной механизм, который через трубу выводит дым и пар из печи.

Для контроля и регулирования температуры в печи используется электронный терморегулятор, который соединяется с нагревателем и термопарой. Терморегулятор позволяет контролировать не только температуру, но и время выдержки изделия в печи. Причем эти показатели имеют очень высокую точность, особенно в лабораторной муфельной печи, ведь от их значения и полученного результата зависит точность проводимых исследований.

Муфельная печь: делаем своими руками

В муфельной печи подвергают термической обработке различные материалы. В ней можно делать обжиг, выжиг, закаливание, выплавку металлов, стекла, керамики, воска. Многофункциональность агрегата обеспечивается большим диапазоном нагрева: 20-1000ºC. Необходимость иметь устройство приводит к решению сделать его самостоятельно, так как в торговой сети цены на такие агрегаты высокие. Собирается муфельная печь своими руками достаточно быстро, если подготовлены все материалы. Несколько дней займет просушка, так как потребуется делать кладку из шамотного кирпича.

Как работает муфельная печь?

Для того, чтобы сделать муфельную печь, надо представлять принцип ее работы. Топливом можно использовать газ, уголь, электричество и даже дрова. При этом самостоятельно лучше сделать электрический агрегат. Он состоит из нагревательной камеры и теплоизоляции, сберегающей тепло. Аккумулятором этого тепла является огнеупорный кирпич. Термообработку осуществляют в рабочей камере — муфеле, именно поэтому печь получила такое название.

В домашних условиях для муфеля используют любую огнеупорную форму, например, фарфоровую, из керамических плит. Также ее можно сделать из шамотной глины или кирпича. Следует учитывать, что температура плавления формы должна быть выше температуры плавления используемого для термообработки материала. В домашних условиях самодельная муфельная печь применяется для плавки небольшого количества металла или для закаливания инструмента. Именно поэтому достаточно сделать ее небольших размеров.

Материалы для сборки муфельной печи

Для сборки агрегата понадобятся следующие материалы и оборудование:

  • болгарка,
  • огнеупорный кирпич,
  • сварочный аппарат,
  • металлический корпус, например, ведро; листовая сталь, если корпус придется делать своими руками,
  • стальные уголки в качестве ребер жесткости для днища корпуса (привариваются снаружи),
  • теплоизоляция, например, асбестовые листы, крошка, веревка или базальтовая вата,
  • проволока сечением 1 мм для спирали ТЭНа, например, нихромовая; лучше купить готовую спираль.

В первую очередь определяются с корпусом. От его размеров зависят габариты рабочей камеры. Это относится к готовой конструкции, например, если используют стальное ведро или старую газовую духовку. Корпус можно сварить самостоятельно из листовой стали, тогда сначала делают муфель, затем определяют, какие габариты должны быть у корпуса.

Также муфельная печь своими руками может изготавливаться другим способом. Рабочую камеру можно слепить из шамотной глины или раздобыть керамическую трубу среднего диаметра. В зависимости от этого технология работ будет отличаться.

  1. Для муфеля из огнеупорного кирпича: надо соединить кирпичи в круг. Для этого их боковые грани обрабатывают болгаркой до получения скосов. Далее на каждом кирпиче делают канавки такой ширины, чтобы в них поместилась спираль. На всех кирпичах, кроме одного, они располагаются горизонтально, а на одном — под уклоном. Он обеспечивает переход спирали на 1 уровень ниже.
  2. Если в качестве корпуса используется духовка, ее надо обложить внутри шамотным кирпичом. Кладку делают глиняным раствором, смешивая огнеупорную глину, кварцевый песок и шамотный порошок. Также можно купить специальную кладочную смесь для печей, каминов. Во всех вариантах изготовления муфеля кирпич кладут с толщиной шва не более 5 мм. После высыхания кладки в ней делают канавки для спирали шириной 6-7 мм. Между ними соблюдают расстояние 2 см.
Читайте также:  Какая марка телевизора самая лучшая и надежная

Изготовление спирали для муфельной печи

Проволоку из нихрома сечением 1 мм наматывают на стальной прут с гладкой поверхностью. Достаточный диаметр витков 6 мм. Надо следить, чтобы они не соприкасались во время намотки. Спираль укладывают в подготовленные в кирпичах канавки. Далее следует предотвратить их выпадение из этих канавок при нагреве. Для этого можно сделать тонкую замазку из шамотной глины или использовать проволоку. Если для муфеля применяется керамическая труба, проволока наматывается с ее наружной стороны. Следует соблюдать расстояние между витками 2 мм.

Окончание сборки муфельной печи

Кирпичную или керамическую рабочую камеру помещают в стальной или чугунный корпус, на дно которого предварительно уложен теплоизолятор. С наружной стороны дно укрепляют стальными уголками, так как шамотный кирпич утяжелит конструкцию. Между стенками камеры и корпуса должно быть пространство от 4 см. Именно в него закладывается утеплитель. Крышку изготавливают из 2-х слоев металла и утеплителя между ними. Следует предусмотреть ручку для открывания.

Если для изготовления муфельной печи использовали старую газовую или электрическую духовку, то утеплять ее не требуется. В ее конструкции теплоизоляция предусмотрена производителем. Следует отметить, что такой агрегат выгодно изготавливать, если нужна печь средних размеров. Пазы для спирали делают в боковых и задней стенках. Выводы подключают к выключателю, расположенному с наружной стороны герметичной дверцы.

Материалы и элементы

Для самостоятельного изготовления муфельной печи потребуются следующие материалы:

  • стальной лист толщиной 2,5 мм или корпус от газовой плиты, стиральной машины или небольшого холодильника;
  • металлические уголки или труба;
  • шамот – огнеупорный кирпич;
  • связующий раствор с огнеупорными свойствами;
  • силикон или термостойкие прокладки;
  • терморегулятор и автомат-стабилизатор (25 А)
  • нихромовая проволока с сечением 1-2 мм, из которой делают спираль;
  • базальтовая вата;
  • петли, розетка, электрические провода.

Разновидности и отличительные особенности

Создание практичной муфельной печи будет требовать не только наличие соответствующего материала, но и необходимость изучить детально конструкцию данного вида изделия.

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.

Основные виды муфельных печей

По особенностям конструкции печи могут быть:

  • трубчатыми;
  • цилиндрической формы;
  • вертикального расположения;
  • горизонтального расположения (простейший вариант).

Термическая обработка может осуществляться в воздухе, вакууме либо инертном газе, но в домашних условиях возможен лишь первый вариант.

В зависимости от типа ТЭНа муфельные устройства бывают:

  • газовыми;
  • электрическими.

Эксплуатация приборов на газу обходится дешевле, но их самостоятельное изготовление запрещено законом. Электрические обходятся дороже, но обладают существенным преимуществом – возможностью точной регулировки температурного режима.

Важно! Самодельной муфельной печи можно придать любую форму и габариты, выполнить ее в стиле, который бы подошел к общему интерьеру дома.

Устройство промышленной муфельной печи

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.

Читайте также:  Инструмент для обжима труб и фитингов в Москве

Легковесный огнеупорный кирпич

Легковесный огнеупорный кирпич

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
Материалы для изготовления муфеля и крышки печи

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.

Система коммутации и управления муфельной печью

Пример комплекта для создания электротехнической части муфельной печи.

Блок управления печью включает в себя несколько приборов, которые собираются в одну общую схему. К таким составляющим электронной части муфельной печи относятся:

Термопара, «рабочая» передняя часть которой находится в муфельной камере, проводится через заднюю стенку.

Вариант расположения термопары внутри муфельной камеры.

Сигнальные провода, идущие от термопары, подключаются к терморегулятору. Он отслеживает температуру, созданную внутри муфеля, и при достижении требуемого верхнего порога передаёт управляющий сигнал на реле, которое размыкает цепь питания нагревательного элемента. При понижении температуры до заданного уровня, происходит обратный процесс – реле включает питание нагревателя.

Реле, установленное на задней наружной стенке муфельной печи. Играет основную коммутирующую роль в электрической схеме печи.

Как правило, все коммутационные элементы электрической схемы располагают на задней стенке, непосредственно на ней, или обустроив для их закрепления ту или иную подставку (кронштейн, полку). На фасад же печи для удобства работы выносится терморегулятор, клавиши переключателей и индикаторы, показывающие режим работы прибора.

Пример расположения органов контроля и управления на лицевой стенке муфельной печи

Таких индикаторов может быть несколько. Например, общее питание, режим нагрева спирали, режим «простоя» нагревателя.

Рекомендуемая электрическая схема при использовании терморегулятора Ш-4501. Но и с другими терморегуляторами принципиальные отличия невелики.

На иллюстрации выше показана рекомендуемая схема подключения с использованием терморегулятора Ш-4501. В полной комплектации прибора он уже может быть оснащен встроенным реле, так что в дополнительном коммутационном устройстве надобность даже отпадает – останется только правильно подсоединить кабель питания, выводы нихромового нагревателя и сигнальные провода термопары.

Компактная муфельная печь с блоком коммутации и управления на базе терморегулятора Ш-4501

Муфельную печь, как уже говорилось выше, можно запитать и от более современного готового блока питания и управления. И нужно сказать, что это более безопасный и надежный вариант, правда, довольно дорогой. Удобство состоит в том, что при возникновении необходимости использовать блок управления для других нужд, его можно отключить от муфельной печи и подключить к другому прибору.

Советы по самостоятельному изготовлению

  1. Разделение шамотового кирпича и сверление отверстий для установки нагревательного элемента.
Советы по самостоятельному изготовлению

При создании из шамотового кирпича любая гончарная закалка нуждается в использовании нагревательного элемента. И если есть необходимость разместить соответствующее решение, то потребуется выполнить надрезы и технические полости в материале керамики. Лучше всего предварительно разметить все расположение элемента и уже потом прибегать к выполнению надрезов. Все это можно выполнить дома, применив простые электроинструменты.

Советы по самостоятельному изготовлению

Стоит начинать с пропиливания швов, применяя отрезную машинку, с особым алмазным кругом. А далее необходимо будет удалить полученные участки керамики. И тут лучше всего применять дрели перфоратор. Так как это позволит избежать растрескивания и повреждения материала и каждого из элементов. Не стоит использовать молоток и долото, ведь при ударе, могут образоваться трещины, которые в последствии приведут к негодности каждого из элементов.

Советы по самостоятельному изготовлению
  1. Выбор маленькой или большой муфельной печи.
Советы по самостоятельному изготовлению

Выбранные и создаваемые самодельные печи должны быть получены с пониманием технических процессов, в которых они буду принимать участие. И тут встает закономерный вопрос, создавать более объёмную печь или выполнить более миниатюрное решение. В случае переплавки ювелирных изделий будет достаточно минимального количества внутреннего пространства. Это позволит более практично использовать изделия и не будет требовать дополнительного помещения.

Советы по самостоятельному изготовлению

Но вот в случае кузнечного дела, необходимо будет создать более весомые конструктивные решения, которые будут позволять выполнять расплавку и закалку металла.

Советы по самостоятельному изготовлению

Смотрите видео, в котором пользователь подробным образом демонстрирует устройство муфельной печи, изготовленной своими руками:

Советы по самостоятельному изготовлению

Советы по самостоятельному изготовлению

Печи для керамики

Простейшая печь для обжига мелкой керамики показана на рис. Бытовая электроплитка, глиняный цветочный горшок подходящего размера – только и всего. Нужно лишь под изделие подставить обломок шамотного кирпича, чтобы спираль не грела его непосредственно из-под низу. Мощность регулируется ЛАТРом или тиристорным регулятором.

Печи для керамики

Вставлять в отверстие горшка термопару не обязательно, процесс с такой маленькой печи легко регулируется визуально: в сумерки или пасмурный день в комнате бока горшка должны светиться темно-красным. Когда это свечение появится, начинаем отсчет времени обжига, 4-12 час, смотря что обжигается. Виден перекал – убавляем мощность.

Читайте также:  Как правильно держать молоток? Разновидности молотков

Для печи покрупнее (след. рис.) понадобится и муфель побольше. Лучший вариант – фаянсовый бочонок (см. рис. справа ниже), соления в них все равно выходят неважными. В днище бочонка алмазным сверлом сверлят отверстие для термопары и выхода расширившегося воздуха.

Печи для керамики

Теперь нужен под. Его собирают на сухую из шамотного кирпича на стальном листе и скрепляют рамой из уголка. Внутри, ближе к краю горла бочонка, делают 2-3 кольцевые с переходами канавки и укладывают в них спираль или ТЭН нужной мощности.

Последний этап – внешняя обечайка из оцинковки. Она съемная, ее надевают после того, как изделие установлено на полу и накрыто муфелем. Промежуток между обечайкой и муфелем засыпают асбестом или вермикулитом.

Печи для керамики

Процедура обжига такая же, как в предыдущем случае, но контроль температуры уже только по термопаре. Бочонок большой, стенки его толстые. Даже если не делать обечайки с засыпкой, пока он засветится, изделие пережжется.

Разновидности муфельных печей

По конструктивным особенностям устройства подразделяются на:

  • трубчатые или цилиндрические;
  • горизонтальные или вертикальные.
Разновидности муфельных печей

По виду термообрабатывающего состава:

  • воздушные;
  • вакуумные;
  • на основе инертного газа.

Изготовить в домашних условиях можно только лишь воздушную муфельную печь, поэтому именно о ней и пойдет речь в статье.

По особенностям термоэлектрического нагревателя:

Разновидности муфельных печей

Безусловно, газовая печь обойдет в эксплуатации в 3-4 раза дешевле электрической, за счет экономии топлива, но такую печь, во-первых, запрещено по закону изготавливать и использовать, во-вторых, сделать муфельную печь своими руками на газу технически крайне сложно.

За счет простых материалов печь можно изготовить в любой удобной форме, в том числе и такой, которая идеально подойдет к интерьеру помещения.

Изготовление устройства

В данном случае мы расскажем, как сделать вертикальную муфельную печь для обжига керамики своими руками.

Разновидности муфельных печей

Для этого вам понадобятся следующие инструменты:

  • углошлифовальная машина (болгарка) и 1-2 круга;
  • электро-дуговая сварка и электроды;
  • слесарный инструмент, в том числе кусачки;
  • 2-миллиметровая нихромовая проволока.
  • 2,5 мм стальной лист или корпус б/у духовки;
  • уголок;
  • арматура;
  • базальтовая вата;
  • огнеупорный шамотный кирпич;
  • огнеупорный раствор;
  • герметик силиконовый.

Основные элементы

Разновидности муфельных печей

Корпус

Идеально в качестве основы самодельной муфельной печи для фьюзинга или купелирования подойдет корпус электрической духовки или чудо-печки, поскольку в ней уже предусмотрена вся необходимая изоляция. Понадобится только снять или удалить все пластиковые элементы.

Если не получилось найти такую духовку, корпус можно сварить из листа, предварительно нарезанного на заготовки. Свариваете все боковины, зачищаете металлической щеткой или болгаркой швы и покрываете грунтовкой.

Изготовление корпуса из листов, хотя и чуть более сложное, но позволяет сделать ту конструкцию, которая подходит по размерам под конкретное помещение.

Разновидности муфельных печей

Нагревательный элемент

Ключевой компонент устройства, поскольку именно от него зависит температура в печи и скорость нагрева. Также нужно будет сделать и терморегулятор для муфельной печи своими руками, либо приобрести уже готовый. В качестве нагревательного элемента будет выступать нихромовая проволока, диаметр которой подбирается в зависимости от максимальной температуры. Минимальный и самый расходный диаметр – 1,5-2 мм.

Нихром на стандартной спирали выдерживает 1100 градусов, но необходимо исключить попадание воздуха, иначе он сгорит. Лучше всего в муфельную печь подойдет фехраль – его рабочая температура 1300 градусов, да и с воздухом он «дружит».

Любая электрическая муфельная печь, даже самая маленькая, изготовленная своими руками, при разогреве до 1000 градусов затрачивает около 4 кВт. Перед использованием проверьте всю проводку и установите автомат-стабилизатор на 25 А.

Разновидности муфельных печей

Термоизоляция

Важнейший аспект работы, который отвечает за целостность и эффективность всей конструкции. Внутри муфельной печи устанавливается на огнестойкий клей шамотный кирпич. По размеру печи его обрезают болгаркой. Сверху используется базальтовая вата.

На некоторых форумах по изготовлению муфельных печей рекомендуют использовать для кладки асбест. Это действительно огнестойкий материал, но уже при температуре 650 градусов+ он начинает выделять канцерогены.

Изготовление самодельной муфельной печи

Разновидности муфельных печей

Первый пункт можно пропустить тем, кто в качестве корпуса использует старую духовку.