Чем можно заменить муфельную печь
Как сделать муфельную печь для закалки металла и обжига керамики своими руками
Сделанная муфельная печь своими руками позволяет в домашних условиях заниматься обжигом керамики, закалкой и плавкой металла. Для творческих и мастеровитых людей такие печи просто незаменимы в осуществлении их деятельности.
Слово «муфель» означает ограниченное пространство, изолированное как от внешней среды, так и от непосредственного контакта с топливом и продуктами горения. В камере может создаваться высокая температура — до 1250 0 С и более, чем добиваются нужных высокотемпературных изменений в структуре обрабатываемых материалов. В данной статье речь пойдет о том, как сделать муфельную печь своими руками в условиях домашней мастерской.
Назначение оборудования
Для чего нужна самодельная нагревательная камера в бытовых условиях? Она может предназначаться для различных нужд: обжига керамических изделий, закалки режущих стальных элементов и плавки металлов. Термичка камеры может нагреваться как за счёт электроэнергии, так и работать на газу.
Внешняя форма и внутренняя конструкция печи может принимать разные конфигурации. Главная задача заключается в том, чтобы добиться в ограниченном пространстве ёмкости определённого температурного режима.
Виды и условия обработки сырья
Основные способы обработки материалов в самодельной камере — это:
Обжиг керамики
Процесс получения готовых керамических изделий связан с обжигом заготовок из сырой глины и последующим покрытием их глазурью. В домашних условиях сделанная муфельная печь своими руками может производить обжиг сразу нескольких экземпляров посуды и других поделок. В термообработке важно выдержать ровный режим нагрева камеры. Теоретически обозначить точные временные рамки обработки материала при определённой температуре невозможно — это достигается практическим путём.
Материалы из глины, помещаемые в домашнюю муфельную печь для обжига, делят на 3 группы:
Фарфор
Высохшую глину подвергают термообработке в два этапа. Первичный обжиг производят в интервале от 800 0 С до 1000 0 С. Глина набирает прочность и обретает пористость. Затем её окунают в ёмкость с глазурью. Повторный обжиг осуществляют при разных температурах, в зависимости от назначения:
Фаянс
Применение тугоплавкого сырья при обжиге практически не образует жидкой фазы. Для созревания черепка изделия его обрабатывают при температуре 1200 — 1250 0 С. Повторная термическая обработка с нанесённой глазурью производится при нагреве 900 — 1000 0 С. Если требуется нанести роспись, то в третий раз возвращаются к первичному уровню температурного режима.
Майолика
Используют красные тугоплавкие глины. Термообработка требует точного соблюдения режима нагрева. При нагреве 950 0 С получаются рыхлые непрочные изделия. При нагреве 1050 0 С, сырьё спекается в непригодную, плотную стекловидную массу. Чтобы точно выдержать степень нагрева 1000 0 С, необходимо встроить в камеру термопару с подсоединением печи к цифровому дисплею.
Повторный процесс обработки глазурованных материалов производят при температуре 900 — 950 градусов.
Закалка режущих металлических изделий
Упрочнение режущих поверхностей стальных инструментов путём термообработки называют закалкой металла. Закаливание металлических изделий делали люди с древних времён. Суть процесса заключается в обжиге металла до получения изменения структуры кристаллической решётки (полиморфное преобразование).
Металл доводят в нагревательной камере до раскалённого состояния при температуре 750 −850 0 С. Следует отметить, что некоторые марки стали закаляют в условиях более высокого нагрева, в пределах от 1250 до 1300 градусов. Затем печь для закалки освобождают от раскалённых изделий, которые после подвергают резкому охлаждению в масляной среде или в воде. Таким образом добиваются повышения твёрдости металла.
Данный процесс важен для упрочнения режущих поверхностей стальных инструментов (ножей, свёрл, зубил, фрез и прочего). Закалку (отпуск) лучше производить в масляной среде. При отпуске раскалённого металла в воде, его поверхность покрывает масса пузырьков пара, что замедляет процесс.
Как правило, закалке подвергают готовые инструменты или заготовки из нержавеющей стали. Для этих изделий обычно не требуется закалочная камера большого объёма, поэтому лучше всего для этого подходит муфельная печь из предохранителя. Описание создания такой конструкции будет дано ниже.
Плавка цветных металлов
Муфельную печь удобно использовать для плавки цветных металлов, но к олову и свинцу это не относится. Температура их плавления настолько низка, что достаточно воспользоваться газовой горелкой бытовой кухонной плиты.
Для того чтобы расплавить такие металлы, как медь, бронзу и латунь, потребуется нагревательная ёмкость. Жидкую массу металла получают в тигле, которую затем заливают в специальные формы. Домашние мастера льют различные элементы декора светильников, мебели, статуэтки и многие другие поделки.
Температура плавки цветных металлов:
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
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.
Пошаговые инструкции изготовления муфельных печей
Инструкция сборки печи из корпуса высоковольтного предохранителя
Нагреть такую камеру можно до 1300 градусов. В камере удобно производить закалку стальных инструментов, расплавлять в тигле небольшую отливку из цветных металлов.
Изготовление муфельной печи из электрической духовки
Духовка бытовой электрической плиты идеально подходит в качестве муфельной печи для обжига керамических изделий. Духовой шкаф оборудован двумя ТЭНами, установленными вверху внутри и внизу снаружи камеры. Камера изолирована фольгированной минеральной ватой. Мощности нагревательных элементов хватает для разогрева муфеля до 300 градусов. Чтобы достичь требуемого уровня нагрева до 1300 0 С, поступают следующим образом:
Сборка такой печи для обжига керамики имеет ряд премуществ:
Как сделать муфельную печь из несгораемого сейфа
Внутренняя ёмкость несгораемого сейфа — это уже готовый муфель.
Получается отличная муфельная печь, в которой можно плавить цветные и драгоценные металлы. Чем больше внутренний объём несгораемого шкафа, тем больше возможностей для одновременной обработки мелких деталей или обжига объёмной керамики.
Изготовление простой мини муфельной печи
Для этого понадобится:
Приступают к сборке, следуя пунктам инструкции:
Инструкция сборки газовой муфельной печи
Нагрев ёмкости можно обеспечить газовой горелкой. Горелку помещают внизу шамотного колодца и подключают к газовому баллону.
Для изготовления газовой муфельной печи потребуется:
Приступают к сборке печи, следуя следующим пунктам инструкции:
Вместо газовой горелки в стенках из шамота закрепляют колосники от газовой водонагревательной колонки. Это даёт равномерный нагрев всего объёма ёмкости.
Нагревательные камеры на твёрдом топливе
В качестве муфеля на твёрдом топливе (дровах и угле) используют духовку домашней печи частного дома. Как правило, такая духовка может использоваться для закалки металлических изделий, приведения металлов в жидкое состояние с низкой температурой плавления. Для установления точных уровней высоких температур такая печь не годится.
Изготовление шамотной плитки своими руками
Лучший вариант — приобрести бывшую в употреблении футеровку доменных печей. Если такой возможности нет, огнеупорные кирпичи можно изготовить своими руками:
Самодельные тигли
В продаже можно найти тигли самых различных размеров. Для муфельной печи, собранной своими руками, может понадобиться тигель индивидуальной формы. Сделать самостоятельно такой сосуд нетрудно:
Процесс обжига и глазуровки детально описан в главе данной статьи «Обжиг керамики». Самостоятельное изготовление тигля не займёт много времени и сэкономит деньги.
Многообразие возможностей для изготовления различных моделей муфельных печей позволяет выбрать наиболее эффективную конструкцию для конкретного вида работы.
Муфельная печь для обжига керамики своими руками
Сам термин «муфельная печь» для большинства людей ни о чем не говорит. Нет, это не очередная разновидность отопительных приборов, позволяющих сэкономить на топливе. Это прибор, предназначенный для обжига керамических изделий, выплавки металлов, купелирования, создания монокристаллов и т.д. В медицине используются для обеззараживания инструментов.
Фото 1 Муфельная печь для обжига
Несмотря на компактные размеры, бытовой агрегат обойдется в 35-48 тысяч рублей, что довольно дорого для изготовления hand-made и керамики. Поэтому многие и занимаются поисками, как сделать муфельную печь своими руками. Предлагаем вооружиться рядом инструментов, вспомнить школьный курс физики по термодинамике и приступить к изготовлению.
Разновидности муфельных печей
По конструктивным особенностям устройства подразделяются на:
По виду термообрабатывающего состава:
Изготовить в домашних условиях можно только лишь воздушную муфельную печь, поэтому именно о ней и пойдет речь в статье.
По особенностям термоэлектрического нагревателя:
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.
Фото 2 Схема промышленной муфельной печи
Изготовление устройства
В данном случае мы расскажем, как сделать вертикальную муфельную печь для обжига керамики своими руками.
Для этого вам понадобятся следующие инструменты:
Основные элементы
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.
Фото 3 Старая духовка в виде корпуса муфельной печи
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.
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.
Фото 4 Нагревательный элемент
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.
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.
Фото 5 Огнестойкий клей Терракот
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
Первый пункт можно пропустить тем, кто в качестве корпуса использует старую духовку.
Как сделать корпус
Вырезаете из листа прямоугольник нужного размера, загибается в цилиндр и заваривается шов. Далее из этого же листа вырезаете круг соответствующего диаметра и привариваете его к цилиндру. У вас получается подобие металлической бочки, стороны и дно которой стоит усилить арматурой и уголками.
Объем бочки рассчитывается таким образом, чтобы достаточно места было и для изоляции (ваты и кирпичей) и для обжигаемых материалов.
Фото 6 Корпус печи из бочки
Корпус может быть и прямоугольным – форма никак не влияет на качество печи и эффективность разогрева. На видео вы посмотрите, как сделать прямоугольную муфельную печь своими руками из аналогичных материалов.
Видео 1 Муфельная печь своими руками с описанием
Термоизоляция печи
Фото 7 Высокотемпературные маты
Почему именно такая разновидность минеральной ваты выбрана? По нескольким причинам:
К корпусу вата крепится специальными керамическими пуговицами
Фото 8 Крепим вату к корпусу печи
Берете 7 кирпичей, нумеруете их для удобства, составляете в подобие трубы. Далее обрезаете торцы болгаркой так, что труба получилась максимально круглой.
Фото 9 Разметка огнеупора муфельной печи
Когда кирпичи нарезаны и собраны, стягиваете их проволокой и проверяете, насколько симметричной получилась конструкция.
Имейте в виду, что эксплуатация печи возможна только при условии непрерывного контроля температуры. Иначе это просто дорогая, но очень опасная игрушка. Единственный реальный вариант датчика таких высоких температур (более 1000 градусов) – термопара. Платину для этого не надо искать, вполне подойдет такой вариант:
Фото 10 Прокладка нагревательной спирали
Фото 11 МП сделана своими руками
Фото 12 Готовая конструкция помещается в стальной корпус
Включать можно только тогда, когда полностью высохнет вся конструкция. Через 3-5 дней после изготовления включите прибор на полную мощность, но не закрывайте крышкой – если где-то начинается испарение, отключите и оставьте еще на сутки.
Изготовление крышки
Напомним, когда печь работает, она должна быть закрыта. Излишнее попадание воздуха внутрь приведет к быстрому износу нихрома.
Самая простая муфельная печь для керамики
Для изготовления такого простейшего прибора понадобится только обычная электрическая плитка, глиняный горшок и кусок шамотного кирпича.
Муфельная печь из горшка
Техника безопасности
Несмотря на относительную простоту изготовления, среди домашних мастеров такой прибор не сильно распространен. «Виной» этому высокие расходы на электричество. Кто-то считает, что можно сделать муфельную печь и на дровах – ну если получится найти полено, у которого теплотворная способность 14000 ккал/кг, тогда да, получится. Хотя все же лучше в качестве таких «дров» использовать кузнечный горн – именно в таких условиях и была изобретена первая в истории подобная печь.
Если у вас еще остались вопросы, как сделать муфельную печь своими руками, посмотрите видео инструкцию.
Простая мощная муфельная печь
Материалы и инструменты, которые использовал автор:
Список материалов:
— печной кирпич (шамотный);
— стекловата (или другой изолятор);
— кастрюля из нержавеющей стали (подходящих размеров);
— нагревательный элемент – проволока х23ю5т длиной 18 метров и сечением 1 мм;
— контроллер температуры REX C-100 ;
— реле FOTEK SSR-40 DA ;
— термопара для высоких температур ;
— корпус блока питания от компьютера.
Список инструментов:
— болгарка с диском по бетону;
— чертежные принадлежности и бумага;
— зажимы;
— токарный станок;
— дрель.
Процесс изготовления печи:
Шаг первый. Работаем с кирпичом
Для начала нам нужно особым образом обрезать кирпич, чтобы выложить из него печь. Автор соорудил для таких целей специальную станину для болгарки. Кирпич используется шамотный, такой продается во многих строительных магазинах. Режется кирпич очень просто при помощи болгарки и диска по бетону. Всего автор использовал для своего проекта 6 кирпичей.
Шаг третий. Сборка печи
В качестве корпуса для печи используется кастрюля из нержавеющей стали. Плюс в этом таков, что нержавейка не боится сильного нагревания. Между кирпичом и кастрюлей есть зазор в 3 см, сюда укладывается изолятор в виде минеральной ваты. Конечно, такой изолятор слабоват и печь имеет повышенную теплопотерю. В будущем автор хочет изменить конструкцию, эта была сделана в качестве эксперимента.
Не забываем также установить кирпичи на дно печи и установить изолятор. В стенках кастрюли сверлим отверстия и выводим концы спирали для подключения ее к источнику питания.
Вот и все, печь можно тестировать, автор решил в качестве эксперимента расплавить алюминий. В качестве тигля была использована эмалированная кружка с отрезанной ручкой. Печь без труда справилась с такой задачей.
Конечно, для более эффективной работы нужно будет еще улучшить изоляцию и изготовить крышку для печи. В целом, самоделка получилась удачной, надеюсь, вам проект понравился. Удачи и творческих вдохновений, если решите повторить. Не забывайте делиться своими самоделками с нами!
Прототип муфельной печи из доступных и недорогих материалов, для отжига стекла
Инструменты.
Для распиливания пенобетонных кирпичей, применялась ручная ножовка. Сверление отверстия в пенобетоне (выводы нагревателя) – сверло по металлу. Для сварки выводов нагревателя, использовался небольшой сварочный инвертор с графитовым электродом, но можно и обойтись.
Материалы
Кроме готового муфеля, были использованы четыре блока из пенобетона. Немного асбестового картона, нихромовая проволока, смесь огнеупорная кладочная, сопутствующие мелочи.
Выполнен из нихромовой проволоки. Мощность рассчитывается по методике. Проще всего взять готовый нагреватель – новую (старые хрупки) спираль от электроплитки на подходящую мощность. Спираль выравнивается, измеряется ее длинна и по геометрическим размерам муфеля, рассчитывается число витков и шаг намотки. Грани муфеля размечаются (шаг) карандашиком и наматывается нагреватель. Для фиксации шага намотки и вообще расползающихся витков, нагреватель обмазывается огнеупорным составом. Здесь был применен состав для кладки огнеупорных кирпичей «Терракот», обратите внимание на характеристики.
Толщина слоя обмазки получилась около 5мм, дополнительный вывод посредине муфеля – средний. Было намотано две обмотки от электроплитки, шаг намотки получился около 4мм. Намотки соединены последовательно. Получилось меньшее значение мощности из рекомендуемого диапазона для этого объема камеры – что-то около 300 Вт/л.
Короткие выводы нагревателя (нихром) были приварены к медным проволочкам сварочным инвертором отрегулированным на самый маленький ток – около 10А. Электрод графитовый, от вышедшего из строя гальванического элемента. Флюс – сухая бура или раствор буры в воде (вариант – в борной кислоте).
Дополнительно, скрученная часть проволочек была изогнута петелькой и зажата в части винтовой клеммы.
Испытание, прототип печи
Бьётся в тесной печурке огонь,
На поленьях смола, как слеза.
Мне в холодной землянке тепло… Дмитрий Хворостовский.
Для испытаний, муфель должен быть оснащен теплоизоляцией. Первый вариант теплоизоляции, был на скорую руку – из толстого асбестового шнура. Им в несколько слоев был обмотан муфель. Температура контролировалась термопарой (тип К или хромель-алюмель) – в начале, штатной, входящей в состав мультиметра, затем, подключенной к самодельному блоку управления на основе температурного ПИД-контроллера.
Термопара мне досталась довольно короткая – около 300мм. На фото – ее концы пропущены сквозь стенку блока управления и подключены непосредственно к винтовым клеммам термоконтроллера. Муфель и блок управления, пришлось расположить Т-образно.
При испытаниях выяснился пренеприятный момент – асбестовый шнур, является «асбестовым» лишь условно – снаружи у него действительно были асбестовые пряди, внутри же, нечто вроде ваты. Все это начинает сильно дымить и разрушаться при температуре выше 400°С, в то время, как «правильный» асбест работает до 800°С. Именно этот шнур и подвел меня при испытаниях предыдущего муфеля – из талька с жидким стеклом.
Начавший разрушаться шнур удалил, заодно, можно было оценить повреждения глиняной обмазки нагревателя. Она оказалась в очень хорошем состоянии, нашлась одна несчастная трещина. В качестве испытательной теплоизоляции, решено было применить вспененный бетон – Юрий Николаевич Бондаренко – ученый, стеклодув, астроном в переписке, советовал применять теплоизоляцию из крошки пенобетона – дешево и уверенно работает до 600°С. Он применяет такую теплоизоляционную засыпку для цилиндрических керамических (керамическая труба от реостата) и металлических муфелей.
Поскольку мой муфель с прямыми стенками и углами, решено было применить целые блоки из пенобетона. Кроме прочего, это позволило сложить без склеивания, из подогнанных блоков, некий прототип муфельной печи. Это дает возможность некоторое время, смиряясь с неудобством при эксплуатации, пользоваться печью, с тем, чтобы оценить темп разрушений не предназначенного для таких температур материала. По окончании испытательного срока, сделать вывод – стоит ли делать металлический каркас с дверцей и механизмом открывания.
Поверх огнеупорной обмазки, обмотал муфель несколькими слоями асбестового картона. Это очень хороший, недорогой материал, вокруг которого несправедливо раздута совершеннейшая истерика. Бояться его не нужно, нужно с уважением относиться к некоторым особенностям работы с потенциально опасными веществами и материалами. В данном случае – не следует регулярно дышать асбестовой пылью. Любые операции по формовке асбестового картона, лучше проводить, предварительно намочив материал. Размочив его хорошенько, можно практически вылепливать из асбеста нужные детали. Здесь, был применен старый, бывший в употреблении асбест, двух сортов. До полного высыхания, изоляция скреплена бандажом из медной проволоки.
На торцевом кирпиче, сзади, сделаны два пропила для медных выводов нагревателя и просверлено отверстие для термопары.
На Али Экспрессе был приобретен комплект из трех термопар К-типа. Безкорпусные, из толстых проволок, в специальных керамических «бусах» с двумя каналами в каждой. Длина каждой термопары – около 300мм. Применять их без специальных «компенсационных» проводов довольно неудобно. Чтобы не ждать долгой доставки, сделал их, провода, из лишней родственной (также К-типа) безкорпусной термопары от мультиметра. Она недорогая и сделана из весьма тонких гибких проволочек. «Тестерная» термопара уже неоднократно применялась в разных местах, в результате всех ее эволюций, существенно укоротилась, пришлось, скрепя сердце задействовать еще одну жесткую, освободив ее от керамики.
Заключение, выводы, ошибки
Печь в таком виде использовалась чуть больше месяца, практически каждый день. По сравнению с фото, между низом печи и столом организован зазор в 40…50мм, для вентиляции – при первых включениях испарялась влага из пористых пенобетонных блоков. Печь просто поставлена на два деревянных бруска – при рабочей температуре 550°С, внешние стенки нагревались весьма умеренно – не выше 40°С при многочасовой работе. Разрушения теплоизоляции также незначительны – на внутренней поверхности, блоков неглубокие трещины. В целом, состояние хорошее, можно делать металлический каркас.
На фото самая «разрушенная» плита – верхняя, на ней единственной, глубокая трещина, остальные части выглядят существенно лучше. Теплоизоляция исследовалась периодически и можно сказать, что основные ее разрушения появились в первое время эксплуатации, в соответствии с теорией надежности.
Существенных ошибок, как будто бы, допущено не было, тем не менее, кое-что можно улучшить. Во первых низковат «темп нагрева» – чуть маловата мощность нагревателя. Печь набирает рабочую температуру, но за два с хвостиком часа. Это явилось следствием применения готовых спиралей от электроплиток. Их две, соединены последовательно. Можно соединить параллельно, но особенной нужды нет. Низкий темп нагрева позволит удобнее работать со стеклом, снижает термоудар, что в нашем случае (применение дешевых материалов общего назначения) весьма полезно. При штатной работе в мастерской никаких неудобств не испытывается.
Выводы нагревателя. Надо сказать, что красивое соединение медь-нихром сделать так и не удалось – удовлетворительное, но и только. Вероятно, дело в сильно разных материалах. Медь-медь или нихром-нихром сваривается значительно лучше, и здесь есть интересная возможность – сделать не греющийся вывод от греющегося нагревателя. Вывод следует сделать также нихромовой проволокой, но значительно большего сечения (двумя-тремя сложенными такими же). Сопротивление вывода будет намного ниже, греться он не будет, а сваривать придется однородные материалы. Ну, или вовсе не возиться со сваркой и сделать выводы той же проволокой, что и мотали нагреватель – оставить длинные концы, потом заделать их в керамические или глиняные «бусы».