Муфельная печь — преимущества, устройство, цены и сфера применения

Муфельная печь — это нагревательное устройство, внутри которого расположен специальный кожух — муфель. Он отделяет внутреннее рабочее пространство от топки (нагревателей). Таким образом, внутренняя камера защищает рабочую зону от угарных газов, а нагреваемые детали — от взаимодействия с этими газами. Как устроен муфель и изготавливается ли муфельная печь своими руками?

Муфельные печи: преимущества и недостатки

Муфель защищает зону нагрева от газов или продуктов испарений нагревательных элементов. Это создаёт условия для термической обработки деталей, для насыщения их поверхности определёнными элементами (углеродом, азотом, хромом). Также муфель используют для переплавки золота, обжига изделий из глины.

Кроме защитных свойств, внутренняя камера обеспечивает равномерное распределение температуры по всей рабочей зоне. Это создаёт одинаковые условия для термической обработки деталей на поддоне.

Из недостатков муфелей стоит отметить низкую скорость нагрева до высоких температур, а значит, сложность скоростных режимов термической обработки в таких печах. Кроме того, разогрев самого муфеля требует дополнительного расхода энергии, а значит муфельные печи — более затратны в эксплуатации, чем печи без муфеля.

Муфельные печи: сфера применения

Перечислим сферу применения муфельных печей:

1. Металлургическое производство и исследования в металлургических лабораториях. В муфельных печах разного размера проводят термическую обработку деталей из различных сплавов — закалку и отжиг, отпуск и состаривание. Также в муфелях проводят насыщение поверхности углеродом, азотом, алюминием, кремнием, другими элементами (цементирование, азотирование, цианирование, диффузная металлизация — хромирование, алитирование).

2. Переплавка золота и цветных сплавов, при которых недопустимо насыщение сплава посторонними примесями. В такой переплавке необходимо ограничить контакт сплава с продуктами горения или с продуктами окисления нагревательных элементов.

3. Обжиг керамики — используется в процессе производства керамических изделий (посуды, скульптурных украшений из глины). Высокотемпературный обжиг обеспечивает прочность керамической поверхности и её водостойкость.

4. Сушка электропроводящих материалов и элементов.

5. Стерилизация инструмента (в медицине).

6. Сжигание (кремация).

Особенности муфельной печи для плавки металлов

Как устроены муфельные печи: конструкция

Главный конструктивный элемент печи — муфель. В его камеру загружают детали для термической обработки (или золото для переплавки, медицинский инструмент для температурной обработки, керамику для обжига). Муфель делают из химически инертного материала.

Камеру муфеля располагают внутри печи. При этом пространство между наружным кожухом и внутренней камерой заполняют теплоизолятором. Качественная теплоизоляция определяет КПД работы устройства, а также его безопасность (ограничивает сильный нагрев кожуха и не допускает возможности обжечься об него).

Нагревательные элементы располагают снаружи муфеля или в его стенках. Они нагревают внутреннюю камеру, которая в свою очередь передают тепло рабочему пространству. Работой нагревательных элементов управляет регулятор. Он контролирует температуру и время нагрева, весь процесс термической обработки. Уровень автоматического регулирования влияет на цену нагревательного устройства. Чем больше регулирующих функций, тем дороже печь.

Муфель: конструкция и материалы

Для изготовления внутренней камеры используются следующие материалы:

• керамика;
• керамическое волокно;
• корунд;
• огнеупорный (шамотный) кирпич.

Выбор материала для изготовления муфеля определяется условиями работы и предназначением печи. Например, муфель из огнеупорных волокон используется для нагрева в нейтральной среде. Корундовые камеры — можно использовать в химических средах. А вот керамический муфель — универсален. Благодаря инертности его используют для различных задач (переплавки, термической обработки, обжига).

В один и тот же корпус можно загружать муфели из разных материалов (для разных целей нагрева и обработки). Таким образом, внутренняя камера является сменным элементом, который может иметь вид горшка или колпака, загружаться с боку или сверху. Конструктивно муфели делят на следующие группы:

1. Колпаковые (они загружаются сверху в виде колпака, после нагрева отделяются от пода).
2. Горшковые (также загружаются сверху, но имеют вид ёмкости, от пода не отделяются).
3. Простые (садку загружают с боку печи).

Нагревательные элементы

Для нагрева стенок внутренней камеры устанавливают нагревательные элементы. В качестве них используется проволока из термостойкого металла или сплава. При прохождении тока по проволокам они разогреваются и выделяют тепло. Для увеличения площади отдачи проволоку наматывают в виде спирали.

Также различают открытые и закрытые нагреватели. Открытые нагреватели имеют более высокую скорость нагрева, при поломке — легко заменяются новыми. Но при этом — быстрее окисляются (из-за нагрева) и чаще выходят из строя.

Закрытые нагреватели располагают внутри стенок муфеля. Они защищены от окисления, поэтому более долговечны. Недостатки: более длительный нагрев и большая стоимость ремонта (в случае поломки необходима замена всего муфеля).

Виды муфельных печей

Муфельные печи классифицируют по нескольким признакам. По способу нагрева их делят:

• электрические;

• газовые.

По виду защитной атмосферы:

1. Воздушные (муфель ограничивает смешивание воздуха между рабочим пространством и нагревателями).
2. Вакуумные (внутри муфеля создают разреженное пространство — вакуум).
3. Печи со специальной атмосферой — пространство внутри муфеля заполняют специальным газом (инертным, азотирующим, восстанавливающим и др.).

Рабочая температура внутри печи может варьироваться от +400ºC до 2500ºC. По этому признаку муфельные печи классифицируют на типы:

1. Для умеренного нагрева — до 500ºC.
2. Для средних температур — до 900ºC.
3. Для высоких температур — до 1400ºC.
4. Для сверх высоких температур — до 2000-2500ºC.

Примечание: Температура нагрева определяет цену печи. Чем сильнее нагревает печь, тем выше её стоимость. Кроме того, цены муфелей зависят от размеров и функциональной оснастки (наличия термопар, вида нагревателей, автоматики).

Муфельная печь своими руками

В домашних условиях своими руками можно собрать простую конструкцию печи. При этом муфельная печь «своими руками» будет работать на электричестве. Главный элемент — муфель — можно изготовить из глины или сложить из шамотного кирпича.

Для глиняного муфеля делают заготовку из картона или фанеры. Полученный короб покрывают слоем глины толщиной от 1 см, сушат до затвердевания (3-5 дней) и обжигают в угольной печи. Температура обжига составляет 700-800ºC. Этого достаточно для остекловывания глиняной структуры и получения прочной внутренней камеры.

Полученный керамический муфель обматывают проволокой (нихромовой или фехралевой, диаметром 1 мм) — она будет работать в качестве нагревательного элемента. Для того чтобы закрепить проволоку на кожухе, её покрывают вторым слоем глины (который также сушат и обжигают в угольной печи). Концы проволоки для дальнейшего подключения к электросети отставляют открытыми.

Для складывания шамотного муфеля в каждом кирпичике проделывают канавки (для расположения нагревательных спиралей). После складывания кирпичей в канавках располагают спиральную проволоку. Для закрепления в канавках спираль обмазывают глиной или укрепляют проволокой.

Готовую внутреннюю камеру размещают в металлическом корпусе. Его сваривают из листов стали толщиной 2 мм и более. В корпусе оставляют отверстия для подсоединения к нагревательной проволоке.

Внутрь кожуха помещают готовый муфель, подсоединяют контакты и делают теплоизоляцию. В качестве изолирующего материала используют базальтовую вату или асбестовую крошку (асбест — более вредный вариант, при его нагреве выделяются канцерогены).

Примечание: Такая муфельная печь своими руками позволяет обжигать изделия из керамики. Для металлургического отжига или переплавки цветных сплавов необходима печь промышленного производства.

Самостоятельное изготовление муфельной печи

Печи СНОЛ: цены и модели

Производитель электропечей СНОЛ (SNOL) предлагает различные нагревательные печи и камеры. Муфельные варианты СНОЛ — это лабораторные электропечи для термической обработки деталей в воздушной среде. Они обустроены электрическими спиральными нагревателями и прямоугольной внутренней камерой. Сфера применения печей СНОЛ: термическая и химико-термическая обработка, нагрев образцов, прокаливание.

Модельный ряд СНОЛ предоставляет печи с разными рабочими температурами и разным объёмом рабочего пространства. Рабочие температуры СНОЛ составляют 100-1300ºC. В моделях под заказ рабочие температуры могут быть выше — до 1600ºC. Объём рабочих камер — 3, 6 или 10 л. Используются полузакрытые и закрытые нагреватели. В модификациях с объёмом рабочей камеры 3 и 6 л нагреватели расположены с трёх сторон. В модификациях с камерой 10 л — нагреватели с 4-х сторон внутренней камеры.

Материал муфеля — керамика или волокно. Есть модели СНОЛ, в которых внутренняя камера выполнена из нержавеющей стали, из кирпича. Модульная конструкция печи позволяет при необходимости быстро и несложно заменить любой элемент.

Качество и надёжность работы нагревательных устройств СНОЛ обеспечивают японские программируемые терморегуляторы, фехралевые нагреватели.

Цены на печи СНОЛ — демократичны.

Муфельная печь — устройство, необходимое для работы металлургической лаборатории. Оно также востребовано в ювелирном деле и керамическом производстве, используется в медицине (для обработки инструмента). Конструкция отличается простотой. Для отжига керамических изделий муфель можно изготовить своими руками. Для более ответственных видов химико-термической обработки лучше приобрести печь заводского изготовления. Это будет гарантировать её качество и безопасность.

Описание работы муфельной печи Snol-7.2/1100