Муфельная печь: назначение, устройство, применение, изготовление

Муфельные печи – отнюдь не современные устройства. Идея создания печей для обжига керамики и термической обработки металла или стекла зародилась достаточно давно.

Основная особенность муфельной печи заключается в возможности нагрева материала опосредованным путем, то есть без прямого контакта с пламенем или иным источником тепла.

Основу конструкции составляет муфель – керамическая емкость, выполняющая сразу несколько функций.

1. Во-первых, она изолирует материал от продуктов сгорания топлива (газов, золы, смол).
2. Во-вторых, керамика обеспечивает равномерный подвод тепла внутрь камеры.

Таким образом, муфельные печи могут служить устройствами для осуществления производственных процессов и лабораторных исследований.

Посмотреть эту публикацию в Instagram

Публикация от Kovaleva Natalia (@kovaleva.gallery)

Современные печи работают от электричества. На первый взгляд может показаться, что при наличии электронагревателей необходимость керамической капсулы отпадает, но это ошибочное мнение. Обжиг керамики или термообработка металлов являются сложными процессами, и необходимые условия их реализации можно создать только в муфельных печах.

Муфельная электрическая печь – что это такое

Муфельная печь – это оборудование, которое позволяет создавать оптимальные условия для лабораторных исследований и производственных процессов, связанных с нагреванием материалов и изделий. Абсолютное большинство этих агрегатов работает от электричества. Чтобы Электропечи оптимально соответствовали своему назначению, их изготавливают из качественных материалов.

При работе с муфельными печами необходимо четко придерживаться правил техники безопасности

История возникновения муфельных печей

Муфельные печи впервые были применены во Франции. Их появление связано с именем известного каретного мастера Жанто, семейство которого сооружало экипажи для королевского двора и знатных вельмож. Им была изобретена рулевая трапеция в конце 17 — начале 18 вв., но испытания ее все время срывались из-за поломки опытных осей. Ситуация изменилась в лучшую сторону, когда к мастеру пожаловал русский дворянин, желавший заказать знаменитому европейскому каретнику изготовление роскошного экипажа. Он должен был стать подарком Петра Первого хану из Бухары.

Попробовав ось на прочность, этот заказчик рассказал Жанто, как ее улучшить. Сначала нужно было выполнить цементирование в муфеле, изготовленном из материала, в состав которого входят истолченные в порошок рога крупного скота. И только после этого осуществлять закалку. Такая технология обработки позволяла стали оставаться внутри вязкой, а снаружи – иметь твердую каленую корку.

Муфельная печь, сконструированная французским мастером, называлась системой сооружения осей

Сферы, где применяются муфельные печи

Во многих сферах используется муфельная печь, применение ее достаточно широко. Прибор необходим для термической обработки, а также хранения разнообразных образцов и материалов в определенных температурных условиях.

Разберемся, для чего нужна муфельная печь, оборудование используется для:

• Закалки, отпуска, плавки и прочих операций с металлами.
• Термического обжига керамики.
• Озоления и кремации.
• Высушивания всевозможных веществ.
• Аналитических исследований.
• Выращивания монокристаллов.
• Производства ювелирных изделий и сувениров.

Муфельные печи применяют при работе со стоматологическими материалами, драгоценными металлами и прочими типами материалов

Основные разновидности муфельных печей

Все виды муфельной печи условно разделить по таким признакам как:

• Назначение (промышленные, лабораторные, ювелирные, учебные).
• Вид конструкции (горизонтальная и вертикальная загрузка, трубчатые печи).
• Среда обработки (воздушная, газовая, вакуумная).
• Вес (от 18 кг).
• Объем рабочей камеры (от 3 л).
• Степень нагрева (умеренная, средняя, высокотемпературная).

Если же рассматривать подробнее муфельную печь и что это такое, то модели можно разбить по типу нагрева на электрические и газовые.

Муфельные печи по назначению бывают лабораторными и учебными, промышленными, ювелирными и т.д.

Преимущества и недостатки муфельных электропечей

Что такое муфельная печь – это нагревательная техника, имеющая широкий диапазон рабочих температур и обеспечивающая точность их регулировки. Кроме удобства загрузки и выгрузки обрабатываемых материалов, среди преимуществ теплообразующих приборов можно выделить:

• Равномерность прогревания материалов без перепадов температурных показателей.
• Скорость остывания образцов после термообработки, для перехода к следующим производственным этапам.

Герметичность закрывания дверей позволяет минимизировать потери тепла и увеличить эффективность

Но муфельная печь, назначение которой заключается в воздействии высокими температурами на поверхности, имеет и ряд особенностей, которые некоторые пользователи считают недостатками. К ним относят:

• Невозможность использовать технику при температурах выше 1300° С.
• Относительно невысокая термостойкость муфеля, определяющая количество выдерживаемых теплосмен (нагрев-охлаждение).
• Необходимость дополнительной электроэнергии для разогрева самого муфеля.

Муфельные печи характеризуются значительной тепловой инерционностью, которая в разных случаях рассматривается как плюс или минус оборудования

Критерии выбора

Муфельная печь выбирается с учетом возможности создания необходимых условий в камере, продиктованных областью применения. Особое внимание уделяется следующим параметрам:

• допустимая нагрузка. Агрегаты мощностью до 5 кВт можно подключать к бытовой сети. Для более мощных печей необходимо наличие трехфазной сети 380 В.
• температурный режим. Приборы с нагревом до 900° применяются для работы с керамикой, для лабораторных целей подойдут модели с температурным режимом свыше 1100°.
• функциональность. Для каждого процесса нужен агрегат с определенными размерами, массой, а также методом загрузки материалов.
• объем камеры. Для выполнения разных операций выбирают печи с разным объемом. Для лабораторных работ достаточно печи с объемом до 30 л, обжиг керамических изделий потребует устройство с камерой до 200 л.

Среди достоинств муфельных печей можно выделить разнообразие технических характеристик, благодаря чему можно подобрать агрегат нужного объема, температурного режима, размера.

В нашем интернет-магазине вы можете приобрести широкий ассортимент муфельных печей разной ценовой категории. Обращайтесь!

Как устроена электрическая муфельная печь

Рабочей емкостью электрической муфельной печи является так называемый муфель. Это керамический или волоконный резервуар полуцилиндрической формы, нагреватели в котором встроены в стенки, т.е. являются внутренними или закрытыми. Существуют электропечи для керамики и фарфора со стационарными муфелями, а также такие, что оснащены стационарной нагревательной камерой и сменным муфелем. В любом случае, при закрытых нагревательных элементах обрабатываемые материалы и предметы защищены от прямого излучения нагревателей. А те, в свою очередь, – от воздействия агрессивных паров и летучих веществ, выделяемых при нагреве.

Устройство муфельной печи

Из чего состоит конструкция муфельной электропечи

Муфельная электропечь представляет собой устройство, состоящее из нескольких элементов:

• Рабочей камеры. В ней происходит нагревание разных веществ и предметов.
• Корпуса. Выполняет защитную и теплоизолирующую функции.
• Нагревательных элементов. Обеспечивают выполнение термических операций.

Проволока или ленты расположены в камере, они могут быть частично или полностью открытыми или же – абсолютно закрытыми.

Принцип работы муфельной печи

Рассматривая муфельную печь, ее устройство и принцип работы, можно сказать, что за прошедшие века оборудование прошло множество трансформаций и видоизменилось. Только суть его функционирования осталась неизменной. Детали или вещества, помещенные в муфель, изолируются от внешней среды и равномерно нагреваются со всех сторон.

Вредные вещества, которые могут выделять образцы в процессе нагрева, выводятся при помощи системы вентиляции. Кроме того, в печах предусмотрена естественная или принудительная конвекция

Нагревательные элементы муфельных электропечей

Как видно на многих фото, муфельная печь выполняет термообработку благодаря нагревателям. Они могут быть разной формы и размеров. В зависимости от этих показателей может потребоваться разное количество рабочих элементов. Располагаются они по всему периметру загрузочного блока, при этом могут отличаться:

• Конструкцией (трубчатые, ленточные, спиральные и т.д).
• Материалами изготовления (нихром, фехраль, вольфрам, хромит и т.д).
• Способом обустройства (закрытые, открытые).

Самая распространенная форма нагревателей – спираль, созданная из проволоки с отменными показателями термостойкости и сопротивления

Система управления муфельной электропечью

Современная муфельная печь – устройство, которое дает возможность обрабатывать различные материалы, удобно в обращении благодаря модулям управления. Сегодня механические, аналоговые модели используются все реже, на смену им пришли электронные и программируемые терморегуляторы. С их помощью можно быстро и четко:

• Задавать любые термические значения.
• Выставлять градиенты и время включений.
• Контролировать текущие тепловые показатели.
• Проводить термообработку с высокой точностью.
• Устанавливать время и температурные отметки нагрева.
• Определять период выдержки и время охлаждения и т.д.

Современные модули позволяют программировать даже сложные рабочие циклы оборудования

ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ

3.1. Не заполнять ковш доверху металлом. 3.2. При контроле плавления металла в печи пользоваться специальными очками или смотровым стеклом. 3.3. При вынимании ковша из печи стоять на безопасном расстоянии от расплавленного металла, переносить ковш с расплавленным металлом осторожно, не расплескивая жидкий металл. 3.4. Стоять как можно дальше от заливаемой или только что залитой расплавленным металлом формы. 3.5. Не допускать ударов по ковшу с расплавленным металлом. 3.6. Не оставлять металл на дне ковша, не ставить ковш на сырое место. 3.7. Шлак и остатки металла счищать только сухими и подогретыми 3.8. Не вводить в ковш с расплавленными материалами холодные 3.9. Случайно пролитый расплавленный металл убирать немедленно.

Купить муфельную печь или сделать ее самостоятельно

Разобраться, как пользоваться муфельной печью, вполне возможно самостоятельно, а вот как изготовить данный прибор – понять не совсем просто. Рассмотрев даже неполный перечень необходимых исходных материалов и схематическое описание процесса сооружения дает понять, что самостоятельное изготовление муфельных печей – дело достаточно сложное. Рынок же предлагает большой выбор самых разных их моделей, что позволяет найти лучший вариант.

Что значит муфельная печь, выполненная в строгом соответствии с технологическими требованиями, знают работники лабораторий, цехов и мастерских – оборудование не только ускоряет множество процессов, но и позволяет выполнять их с предельной точностью.

Изготовление муфельной печки в домашних условиях

Как сделать муфельную печь своими руками

Независимо от того, по какой схеме изготавливается муфельная печь, конструкция прибора будет состоять из следующих элементов:

• Муфель. Делать его самому лучше и не пытаться, т.к. нужна керамика с высокой теплопроводностью, которую могут обеспечить лишь присадки из редких металлов. Выйти из положения поможет приобретение готовой керамической посуды в магазине лабораторного оборудования.
• Огнеупор. В качестве первого слоя можно положить асбестовые плиты и волокно, а также шамотный кирпич, что по стоимости будет дешевле всего. Для связки лучше взять огнеупорную смесь для кладки.
• Корпус. Многие «самодельщики» используют старые холодильники, которые обязательно укрепляют, особенно дно. Это можно сделать с помощью обварки стальным прямоугольным уголком.
• Нагревательный элемент. Есть готовые спирали, но при желании можно намотать их самостоятельно из нихромовой или фехралевой проволоки.

Для надежной облицовки корпуса применяется базальтовая вата

Инструменты и материалы для изготовления муфельной печи

Применение муфельной печи актуально в различных сферах. В зависимости от условий эксплуатации и типа обрабатываемых образцов, для производства оборудования применяются:

• Конструкционные стали. Они используются для изготовления корпуса (кожухи), опоры, дверцы и некоторых других элементов.
• Высокоглиноземистые материалы и огнеупорное волокно. Их применяют для сооружения рабочих камер – муфелей.
• Нихром, фехраль, вольфрам, молибден, тантал. Эти и другие материалы служат основой для нагревательных элементов муфельной печи.
• Волокнистые прессованные блоки. Они составляют высокоэффективную термоизоляционную оболочку (футеровку).

Обязательное условие для используемых материалов – экологичность, жаростойкость и ударопрочность

В качестве инструментов для создания муфельной электро печи применяют:

• Дрель и набор сверл.
• Болгарку, отрезные и шлифовальные круги.
• Сварочный аппарат, электроды, струбцины и магнитные уголки.
• Ножовку.
• Шуруповерт.
• Рулетку, металлическую линейку и строительный угольник.

Для конструирования муфельной печи понадобятся приспособления по работе с металлом и деревом

Пошаговый процесс изготовления муфельной печи

Прежде чем приступить к конструированию, подготовьте чертеж муфельной печи, все данные в котором будут выведены при помощи формул и точных вычислений. Убедитесь, что у вас имеются все необходимые комплектующие и приспособления. После подготовки составных частей начинают их подгонку, среди многочисленных этапов которой:

• Укладка кирпичей на дно и стенки будущей муфельной печи.
• Уплотнение двери, которое можно осуществить с помощью силикона, а иногда создают винтовое запирающее устройство.
• Прокладка нагревательной спирали и т.д.

При выборе оптимального объема рабочей камеры учитывайте размер объектов, которые будут обрабатываться

Промышленная газовая горелка — устройство

Так, а теперь перекусим интересностями… Муфель расположен в верхней части горелки.

Вот собственно там находится и муфель…

На фото муфель фирмы Бюттнер. Бюттнер является лидером в производстве котлов и горелок для сушки стружки. Фирма производит как модернизацию старого оборудования так и монтаж и наладку современных установок. Основная задача муфеля, сохранять тепло внутри горелки, предохранять все части от перегрева…

Муфель состоит из огнеупорного кирпича, если бы его не было, то вся электроника и газовые форсунки быстро сгорали от высокой температуры. Существует два муфеля, малый и большой.

Со временем от перепадов температур, особенно в зимний период (остановка и запуск сушильного отделения), муфель начинает осыпаться и это делает технологический процесс сушки стружки пожароопасным.

Дело в том что маленькие раскаленные камешки с температурой около 1000 градусов поступают в сушильный барабан и там контактируют с сухой стружкой, может произойти возгорание…

После выхода из строя муфеля, выгорания и осыпания огнеупорного кирпича, а это к сожалению происходит. При этом при более высоких температурах происходит более часто. Так вот после выхода муфеля из строя, необходимо просто снять всю установку и сделать новую обмуровку новым огнеупорным кирпичом.

Основные расчеты для изготовления муфельных печей

Исходя из того, для чего предназначена печь муфельная выбираются и ее оптимальные характеристики, и возможности. Чтобы работа агрегата была продуктивной и безопасной, нужно провести множество расчетов. Потребуется определить:

Параметры электрического нагревателя электропечи муфельной

Как выглядит муфельная печь – камера с дверью, внутри которой находится нагреватель. От того, правильно ли вы подберете составляющие, зависит, будет ли функционировать агрегат. Среди прочего стоит уделить внимание не только предполагаемой мощности нагревателя, но и его:

• Материалам изготовления.
• Размещению.
• Конструкции.

Нужно определить сечение и длину проволоки, которая будет применена для создания нагревателя. Например, минимальный диаметр для спиралей из:

• Нихрома – (7÷10) × d.
• Фехрали – (4÷6) × d.

Все расчеты нужно тщательно проверять, чтобы не допустить быстрого сгорания нагревателей и пожароопасных ситуаций

2. Мощность и силу тока муфельной печи

Чтобы муфельная печь, описание функционирования которой можно найти на разных тематических форумах, выполняла все поставленные задачи, необходимо высчитать:

• Мощность. Найти оптимальный показатель можно исходя из объема печи. В таблице ниже представлены рекомендованные соотношения показателей.

• Сила тока. Для расчета используется формула: P÷U, где P – мощность, U – напряжение.

Объем камеры измеряется в литрах, тогда как удельная мощность ваттах

Оптимальную длину проволоки электропечи муфельной

Учитывая, для чего используется муфельная печь, необходимо правильно подобрать размер проволоки. Имея значение её общего и удельного сопротивления, используемой в качестве нагревательных спиралей, можно найти длину проводника.

Сопротивление нагревательного элемента (R), определяется по формуле U÷I, где U – напряжение, I – сила тока.

Мощность тока влияет на выбор сечения проволоки – если используются комплектующие с недостаточными возможностями, слишком большой ток быстро их перегреет, расплавит или вызовет перегорание

Удельную поверхностную мощность муфельной электропечи

Некоторые модели печи муфельной могут вырабатывать разное количество тепловой мощности. Проводник образует определенное число энергии на всей своей площади. Можно определить, каким должен быть этот показатель, чтобы поверхность не утратила эксплуатационных и механических свойств. Превышать допустимое значение не рекомендуется, иначе спираль быстро выйдет из строя. Чтобы избежать этого необходимо сделать просчет с проволокой большего диаметра или увеличить длину нагревательного элемента.

Вычисляется показатель βдоп по формуле: βэф × α, где βэф – эффективная удельная поверхностная мощность, α – коэффициент эффективности теплового излучения спирали.

На пересечении столбцов и строк образуется значение βэф

Как видите, устройство, и работа муфельной печи представляют собой сложную систему. Подробнее о возможностях оборудования можно узнать у специалистов . Звоните, мы подберем для вас оптимальный тип электропечей для любых целей!

Виды

Большинство современных муфельных устройств можно разделить на три группы по особенностям их конструкции, типу нагревательного элемента и возможным режимам обработки материала

Тип нагревательного элемента

В муфелях чаще всего применяются газовые или электрические нагревательные элементы. Первые представляют собою тарельчатые или трубчатые горелки, а вторые — проволочные спирали, ленты или стержни. Диаметр проволоки обычно не менее 2.5-3 мм. Иногда ее заключают в трубку из кварцевого стекла — так повышается защита металла нагревателя от окисления кислородом и водяными парами.

В качестве металлов для электрического нагревателя наиболее расхожи нихром и фехраль, гораздо реже применяются вольфрам, платина или тантал (в средах инертных газов).

Конструкция

По типу конструкции муфели бывают:

• Колпаковые — обрабатываемый материал помещается на термостойкий поддон, который и накрывается сверху муфелем с нагревательными элементами (как колпаком)
• Камерные — это емкость цилиндрической или кубической формы, материал в которую загружается через дверцу на одной из боковых сторон (горизонтально). Нагревающие элементы расположены по всем внутренним сторонам в особых канавках.
• Шахтные — имеют второе название — горшковые. По сути это перевернутый вариант колпаковых муфелей. Здесь материал загружается через верхнюю крышку в довольно глубокую внутреннюю емкость печи.
• Тоннельные — называются так по сходству с одноименным строительным сооружением. Часто такие муфели интегрированы в конвейер. Деталь поступает ко входу на специальной ленте, ею же перемещается внутри печи и выходит с обратной стороны.

Режим обработки

Муфели могут быть универсальными (чаще всего это небольшие лабораторные установки) и специализированными:

• для обработки и плавки металлов (до 1600 градусов)
• для сушки и обжига керамики (от 100 до 600 градусов)
• для озоления и плавки различных химических соединений (около 1000 градусов)
• для варки стекла и нанесения эмалей, глазури на керамику и металл (около 1000-1300 градусов)