Как сделать печь для обжига керамики своими руками

Любители гончарного ремесла знают, что для изготовления предметов из керамики обязательно требуется их обжиг. Для такой процедуры используются специальные печи, предназначенные исключительно для тепловой обработки глиняных изделий. Внутри подобных агрегатов создается высокая температура (больше 1000 градусов). Печь для обжига керамики бывает разной конструкции, отличается своими возможностями, техническими параметрами и т. д. Подробнее об этом расскажем далее в статье.

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.

Классификация

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.

Классификация

По конфигурации печи разделяются на три вида:

  1. Колпаковые.
  2. Трубчатые с вертикальной загрузкой.
  3. 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.

Классификация

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.

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.

Нагревательные элементы

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.

Нагревательные элементы

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.

Нагревательные элементы

Как работает муфельная печь? Основные части конструкции

Конструкция печи – это камера (муфель), где набирается температура от 20 до 1150 °С. Нагревательным элементом служит нихромовая проволока, закрученная в спираль. Два слоя теплоизоляции позволяют долго сохранять жар (чем она надёжнее и меньше теплопотери, тем выше КПД изделия). Аккумулирует температуру слой кирпича. Можно использовать огнеупорный шамотный кирпич, или асбест (однако его применение всё чаще отвергают из-за вредных веществ, которые он выделяет при нагревании). Второй слой из базальтового волокна, или перлита.

Читайте также:  [Инструкция] Как выкрутить сломанный болт: 100% Рабочий способ

Все слои печи размещаются в металлическом корпусе.

Процесс разогрева заготовки происходит не за счёт прямого излучения от спирали, не под влиянием открытого огня, а путём прогрева массива муфеля. Создаётся эффект духовки и обеспечивается равномерный прогрев.

Как работает муфельная печь? Основные части конструкции

Самодельная муфельная печка в металлическом корпусе

В качестве корпуса для печи, часто используют корпуса от отслужившей техники – старой духовки, холодильника и т. д. Если ничего подходящего не нашлось, покупают листовой металл и варят корпус из него.

То, что деталь прогревается ровно, и без прямого воздействия инфракрасного излучения спирали, дает:

  • Плавку ценных металлов без примесей.
  • Получение ровного оттенка поверхности у художественной керамики.
  • Возможность сушки токопроводящих материалов и многое другое.

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:

Основные виды муфельных печей
  • 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

Типы нагрева

Применяемый расчет для типа нагревательного элемента должен учитывать не только сам материал, но и особенности конструкции данного вида печей.

Ведь для достижения определённой температуры потребуется изоляция внутреннего пространства. При этом для закалки глины может использоваться привычная конструкция, выполненная из кирпича или подручных средств.

Но вот в случае выполнения переплавки металлических изделий, важно будет создать не только рабочую печь, но и обеспечить получение высоких температур, способных расплавить материал, размещённый во внутреннем пространстве.

Для этого простой печью не обойтись, потребуется дополнительная и качественная отделка, как внутри самого изделия, так и снаружи. Все внутреннее пространство должно не позволять уходить теплу и повреждать основные элементы.

При этом использование нагревательных элементов должно полностью позволять расплавлять металл, разместив сырье для видимости плавки или выборе типа печи с закрытым вариантом капсулы.

Отсюда и идет разделение печей на типы по конструкциям:

  • открытого типа;
  • закрытого типа.

При этом нагревательный элемент должен позволять доводить процесс разогрева сырья до необходимой температуры. И тут есть свои плюсы и минусы. Так, например, при использовании закрытой конструкции печи, будет намного сложнее произвести ее ремонт и восстановление.

А вот в варианте открытой печи есть возможность, не только наблюдать за процессом плавки, но и более практично и быстро получать требуемую температуру для плавки металла. Так как, такого вида печи имеют минимальную конструкцию, а значит и площадь для нагревания будет меньше.

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

Читайте также:  5 интересных и эффективных способов уборки снега.

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.

Разновидности муфельных печей

Муфельные печи подразделяются по типу нагрева:

  • Электрические муфельные печи — являются разновидностью камерных электрических печей сопротивления.
  • Газовые муфельные печи.

По защитному режиму обработки:

  • Воздушные: нагрев в воздушной среде (общее назначение).
  • С защитной газовой атмосферой: нагрев в специальной газовой среде (водород, аргон, гелий, азот, восстановительные газы, азотирующие газы и др.).
  • Вакуумные: нагрев в вакууме.
Разновидности муфельных печей

По конструкции:

  • Вертикальной загрузки (горшковые).
  • Колпаковые (с отделением от пода).
  • Горизонтальной загрузки (простые).
  • Трубчатые (поверка термопар).

Чтоб купить муфельную печь для начала нужно определиться для каких целей она будет использоваться, какого размера заготовки, либо химические образцы в ней будут нагреваться и до какой температуры.

Размер и температура нагрева рабочей камеры, очень важен т.к. от этих двух параметров во многом зависит цена.

В данное время на рынке существует много муфельных печей с самыми разными названиями:

  • лабораторная муфельная печь;
  • муфельная печь ювелирная;
  • стоматологическая муфельная печь;
  • промышленная муфельная печь;
  • учебная муфельная печь.

Из всего многообразия, не всегда можно выбрать муфельную печь по заданным параметрам и за приемлемую цену.

По этому, постараемся разобраться, что объединяет все эти муфельные печи и в чём их отличия.

Разновидности муфельных печей

Лабораторная муфельная печь

Лабораторная муфельная печь — используют в лаборатории и проводят в ней, множество различных испытаний с материалами: термообработка (нагрев, закалка, обжиг) аналитических работ, лабораторные химические анализы с максимальной точностью нагрева и контроля заданной температуры, поэтому их покупают с программным управлением и температурой нагрева от 1100 градусов.

Ювелирная муфельная печь

Муфельная печь для ювелиров, используют для плавки драгоценных металлов, поэтому её можно отнести к категории, профессиональные плавильные ювелирные печи.

Чаще всего приобретают, ювелирные муфельные для плавки, серебра, золота и платины.

Чтоб выбрать подходящую плавильную ювелирную, для плавки таких металлов, нужно исходить из температуры плавления золота, серебра, платины и т.д.

При работе с драгоценными металлами в печи ювелирной, не нужно экономить на стоимости и купить ювелирную печь с 30-ю программами контроля температуры, PID (ПИД) автоматического управления.

В отличии от лабораторной муфельной, муфельную печь ювелирную, нужно выбирать немного по другим техническим параметрам.

Ювелирная муфельная печь, должна быть с размером рабочей камеры, максимум 200×200×200 мм и температурой нагревая, не более 1200 градусов цельсия.

Так как, ювелир работает с небольшим количеством драгоценного металла и нет смысла переплачивать за большой объём рабочей камеры.

Разновидности муфельных печей

Стоматологическая муфельная печь

В стоматологии, муфельная печь, чаще всего используется для сушки, обжига, прогрева (ортопедическая стоматология).

Муфельные печи для керамики, чаще всего покупают для стоматологии с температурой нагрева от 1100 до 1200 градусов цельсия. С размером рабочей камеры от 100×100×100 мм до 200×200×200 мм.

Для такой специализации, подойдёт муфельная печь с небольшим объёмом рабочей камеры, от 100×100×100 мм до 200×200×200 мм но можно и больше.

Промышленная муфельная печь

Отличия промышленных муфельных печей от всех остальных это размер рабочей камеры, не меньше 200×200×200мм и температура нагрева рабочей камеры 1400 градусов до 1750 градусов (можно нагревать и выше но при нагреве до 1800 градусов быстро приходит в негодность нагревательный элемент).

В данном случае, цена муфельной складывается не от размера рабочей камеры, а от температуры нагрева.

На промышленных производствах, стараются использовать муфельные печи с максимальной температурой и комплектацией т.к. деятельность таких предприятий очень обширна и эти агрегаты выполняют очень много функций, практически эксплуатация таких печей идёт по всем параметрам.

Учебная муфельная печь

Разновидности муфельных печей

Если вам понадобилась учебная муфельная печь, предназначенная для отжига, закалки и обжига то вам подойдёт муфельная печь с максимальным нагревом рабочей камеры 1100 градусов и со стандартным размером рабочей камеры 100×100×100 такие печи обычно называют «мини муфельная печь» либо «маленькая муфельная печь».

Чтоб выбрать муфельную печь, нужно учитывать каких знаний вы хотите достичь при работе с муфельной печью.

Муфельные печи бывают самые разные от простых (на уровне пользования бытовой микроволновой печью) до сложных муфельных печей, управления которыми осуществляется через персональный компьютер или ноутбук.

Горелки

Горелки взяты из описанных мной ранее. Справа малая горелка, которая у меня фигурирует под названием угловая стационарная на 1/2 дюйма. Слева- угловая стационарная горелка на 3/4 дюйма. Их применение не рассчитывалось каким то научным методом, а тупо подбиралось из практики. При малой горелке грею до 340 гр, при работе большой можно до 620, а при работе обеих, грею до 730 запросто. Больше мне не нужно. Если вам надо больше, ничто не мешает вам поставить две больших.

Горелки стоят диагонально. При их работе горячий воздух закручивается в камере против часовой стрелки. Это позволяет добиться по объёму камеры более равномерному распределению температуры. Напротив сопла горелок, на противоположном углу треугольные отбойники из обрезков кирпича ШЛ. Для ввода пламени внутрь печи лучше применить гильзы, из чего найдёте. У меня справа- гильза из обрезка муллитокремнезёмистой трубки МКР. Слева- из обрезка нержавеющей трубы.

Подача газа может быть решена как угодно. На фото- с применением полдюймовой трубы и такими же шаровыми кранами (вид снизу корпуса муфеля). Крепится конструкция к корпусу печи и к панели. Ручки выведены через панель. Не забудьте нарисовать куда закрывать, а то сгоряча не туда крутанёте

Печь из металла

Металлические печи чаще используются для обогрева нежилых помещений, например, гаражей, теплиц, рабочей комнаты. Используются листы металла, бочки, трубы и так далее. Во всех случаях последовательность выполнения одинаковая. Отличия касаются только подготовки корпуса печи.

Плюсы и минусы

Металлические печи имеют несколько преимуществ по сравнению с кирпичными. В первую очередь это простота изготовления и доступность необходимых материалов. То же касается и времени, затрачиваемого на изготовление печи.

Печь из металла

Металлическая печка занимает минимум места, быстро нагревается, не требует сооружения фундамента под нее. Из минусов стоит отметить то, что ее корпус сильно нагревается во время топки.

Выбор материала и инструментов

Наилучшим вариантом является выбор круглого корпуса, например баллон от газа. Также подойдет труба с толщиной стенки 5 мм и диаметром 300 мм.

Также потребуется:

  • Лист металла толщиной 3 мм.
  • Арматура периодического профиля диаметром 10-12 мм.
  • Труба длиной 0,6-0,7 метров.
  • Обрезки труб для дымохода и патрубки.
  • Уголки, швеллеры для ножек.

Чертежи и расчеты

Печь из металла

Подобрать определенный размер печи не получится, так как она напрямую зависит от используемого материала. Для помещения 12-18 квадратных метров достаточно такой печи для обогрева.

Чертеж зависит от исходного материала (труба или баллон). Если достаточно опыта, чертеж рисуется самостоятельно. Для новичка лучше взять готовый вариант.

Варианты изготовления

Последовательность работ зависит от выбранных материалов и особенностей конструкции.

Печь буржуйка

Буржуйки делают чаще из газовых баллонов. Сначала открывается вентиль, чтобы максимально слить конденсат. Заполните баллон водой доверху. С помощью болгарки срезается верх по заводскому шву. Сразу же вырезается окошко под дверцу. Второй баллон распиливается и подгоняется под топливник.

Печь из металла

Далее прорезаются колосниковые решетки и укрепляются арматурой. После этого монтируется зольник из полос металла и ножки. Дверцу следует обрамить асбестовым шнуром, внутрь закладывается базальтовый утеплитель.

В вертикальном корпусе делает отверстие, в которое помещается труба под углом 30-40 градусов. Швы герметично проваривают после этого устанавливаются дверцы топки и зольника.

Не следует менять схему или увеличивать размеры теплообменной части, так как это приведет к снижению эффективности нагрева.Металлическая обложенная

От вышеописанной отличается тем, что проводится футеровка печи. Для этого изнутри конструкция обкладывается огнеупорным кирпичом. Соответственно еще на этапе проектирования следует сделать топку большего размера с учетом футеровки.

С искрогасителем

Печь из металла

Нередко при использовании топлива разного качества искры могут вылетать вместе с горячим воздухом через дымоход. Это опасно возгораниями. Чтобы это исключить, применяются искрогасители. Это специальные детали с высокой теплопроводностью, после соприкосновения с которыми искры отдают тепло и уже не представляются опасности. Соответственно, монтируются конструкции в верхней части дымохода.

Муфельная печь – основные разновидности

По типу элементов, используемых, для нагрева муфельных печей их классифицируют по следующим типам:

  • работающие на электричестве;
  • использующие для нагрева газ.

Сразу же хочется отметить, что муфельную печь, работающую на газу, соорудить своими руками не получится. В первую очередь, потому что такие домашние эксперименты наказуемы по закону. Зато электрический аналог печи доступен для самодельного производства каждому желающему. При этом по своей конструкции такие устройства делятся по следующим типам:

Хочется отметить, что для сооружения своими руками подойдёт конструкция муфельной печи, в которой термическая обработка материалов происходит в воздушной среде. В свою очередь, устройства, работающие в вакууме, изготавливают только в заводских условиях.

Муфельная печь – основные разновидности

Прежде чем сооружать такое устройство необходимо разобраться с принципом его работы. Для начала, нужно определиться, на каком топливе будет функционировать муфельная печь: угле, электричестве, газе или дровах . При этом своими руками проще всего сделать электрическое устройство, состоящее из камеры для нагрева и качественной теплоизоляции.

Тепло в такой печи аккумулируется благодаря огнеупорному кирпичу, а термообработка материалов происходит в основной камере – муфеле. Для изготовления печи в домашних условиях в качестве муфеля подойдёт любая готовая огнеупорная форма или сделанная своими руками из шамотного кирпича или жаростойкой глины.

Очень важно понимать, что температура, при которой камера муфельной печи начнёт плавиться, должна быть выше, чем у обрабатываемых в агрегате материалов. При этом своими руками можно соорудить малогабаритную печь для плавки и обжига разных материалов в небольшом количестве.