Муфельная печь своими руками от Dimanjy

1. Муфельная печь своими руками

Муфельная печь — незаменимый инструмент для литья цветных металлов в домашних условиях. Вы уже наверняка знаете, что в муфельной печи можно плавить алюминий, медь, другие цветные металлы, обжигать керамику, закалять сталь и так далее. Меня на данный момент муфельная печь интересует как печь для плавки алюминия, поэтому конструкция моей муфельной печи ориентирована на литье алюминия в домашних условиях.

Чтобы расплавить алюминий, его нужно нагреть до температуры выше 660°С. Значит наша муфельная печь для плавки алюминия должна развивать гораздо большую температуру, т.к. часть тепла будет уходить на нагрев окружающей среды (так называемые теплопотери).

Требуемой, и даже большей, температуры достаточно легко добиться самыми разными способами. Различные конструкции муфельных печей, которые я встречал в сети, позволяют использовать в качестве источника тепла практически все, начиная от электрических нагревателей, газа и угля, заканчивая дровами.

Я в качестве нагревательного элемента выбрал электрический нагреватель (ТЭН), отказавшись от газа, хотя газ гораздо более экономичен. Все дело в том, что электрическим нагревателем гораздо проще управлять, а возможность гибкого управления муфельной печью нам может потребоваться в будущем при литье полимеров, закалке и искусственном старении металлов… да мало-ли еще для чего! Лучше предусмотреть такую возможность.

Итак, перейдем непосредственно к конструкции моей домашней муфельной печи для плавки алюминия.

Попросту говоря, муфельная печь состоит из нагревательной камеры, аккумулятора тепла из огнеупорного материала и теплоизоляции, которая не дает остывать аккумулятору тепла.

Аккумулировать тепло желательно для того, чтобы обеспечить непрерывный процесс литья алюминия. Если вам нужно отлить несколько изделий, то, скорее всего, плавить алюминий придется несколько раз. Так вот, аккумулятор тепла как раз и нужен для того,  чтобы муфельная печь не успела остыть между двумя последовательными закладками алюминия. Но тут тоже важно не перестараться. Сделав слишком большой аккумулятор мы рискуем сделать печь для плавки алюминия слишком инерционной. Для выходя на рабочий режим ей придется слишком долго прогреваться, что также является негативным фактором при литье алюминия в домашних условиях.

В качестве аккумулятора тепла я использовал обычный огнеупорный кирпич, который просто так валялся возле сарая (слегка переоборудованного в мастерскую). Собственно говоря, вся конструкция моей муфельной печи отталкивается от этой кучки кирпичей в количестве 7 штук.

2. Огнеупорный кирпич для муфельной печи

2. Огнеупорный кирпич для муфельной печи

Как видно на фото, я отсек с каждой стороны кирпича некий сектор при помощи болгарки и алмазного круга. Этот спил позволяет состыковать огнеупорный кирпич в виде своеобразной трубы, образующей рабочую камеру, в которой будет располагаться ТЭН муфельной печи. Кирпичи можно временно стянуть проволокой, чтобы они случайно не рассыпались и не раскрошились.

Кстати говоря, пилить огнеупорный кирпич болгаркой очень легко — идет, как по маслу. Однако при этом образуется фонтан пыли, которая оседает в радиусе пяти метров от места проведения работ. Некоторые советуют место пила поливать водой из шланга, но я не пробовал. Мне кажется, проще просто пилить на открытом воздухе (на даче, около гаража и т.д.).

Далее огнеупорную камеру нужно упаковать в какой-то корпус. Люди пишут, что можно использовать для этого металлическое ведро из под краски, но у меня эти кирпичи помещались в ведро впритык, и совсем не оставалось места под теплоизоляцию. Поэтому я решил изготовить свое собственное «ведро».

3. Корпус муфельной печи

3. Корпус муфельной печи

Для изготовления корпуса своей муфельной печи я взял отрезок старого металлического листа толщиной миллиметра полтора + слой ржавчины. Высоту ведра рассчитываем с запасом, т.к. наша рабочая камера также будет устанавливаться на слой из огнеупорных кирпичей с теплоизоляцией.

Просто так скрутить лист в трубу ровно не очень получилось, поэтому я решил использовать направляющие в виде колец из тонкой арматуры. Арматуру гнул, используя в качестве оправы бревно. Далее концы арматуры привариваются друг к другу, и получившееся яйцо доводится до формы, близкой к кольцу, при помощи обыкновенного молотка.

Полученные кольца надеваем на скрученный лист и привариваем по всей длине окружности, прижимая лист к кольцу пасатижами или клещами. Сразу хочу попросить прощения за качество сварки — варить научился всего пару недель назад, поэтому читая «приварил», в голове держим профессиональный термин сварщика — «присрал».

4. Изготовление корпуса муфельной печи

4. Изготовление корпуса муфельной печи

Дно корпуса муфельной печи изготовил из того же листа. Приварил к нижнему кольцу, а лишние углы срезал болгаркой.

5. Привариваем дно

5. Привариваем дно

6. Отрезаем лишнее

6. Отрезаем лишнее

Хочу еще раз обратить внимание на пространство между стенками корпуса и огнеупорным кирпичом. Оно будет заполняться теплоизоляцией и специальной огнеупорной заливкой, о которой расскажу немного позднее. Оставляя место, держите в голове то количество материала, которое вы сможете достать. Мне удалось добыть пару-тройку листов асбеста в качестве теплоизолятора, и немного асбестовой веревки. Вообще говоря, чем больше слой теплоизоляции, там лучше. На этом экономить не рекомендуется!

Далее нам нужно подготовить внутреннюю поверхность рабочей камеры нашей муфельной печи для укладки ТЭНа, который будет располагаться по спирали сверху вниз. Для этого в огнеупорном кирпиче нужно пропилить соответствующие канавки, в которые утопится ТЭН. Это позволит ему сидеть в рабочей камере муфельной печи достаточно прочно без какого-либо дополнительного крепления.

Пронумеровываем кирпичи и раскладываем на ровной поверхности один за другим плотно прижав друг к другу, подровняв их по уровню снизу.

7. Сборка муфеля

7. Сборка муфеля

8. Сборка муфеля

8. Сборка муфеля

9. Сборка муфеля

9. Сборка муфеля

10. Сборка муфеля

10. Сборка муфеля

Далее прикладываем к огнеупорным кирпичам нагревательную спираль нашей муфельной печи и отмечаем, какой ширины нужно пропилить под нее канавку. Про изготовление самой спирали ТЭНа муфельной печи для плавки алюминия в домашних условиях я расскажу ниже.

11. Намечаем пазы

11. Намечаем пазы

Размечаем канавки под спираль ТЭНа на двух крайних кирпичах (номера 1-ый и 7-ой), и соединяем их линиями при помощи уровня или правила со смещением в одну канавку, т.е. канавку 1 кирпича 1 соединяем с канавкой 2 кирпича 7. Разметив таким образом канавки и соединив потом кирпичи, мы получим спиральное расположение ТЭНа в рабочей камере нашей муфельной печи.

Но это потом. А пока снова займемся пропилом канавок в огнеупорном кирпиче. Поднимая столбы пыли не забываем следить за глубиной канавок. Мне в этом помог сам алмазный диск, на котором рабочая поверхность отделена от остальной поверхности четко различимой границей, до которой я и погружал диск болгарки в кирпич.

При работе с болгаркой не забывайте о безопасности! Работайте в специальных защитных очках, маске или вообще в шлеме, так как ТехноБлог Dimanjy за отпиленные руки и ноги ответственности не несет! Также хорошо использовать респиратор, чтобы не дышать пылью.

12. Вырезаем пазы

12. Вырезаем пазы

Итак, канавки готовы — пробуем, что у нас получилось…

13. Спираль ТЭНа муфельной печи

13. Спираль ТЭНа муфельной печи

Замечательно! Канавки довольно точно стыкуются между собой и образуют спираль внутри рабочей камеры муфельной печи.

14. Нихромовая проволока для муфельной печи

14. Нихромовая проволока для муфельной печи

Теперь немного поговорим о намотке самой спирали. В качестве материала для спирали можно использовать нихром или фехраль. Последнюю народ рекомендует, как более надежную, но мне удалось достать только нихромовую проволоку. В конечном счете это особого значения не имеет. Разница заключается лишь в расчете необходимой длины проволоки для спирали ТЭНа.

Температура нагрева нихрома зависит от силы тока, который протекает через проволоку (измеряется в Амперах, А). Сила тока, в свою очередь, зависит от прикладываемого напряжения (в Вольтах, В) и от сопротивления нихромовой проволоки. Прикладываемое напряжение нам известно — это напряжение питающей сети 220 В, а вот сопротивление нихромового провода зависит от диаметра сечения и его длины: чем больше длина, тем больше сопротивление; чем больше диаметр провода, тем меньше сопротивление.

Я отыскал в недрах Сети таблицу нагрева нихромовой проволоки в зависимости от силы пропускаемого тока. Из нее видно, что провод диаметром 1.2 мм (мне удалось достать именно такого диаметра) будет нагреваться до 1000°С при токе порядка 20 А. Прикинем мощность такого ТЭНа: 220В умножаем на 20А, получаем 4400 Вт (Ватт мощности) или 4.4 кВт. Ого, не кисло получается! Памятуя о том, что нас интересует плавка алюминия в домашних условиях, а температура его плавления составляет 660°С, округлим мощность до 4 кВт и будем плясать от этого значения.

Формулу для расчета необходимой длины нихромового провода для ТЭНа муфельной печи заданной мощности также очень легко отыскать в сети. Я для удобства загнал эту формулу в электронную таблицу. В ней достаточно в первой колонке указать диаметр вашего нихромового провода и требуемую мощность ТЭНа. Выкладываю для всеобщего пользования на своем ТехноБлоге Dimanjy: скачать Расчет нихромового нагревателя.

15. Намотка нихромовой спирали ТЭНа муфельной печи

15. Намотка нихромовой спирали ТЭНа муфельной печи

Задав диаметр 1.2 мм и мощность в 4000 Вт, я получил требуемую длину провода 12.3 метра. Далее все просто: отмеряем, отрезаем и наматываем спиральку. Нихромовую спираль я мотал на сварочный электрод диаметром 3.5 мм. Сперва удавалось зажать электрод в шуруповерт и мотать достаточно быстро в полуавтоматическом режиме, но где-то на середине намотки электрод начинал крошиться. Пришлось наматывать вручную. Долго, но зато спираль очень легко слезает с электрода, чего не скажешь при намотке с использованием шуруповерта — спираль получается плотной и крепко сидит на оправе. Приходится долго мучиться, чтобы снять уже намотанную спираль. Могу посоветовать использовать вместо электрода стальной пруток нужного диаметра. Уж он-то не будет крошиться. А я этот момент сразу не продумал, схватив что под руку подвернулось

16. Автоматический выключатель

16. Автоматический выключатель

Ток в таком ТЭНе по расчетам должен быть порядка 18 А. Хочу сразу предупредить, что такой ток накладывает некоторые ограничения на проводку сети питания 220 В. Я провел в свою мастерскую сеть проводом с диаметром всего 1.5 мм, поэтому после первых тестов муфельной печи выявился серьезный нагрев проводки. Так и пожар нетрудно устроить! Опытным путем удалось установить, что провод диаметром 2.5 мм уже не греется. Теперь придется менять всю проводку до моей мастерской  Да, и не забудьте поставить соответствующий автомат. Я влепил на 25 А.

17. Рабочая камера муфельной печи

17. Рабочая камера муфельной печи

После намотки спирали, ее необходимо немного растянуть таким образом, чтобы витки не соприкасались друг с другом. Это очень важно, иначе мы рискуем получить замыкание витков, что приведет к снижению сопротивления и превышению расчетной мощности. Можно так перекоротить витки, что ток будет близок к току короткого замыкания и наш автомат будет все время выбивать, а муфельная печь так и не нагреется.

Однако что же мы видим на фото? Видно нагретую спираль ТЭНа, но она почему-то доходит только до половины рабочей камеры! Как же так? Это первый подводный камень на нашем пути! Дело в том, что рассчитанная ранее длина нихромового провода получилась таковой, что ее не хватает для изготовления спирали, заполняющей весь объем рабочей камеры муфельной печи.

На самом деле я сперва намотал ТЭН где-то на 2 кВт. Он как раз получился такой длины, что полностью укладывался в рабочий объем. Но когда я включил этот ТЭН, оказалось, что он вообще не нагревается до необходимой температуры. Визуально он не краснел, а жару давал только чтобы пожарить сосиски. Недолго думая в взял и разрезал его ровно посередине. В результате у меня получилось два ТЭНа по 4 кВт!

Тут же родилась идея. А что, если сделать муфельную печь с двумя ТЭНами? Отсюда вытекают сразу несколько преимуществ. Во-первых, мы можем включить только один нижний ТЭН, если нам надо плавить алюминий дома в небольших количествах. Во-вторых, мы можем включить параллельно оба ТЭНа, если нам нужно плавить алюминий в муфельной печи в промышленных масштабах  Только нужно помнить, что потребляемая мощность такой печки перевалит за 8 кВт. Ох, держись проводка! Ну и в третьих, мы можем подключить два ТЭНа последовательно, в результате чего получится муфельная печь на 2кВт, в которой можно что-то сушить, прогревать, вытапливать воск из форм и многое другое, где нужны более низкие температуры в диапазоне до 400°С. Смотрите, как гибко получается!

Воодушевившись этой идеей, я немного модифицировал один из кирпичей рабочей камеры муфельной печи, пропилив в нем три канавки под выводы моих ТЭНов. Так как выводы будут греться не меньше самой спирали, я использовал обычную керамическую плитку для создания своеобразных каналов под выводы. Для этого от плитки отрезаются болгаркой с алмазным кругом три полоски и в них выпиливаются канавки (удобнее сперва пропилить канавку, затем отрезать полоску). Эти самодельные керамические каналы вставляются в кирпич, как показано на фото.

18. Изготовление керамических каналов

18. Изготовление керамических каналов

19. Вставка каналов в муфель

19. Вставка каналов в муфель

Применив такие керамические каналы под выводы нихромовых ТЭНов, я добился еще одного замечательного свойства моей муфельной печи — ремонтопригодности. Если какой либо из ТЭНов перегорит со временем, его очень легко можно будет заменить на новый. Просто вытаскиваем старый и вставляем новый! Вы же помните, что спираль ТЭНа никак не закреплена внутри рабочей камеры муфельной печи, а просто утоплена в канавки и надежно там сидит за счет собственной пружинистости.

Теперь переходим к завершающему этапу сборки самодельной муфельной печи — помещению рабочей камеры в корпус и теплоизоляции. Для этого берем наше изготовленное ранее ведро и укладываем на его дно листовой асбест. Поверх асбеста кладем небольшой слой огнеупорной заливки. В качестве такой заливки я использовал обычную шамотную глину, слегка разбавленную водой. Если нет шамотной глины, то можно использовать специальный огнеупорный клей, который используется при кладке каминов. Обычно его можно купить в соответствующих каминных магазинах.

На заливку устанавливаем еще пару огнеупорных кирпичей, на которые будет устанавливаться сама рабочая камера. Я взял один кирпич и распилил его продольно. В результате получилось два тонких огнеупорных кирпича. Кладем их ровной плоскостью вверх. Обратите внимание на фото — я использовал небольшую опалубку из ломаного гипсокартона. Это нужно для того, чтобы донная заливка не касалась стенок ведра — туда будет укладываться еще асбест.

Поверх донных кирпичей также наносим небольшой слой огнеупорного раствора и устанавливаем рабочую камеру. Установка камеры производится по одному кирпичу в порядке нумерации. У каждого кирпича перед установкой тем же огнеупорным раствором промазываются боковины, которые будут соприкасаться с соседними кирпичами. После установки всех кирпичей выравниваем их так, чтобы камера получилась по центру нашей конструкции.

20. Опалубка из ломанного гипсокартона

20. Опалубка из ломанного гипсокартона

21. Установка муфеля в корпус

21. Установка муфеля в корпус

После этого вынимаем опалубку и начинаем набивать к стенкам корпуса асбестовую теплоизоляцию. Некоторые люди советуют сперва увлажнить асбестовые листы. Но мои лежали в сарае и были уже достаточно влажные, т.к. крыша сарая слегка подтекает

После набивки теплоизоляции сверлим отверстия в боковой стенке корпуса муфельной печи под выводы ТЭНов. Отверстия лучше сделать побольше и запихнуть в них трубчатые керамические изоляторы, чтобы выводэ ТЭНа ни в коем случае не коснулись металлического корпуса муфельной печи! После этого заливаем оставшееся пространство огнеупорным раствором (в моем случае шамотной глиной с водой). Трамбуем и выравниваем при помощи шпателя.

Все почти готово. Теперь я уложил спираль ТЭНа в рабочую камеру муфельной печи и продел выводы в заготовленные керамические каналы и изоляторы. Если есть терпение ждать несколько суток, пока раствор застынет — ждите! Я же думаю, что моя шамотная глина лишь быстрее просохнет, если слегка прокалить муфельную печь. Ну максимум немного потрескается. Да и терпения у меня столько нету Врубаем!

22. Шамотная глина для муфельной печи

22. Шамотная глина для муфельной печи

23. ТЭН муфельной печи

23. ТЭН муфельной печи

После включения вся влага начинает интенсивно испаряться, прогорает всякий  шлак, поэтому может немного попахивать. Прогревать нужно постепенно с перерывами минут по 20. Крайне рекомендую делать это на свежем воздухе, т.к. асбест вроде как считается канцерогеном, и дышать этим не следует. Я, правда, живу в одном из самых экологически грязных регионов нашей страны, где работает сразу два металлургических завода, поэтому не особо запариваюсь на этот счет. Как говорится, «поздно пить Боржоми!»

Осталось закастрюлить крышку для нашей муфельной печи. Этого сделать я пока не успел. Допишу позднее. Следите за обновлениями!

Что дальше? Дальше мы опробуем нашу печь для плавки алюминия в домашних условиях, а также изготовим нашу первую гипсовую форму для литья алюминия.

Оригинал статьи

Обсуждение закрыто.

Автор: greenmaker.ru