что такое муфельная печать
Муфельные печи: что это такое, для чего используется, какими бывают
Что такое муфельная печь, хорошо знают люди, профессия которых требует исследований или выполнения другой работы, сопряженной с нагреванием, обжигом или прокалкой всевозможных материалов. Они используют это оборудование в лабораториях (медицинских, фармацевтических, химических, пищевых), в учебных и медицинских учреждениях. Конечно, наша статья предназначена не им, а тем, кто только планирует в будущем заниматься подобной деятельностью, кто с удовольствием расширяет свой кругозор, кому поручено приобретение лабораторных электропечей у компании Спектраналит.
У нас вы можете приобрести муфельные печи, характеристики которых позволяют использовать их в любых лабораторных исследованиях, во многих сферах человеческой деятельности
Назначение и сферы использования этих нагревательных устройств
Какой бы не была причина вашего решения узнать, что такое муфельная печь, для чего используется такой агрегат нужно выяснить в первую очередь. А сфера его применения широчайшая. Это оборудование необходимо специалистам, деятельность которых связана с термообработкой, нагревом и хранением изделий и материалов. Его применяют для:
Высокие технические характеристики и небольшие габариты делают электрические муфельные печи незаменимым лабораторным оборудованием
Такие устройства используют также в стоматологии, для обжига керамических изделий, при производстве ювелирных украшений. А муфельные печи ТомьАналит, представленные в каталоге нашей компании, отлично подходят для определения содержания отравляющих веществ в пищевых продуктах и объектах окружающей среды.
Это оборудование позволит выявить в исследуемом материале наличие цинка, свинца, мышьяка и т.д.
Происхождение названия «муфельная печь», история появления агрегата
Первая муфельная печка была создана в конце 17-го века, а ее «родиной» является Франция
Муфельная печь – это агрегат, рабочая область которого представляет собой термостойкую полуцилиндрическую камеру из огнеупорного материала, называемую муфелем. В нее и помещают нагреваемую деталь, а название этой емкости происходит от немецкого слова Muffel, переводимого и как «ворчун», и как «кольцо».
Первое использование прародительницы подобного устройства связано с именем француза Жанто, сооружавшего экипажи для знатных вельмож. Чтобы упрочить каретную ось, мастер цементировал ее в муфеле, изготовленном из материала, в который добавляли измельченные рога крупного скота. И только потом ось закаляли. В результате такой обработки на ней образовывалась твердая корка, а внутри сталь продолжала оставаться вязкой, что делало изделие очень прочным.
Уже в начале 19 столетия муфельные печки начали использовать в промышленных масштабах. За прошедшее время эти агрегаты изменились внешне, но принцип работы их остался тем же: материал изолируют от воздействий внешней среды и нагревают.
Конструкция и принцип функционирования муфельных печек
Конструкционно эти агрегаты достаточно просты. Печи любых марок, будь то LOIP, SNOL или Nabertherm, состоят из 4-х основных элементов, изготовленных из экологичных материалов. Это:
Корпус защищает и теплоизолирует муфельную печь, принцип работы которой заключается в нагревании веществ или предметов, размещенных в муфеле. А термические операции возможны благодаря наличию нагревательных элементов.
Разновидности рассматриваемых печей
Сейчас производят огромное количество таких агрегатов разных типов. Их можно разделить на несколько групп с учетом:
Лабораторные электропечи SNOL 45/12000 с горизонтальной загрузкой (слева) и SNOL 10/900 с вертикальной загрузкой (справа)
Есть разные виды муфельных печей в зависимости от разновидности используемого муфеля, который может быть:
Если вы решите приобретать печи SNOL, то найдете среди них устройства с закрытыми и открытыми нагревателями.
Печки SNOL 6,7/1300 с открытыми нагревателями (слева) и SNOL 8,2/1100 с закрытыми (справа)
Технические характеристики муфельных печей очень разные, и потенциальные пользователи выбирают агрегат в соответствии со своими потребностями. А компания Спектраналит позаботилась о том, чтобы каждый из них смог найти в нашем каталоге необходимое нагревательное оборудование.
Надеемся, что эта статья помогла вам разобраться в том, что такое муфельная печь, для чего она нужна и какой может быть. Если же у вас возникли сложности с выбором подходящей модели, наши менеджеры всегда готовы помочь в решении этой задачи.
Что такое муфельная печь и как с ней работать
Многие сферы производства сталкиваются с необходимостью нагрева сырья/заготовок до высоких температур. Нагрев востребован и в ремонтных мастерских. Подавляющее большинство материалов не рассчитано на нагрев открытым пламенем. Применение открытого огня считается признаком дурного тона и показателем низкой культуры производства. Для нагрева материалов принято использовать муфельные печи.
Впервые муфельная печь использовалась на рубеже XVII-IIXX веков. Ее изобрел известный французский инженер Жанто, специализирующийся на изготовлении карет и конных повозок. Первая муфельная печь использовалась для закалки осей и элементов подвески элитных карет.
Муфельная печь – изолированная нагревательная камера, которая применяется для плавки и закалки металлов, обжига керамики, стерилизации инструментов/посуды, подготовки лабораторных образцов и пр. Главной особенностью данного типа печей является нагрев материала в изолированной среде. Сама камера защищена со всех сторон, кроме переда, муфельной оболочкой. Содержимое камеры не контактирует ни с открытой атмосферой, ни нагревательным элементом.
Нагрев в изолированном муфеле дает возможность проводить высококачественную термообработку материалов. Нагреваемые предметы сохраняют свой изначальный состав, при условии существенного улучшения структуры. Повышение качественных характеристик структуры достигается путем медленного нагрева, длительной выдержки и охлаждения с регулируемой скоростью.
Нижэе будет рассказано, как выбрать муфельную печь.
Разновидности муфельных печей
Современные нагревательные печи с муфельной конструкцией представлены широким видовым разнообразием. Можно насчитать сотни модификаций муфельных печей. При этом муфельные нагреватели имеют достаточно узкую специализацию. Печи данного типа приобретаются в основном под конкретно взятые технологические операции.
Хотя встречаются и «универсальные» модели, но их возможности не уходят далеко от потенциала узкоспециализированных аналогов.
В первую очередь муфельные печи можно классифицировать по методу нагрева:
Существует мнение, что газовые печи обеспечивают возможность нагрева муфеля до более высокой температуры. Есть газовые муфели с нагревом до 2000 ˚С. Классические же электрические нагреватели позволяют добиваться в среднем температуры 1300 ˚С.
Но в электрические печи все чаще и чаще внедряются современные технологии, дающие возможность выходить на аналогичный с газовыми моделями температурный режим. При использовании специального волокнистого нагревательного материала, который доходит до поверхностного слоя муфельной изоляции, температуру печи можно повысить до 1700 ˚С и даже более того.
Разумеется, в некоторых мастерских и производственных площадках находится место старым твердотопливным печам. Муфели данного типа нагреваются обыкновенной дровяной/угольной топкой. Главным преимуществом твердотопливных муфелей является существенное снижение финансовых затрат на энергоноситель.
В прошлом муфельные печи для нужд производства топились отходами деревообрабатывающей промышленности. В данном случае стоимость самого процесса термообработки можно считать нулевой.
Но в твердотопливных муфелях есть один существенный минус. Такие печи не позволяют регулировать на тонком уровне температурный режим. То есть обыкновенной дровяной топкой сложно добиться стабильности нагрева. Этот момент крайне важен, так как современные технологии термообработки предполагают соблюдение температурного режима с точностью до ±1 ˚С.
Какие еще виды муфельных печей существуют.
Классификация по типу рабочей среды
Муфельные печи могут обеспечивать нагрев заготовок в различных средах:
Простейшим видом муфельных печей являются нагреватели с традиционной воздушной камерой. Камера нагрева в таких печах представлена просто полым пространством, в которое помещается заготовка.
Во многих случаях наличие воздуха не является критичным для термообработки. Но все же существуют некоторые технологические операции, для которых наличие воздуха в камере нагрева либо нежелательно, либо недопустимо.
При закалке многих марок стали и различных сплавов воздух вступает в реакцию с поверхностным слоем металлов, что ухудшает эксплуатационные характеристики заготовок. Специально для таких случаев разработаны печи с подачей в камеру нагрева инертных газов или углекислоты. Нейтральный газ вытесняет воздух, создавая надежную защитную прослойку.
Печи, которые приспособлены для плавки металлов нередко оснащаются камерой нагрева с вакууматором. Расплавленный в условиях вакуума металл обретает особо качественную структуру. В вакууме часто плавят алюминий.
Дополнительно муфельные печи с разнотипными камерами нагрева нередко оснащаются вытяжкой. Вентиляция отводит из камеры нагрева продукты сгорания, влагу и прочие испарения, наличие которых нежелательно при термообработке.
Как выбрать муфельную печь по температуре нагрева.
Температура нагрева муфельной печи
При выборе муфельной печи в первую очередь следует обращать внимание на температурный режим камеры нагрева. Ведь от температуры напрямую зависит область использования нагревательной установки.
Очень часто муфельные печи используются для плавки металлов и сплавов. Если мастер имеет дело с какой-то определенной группой металлов, то нет смысла переплачивать за печь с более высокой температурой нагрева.
Ювелиры чаще всего сталкиваются с необходимостью плавки:
Температура плавки серебра составляет 960,8 ˚С. Золото плавится при температуре 1063 ˚С. Медь является немного более тугоплавкой, для нее нужно 1083,4 ˚С. Если же ювелир использует в украшениях платину, придется брать более мощную печь, ведь этот металл плавится при температуре 1768 ˚С.
Касательно платины, этот металл редко плавят в муфельной печи. Из-за повышенного порога температурной стойкости для плавки патины чаще всего используют индукционные печи, а иногда и тигельные нагреватели.
Если мастер имеет дело с плавкой железа (сталь или чугун), то печь должна нагреваться до 1539 ˚С. Для плавки свинца и алюминия можно использовать нагреватели попроще. Свинец начинает «плыть» уже при температуре 327,5 ˚С, а алюминию нужна температура 660,1 ˚С.
Нередко муфельные печи используются просто для термообработки металлических заготовок, а не для их расплава. Термообработка по большей части предназначена для изделий из стали. В качестве термообработки могут использоваться следующие технологические операции:
Непосредственная закалка стали проводится при температуре 1000-723 ˚С. Но процессу закалки обычно предшествует отжиг и нормализация, которые проводятся при температуре 1000—1130 ˚С. Благодаря отпуску сталь избавляется от внутренних напряжений, данный вид температурной обработки проводится в диапазоне нагрева 800-500 ˚С.
Стоит отдельно заметить, что для закалки стальных заготовок металл подвергается нагреву в защитной среде. Для удешевления производства вместо инертных газов могут использоваться жидкости. Закалка стали нередко производится в масле и растворе едкого натра (каустическая сода).
Что еще нужно знать про виды муфельных печей.
Конструкция муфельной печи
Основу муфельной печи составляет изолированная от источника тепла камера нагрева, то есть муфель. Сам муфель – это полая оболочка прямоугольной формы. Оболочка чаще всего является керамической, а иногда шамотной. Но могут использоваться и другие материалы.
В крупносерийном производстве используются печи со съемным муфелем. В данном случае после нагрева материала до определенной температуры муфель извлекается и отправляется охлаждаться в другое место. Вместо него в печь загружается другой муфель, с новой заготовкой внутри, цикл термообработки повторяется.
Касательно электрических печей, то муфель обмотан снаружи тепловым нагревательным элементом. Это может быть проволока или лента из вольфрама, молибдена, различных жаростойких сплавов.
В промышленных муфельных установках, которые используются в дорогостоящем производстве, нагревательным элементом может выступать платина и ее сплавы.
Сам нагревательный элемент обычно защищается отдельно. Он просто замазывается жаростойким цементным раствором, образуя с муфелем единую конструкцию. Между муфелем и наружным корпусом печи обязательно предусматривается пространство, которое заполняется негорючей минеральной ватой. Слой изоляции предотвращает нагрев печного корпуса до опасно высокой температуры.
Управляет температурным режимом электроника. На панель управления выносится регулятор температуры. В муфельных печах продвинутого класса имеется LCD-экран.
Принцип работы муфельной печи и ее применение
Муфельные печи — это устройства с древней историей. Мастера издавна применяли их для обработки керамики, стекла и металла. Суть работы ее сводится к нагреву материала опосредованно, без контакта с источником тепла (пламенем). Делается это путем нагрева особой керамической емкости, которая и называется муфелем.
Назначение
В производственной практике муфели применяются как для исследований, так и изготовления деталей или целых изделий. Современные муфельные печи для нагрева используют не только древесный уголь (в комплекте с мехами), но и газ, и электричество. Последнее особенно удобно из-за простоты конструкции и невысокой стоимости данного вида энергии.
Все основные функции муфелей можно свести к следующим:
Характеристики
Все муфельные печи как фабричного, так и самодельного происхождения отличаются несколькими базовыми характеристиками:
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:
Режим обработки
Муфели могут быть универсальными (чаще всего это небольшие лабораторные установки) и специализированными:
Критерии выбора
Выбирая муфельную печь, нужно основываться на ее предназначении и условиях будущей эксплуатации. Прежде всего нужно обратить внимание на рабочий объем муфеля, тип нагревательного элемента, возможные температуры, потребляемый ток и общую функциональность.
Допустимые нагрузки и режимы температур
Все печи по мощности делятся на две группы:
В обоих случаях линия питания должна быть выделенной и оснащенной индивидуальными средствами автоматической защиты.
По температурным режимам печи могут быть до 900 градусов — это специализированные на обжиге керамики устройства, имеющие значительный внутренний объем. Также муфели могут иметь рабочую температуру от 1200 до 1600 градусов — наиболее универсальные для лабораторий и производственных мастерских устройства.
Функциональность
Под функциональностью подразумеваются прежде всего габариты, вес устройства, способ загрузки материала и наличие дополнительных функций. Под последними понимается прежде всего возможность максимально точного контроля температуры и управления ее изменением в автоматическом режиме. Все перечисленное должно отвечать особенностям производственного или исследовательского процесса, в которых предполагается задействовать муфель.
Спираль для нагрева и рабочий объем камеры
Нагревательный элемент чаще всего имеет вид спирали с диаметром витков около 0.5-1 см. Толщина самой проволоки от 2.5 до 3-4 мм. Размещается она в особых канавках по поверхности всех стенок и дна муфеля. Крепеж, предохраняющий спирали от провисания, выполняется из керамических трубочек или шпилек. На дно устанавливается опорная решетка для тигеля из термостойкой стали.
В среднем рабочий объем муфеля равен 10-30 литрам. Большие объемы имеют устройства, специализированные на сушке и обжиге керамики (до 100-200 литров).
Рекомендации по использованию
Конкретные требования к эксплуатации муфеля всегда излагаются в прилагаемой к нему инструкции от производителя. Ее всегда нужно тщательно изучать до начала работ с устройством. Чаще всего возникают вопросы по эксплуатации печей для керамики и стекла
Печь для керамики
Данное устройство практически всегда имеет значительный объем, но работает на относительно низких температурах. Это обычно 800-900 градусов. Отличает данные печи появление водяных испарений и конденсата. Следовательно устройство должно быть заземлено, установлено в удобном для загрузки и выгрузки материала месте. Работник, обслуживающий такой муфель, должен иметь рабочий халат, фартук, перчатки и очки для защиты от раскаленного воздуха и материалов.
Для стекла
Муфельные печи для обработки стекла всегда имеют значительно меньший объем (около 10 литров), но используют высокие температуры — до 1200-1300 градусов. Всегда нужно помнить о вероятности токсичных испарений из присадок для стекла (при его варке) и разбрызгивании расплава.
Важно. Средства индзащиты и хорошая вентиляция в помещении обязательны.
Условия безопасной установки
Изготовив или приобретя фабричную модель муфельной печи, нужно установить ее в мастерской или лаборатории с соблюдением всех правил безопасности. По сути они сводятся к набору широко известных требований по эксплуатации нагревательного оборудования на электричестве и газе:
Самостоятельное изготовление
Самостоятельно изготовить муфельную печь своими руками при наличии соответствующих материалов не составляет особого труда. Для этого нужно обладать навыками работы с металлом, кирпичом и электротехническими схемами. Из инструментов необходим следующий минимальный набор:
Понадобится также и некоторое количество материалов. Их точное число зависит от проекта, по которому будет строиться печь, и вычисляется в каждом случае отдельно. Нужно приобрести:
Все перечисленное пригодится как для постройки электрической, так и газовой муфельной печи. В последнем случае электронные компоненты не пригодятся. Нужен будет только полупроводниковый термометр. Конкретную схему или чертеж можно подобрать в интернете или использовать одну из приводимых здесь. Размеры муфельной печи можно менять при необходимости. Главное — правильно пересчитать величину нагревательной спирали.
Совет! В сети встречаются рекомендации изготавливать корпус печки из отслуживших свой срок газовых печей или стиральных машин. Этого не стоит делать, так как видимая простота оборудования обернется недолговечностью конструкции и ее плохими эксплуатационными качествами. Разумнее изначально делать основательную конструкцию из металлического уголка и листа.
Газовая муфельная печь изготавливается из горелки и керамического муфеля (делается из подходящего по свойствам керамического сосуда). Пламя горелки нагревает наружную поверхность керамики и не контактирует с содержимым муфеля. Подобное устройство всегда имеет малый рабочий объем и применяется для изготовления и обработки небольших металлических или керамических поделок (например, закалка или отпуск клинков ножей, обжиг миниатюрных скульптур). Большие муфельные печи изготовить в условиях домашней мастерской затруднительно, а эксплуатация ее будет небезопасна.
Если нужна печь с рабочим объемом от 10 литров, то правильным выбором будет муфельная электропечь — она практичнее и много безопаснее. Суть ее самостоятельного изготовления сводится к сварке основного каркаса из металлического уголка и листа. На него изнутри монтируется термоизоляция из двух слоев — базальтовой ваты (внешний) и шамотного кирпича (внутенний). В кирпиче проделываются пилой, УШМ и стамеской канавки или желобковые углубления для нагревательных спиралей. Чаще всего делают два независимых контура (могут работать одновременно).
Важно. Щели между кирпичами промазываются особой термостойкой глиной для кладки печей (она выдерживает до 1700 градусов). Это безопасное и надежное средство, главное — тщательно затирать швы и не делать их толще 3 мм.
Дверцу уплотняют с помощью нескольких слоев силиконового герметика. Со временем он износится, но его легко подновить. В финале сборки печи подключают к блоку терморегулятора — он позволит контролировать внутреннюю температуру и плавно ее менять. Часто дополнительно устанавливают электронные программируемые блоки — они не только выполняют измерительные функции, но и позволяют производить термообработку по сложной программе без контроля со стороны человека.
Совет! При изготовлении корпуса муфельной печи нужно не забыть проделать несколько технических отверстий в ее крышке для выхода испаряющейся влаги.
Отзывы
Николай М.: «Два года назад самостоятельно собрал первую свою муфельную печь. Делал работающую на электричестве. Рабочий объем — 90 литров. С тех пор успешно применяю для обжига керамики. Нареканий по работе особых нет. Совет всем, кто будет делать ее как и я самостоятельно — не экономьте на качестве термоизоляции и позаботьтесь об удобстве смены нихромовых спиралей — они иногда перегорают. Если не подумать заранее, замена нагревательных элементов превращается в по-сути новую сборку-разборку муфеля».
Олег В.: «У меня собственная зубоврачебная практика. Три года назад решил заняться протезированием и для этих целей приобрел SNOL 7.2(8.2)-1100. Качество муфеля достойное. Работает интенсивно до сих пор. И я и мои пациеты довольны — коронки льются на ура. Средства потраченные на данное оборудование вернулись буквально за полгода его эксплуатации».
Муфельная печь — это отличное приспособление для работы не только с керамикой, но и со стеклом, металлами. Ее приобретение не повредит любой серьезной мастерской. В домашних же условиях есть возможность существенно сэкономить средства и построить этот нужный агрегат своими руками из элементарных материалов. Его качество будет таково, что не сильно уступит фабричным моделям.