Лабораторная муфельная печь: что из себя представляет и где используется?

Классификация по типу рабочей среды

Муфельные печи могут обеспечивать нагрев заготовок в различных средах:

Воздух
Инертный газ
Вакуум

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.

Как регулировать температуру

Регулировку температуры можно осуществлять двумя способами:

подключать спирали по очереди, с увеличением их мощности;
установит внешнее устройство, регулирующее подачу напряжения на спирали.

Оба варианта имеют свои плюсы и минусы. Первый вариант проще, но нужен пакетный переключатель или отдельные автоматы на каждую спираль. Кроме этого, изменения нагрева производятся скачками.

Второй вариант сложнее — необходим регулятор, способный выдерживать рабочую нагрузку печи. Выбор подходящего варианта — прерогатива пользователя. Как правило, используют регуляторы — они компактнее и позволяют плавно изменять степень нагрева.

Правила безопасного использования высокотемпературных печей

Данные устройства широко используются в разных сферах современной промышленности. Их популярность обуславливается особенностями конструкции и техническими характеристиками, благодаря которым можно обрабатывать материалы и готовые изделия без их взаимодействия с посторонними веществами. Для того чтобы печи приносили максимум пользы, их нужно правильно выбирать, учитывая все особенности оборудования.

Внимание! Выполнение правил техники безопасности поможет не только предотвратить возникновение опасных ситуаций, но и продлит эксплуатационный срок самого устройства. Для безопасной эксплуатации следует обязательно соблюдать правила:

Для безопасной эксплуатации следует обязательно соблюдать правила:

не обрабатывать изделия, для которых не предусмотрены устройства;
не использовать оборудование даже с незначительными повреждениями;
не допускать работу печи при частых перебоях электрической сети.

Сфера применения электропечей:

– в медучреждениях для стерилизации и сушки посуды, а также для подготовки биоматериалов к испытаниям;

– в экологических службах для определения влажности грунта и песка;

– на производствах с целью проведения лабораторных испытаний;

– в исследовательских центрах и научных институтах для выращивания кристаллов.

Отечественные посредники “Снол-Терм” и “Термикс”, производят поставку и наладку печей СНО, а также предоставляют помощь в разработке методик аттестации данного лабораторного оборудования. Данные организации находятся в Твери и Москве, поэтому поставка оборудования осуществляется в любую часть России.

Определение

Лабораторная печь муфельного типа – это термонагревательная конструкция, в которой предмет, подлежащий термической обработке, не имеет контакта с нагревающим элементом, а также с веществами, которые выделяются при сгорании топлива. Взаимодействие с различными электрическими спиралями, газами и сажей полностью исключается.

Подобный эффект достигается за счет использования муфеля. Это специальная оболочка, которая может быть выполнена из:

Огнеупорного кирпича,
Керамоволокна,
Особой стали с малой теплопроводностью,
Корунда.

В лабораторных условиях такой способ позволяет проводить сложные химические анализы без влияния на чистые образцы посторонних примесей и веществ, а также обогащать драгоценные металлы.

Корпус муфельной лабораторной печи выполнятся из обычной стали, подлежащей окраске, хотя существует отдельные модели, внешняя оболочка которых сделана из нержавейки. На корпусе располагаются органы управления и индикаторы температуры внутри камеры, в некоторых моделях они могут быть вынесены в отдельный блок.

Плюсы и минусы

К достоинствам подобных агрегатов можно отнести:

Широкий размерный ряд, есть возможность выбрать печку любых габаритов и объемов,
Большой диапазон рабочих температур устройства,
Возможность терморегулировки процесса нагрева с помощью тумблеров и в автоматическом режиме,
Прогрев испытуемого образца или готового изделия производится плавно и равномерно.

Недостатки у таких устройств тоже есть, но их мало:

Высокие цены на лабораторные муфельные печи, которые могут достигать 1000000 рублей,
Сложность в управлении, работать с таким устройством должен специально обученный лаборант.

Что представляет собой муфельная печь

Муфельные печи — это оборудование для нагрева различных материалов — керамики, золото, серебра, платины, химических веществ. По своей особенности широкого спектра и применяются практически везде.

Электрическая муфельная печь применяется для термической обработки материалов на многих производствах в основном химических лабораториях и научных институтах. Муфель в ней используется в основном керамический.

В технически устаревших печах сфера применения муфельных печей ограничивается температурным максимумом – 1150 градусов. Это объясняется расположением нагревательных элементов за керамическим муфелем, что не позволяет применить данные агрегаты при температуре рабочего пространства свыше 1150 градусов.

Это происходит из-за необходимости увеличения температуры на нагревательных элементах, выше возможного уровня их использования.

Для снижения перехода температур между температурой внутри муфеля и нагревателя, муфель изготавливается из керамики.

Принцип работы отличается еще и большим расходом электроэнергии, поскольку массивный муфель разогревается не быстро. Этим объясняется использование некоторыми производителями муфелей из волокнистых материалов. В такой печи нагревательные элементы находятся внутри.

Принцип работы устройства – устранение прямого излучения нагревателей на материал, поддающийся термообработке.

Однако у волокнистого муфеля есть серьезный недостаток: волокно неустойчиво к газовыделению, что происходит особенно активно при обжиге керамики, обработке металлов. Выделение солей и выгорание масла разрушают волокно.

Муфельная печь с выносным блоком управления нагрева являются новой веткой в развитии электрических печей сопротивления.

Рабочая камера сделана из высокотемпературного и прочного термоизоляционного материала.

Нагреватели расположены в пазах электропечи, что облегчает их замену и препятствует их замыканию при соприкосновении с садкой.

Она может использоваться при стандартной температуре от 50 до 1250 градусов, но может быть изготовлена и до 1600 градусов.

Муфельные печи используются по своему прямому назначению для обжига, закалки металлов и стали при высоких температурах, разнообразных лабораторных исследованиях.

На сегодня существует большое разнообразие данного вида печей, но каждая из них может применяться для отдельных вариантов обработки и закаливания материала, а именно:

получение и создания особенных ювелирных изделий из серебра и золота;
применяя высокие температуры, для переплавки драгоценных металлов и изделий с наличием повреждений;
создание более прочной структуры и обжига изделий на основе керамики;
формирование необходимого изделия и выплавки на основе воска;
закалка металлических изделий, производство форм для литья металлов.

Терморегуляторы, контроллеры для муфельных печей: аналоговые, цифровые, программаторы

Терморегулятор позволяет регулировать температуру внутри печи. Терморегуляторы подразделяют на два вида:

аналоговые
цифровые

Аналоговые терморегуляторы уже почти не используются. Ими снабжают только некоторые печи, например, ПМ-8. Регулятор представляет из себя поворотную ручку с нанесённой риской, которую можно устанавливать напротив требуемого деления шкалы. Точность задания температуры при помощи таких приборов невелика.

На данный момент широко распространены цифровые терморегуляторы. Они подразделяются на несколько видов в зависимости от функционала:

Упрощённый терморегулятор отображает на дисплее заданную или текущую температуру в печи. Некоторые производители дополнительно снабжают эти терморегуляторы таймерами.
Электронный терморегулятор имеет два дисплея, на одном из которых отображается заданная, на другом текущая температура. Имеется возможность задать время выдержки и скорость нагрева.
Программатор подобен электронному терморегулятору, но в дополнение имеет возможность задавать программы нагрева во времени.

Что такое муфельная печь

Муфельная печь — нагревательное устройство, предназначенное для нагрева чего-либо до заданной температуры Муфельная печь — это термический прибор, предназначенный для нагревания материалов до заданной температуры. Состоит из нагревательной камеры и капсулы (муфеля), в которую помещается обрабатываемый предмет.

Сфера применения устройств довольно обширна:

Лабораторный анализ. Свойства многих минералов проявляются при высокой температуре.
Кузнечное дело. Разогрев заготовок при сохранении их формы и отсутствии окалины.
Закаливание металла. При термической обработке меняется кристаллическая структура, повышается прочность и жесткость.
Плавка. Выделение нужной субстанции из неоднородного сырья. Так получают слитки алюминия, золота и серебра.
Отжиг. Способствует достижению заданной микроструктуры при создании деталей из нескольких компонентов.
Обжиг. Придание предметам нужных свойств, таких как твердость, презентабельность, устойчивость к влаге и химическим реагентам.
Термообработка. Удаление из вещества воды, кислоты, масел и прочих жидкостей с целью полного высушивания.
Отпуск. Снятие внутренних напряжений после проведения плавления или закалки, достижение пластичности.
Озоление. Удаление посторонних примесей путем их сжигания. Определение наличия минералов в исследуемом сплаве.

Использование функций устройств позволяет получать красивую керамику, сувениры, уникальные изделия из металла.

Кладка огнеупора

На строительном рынке покупаем шамотный кирпич. Этот кирпич предназначен для кладки топок печей и каминов. Данный кирпич способен выдерживать длительное воздействие тепла при температуре 1000 градусов и многократные циклы остывания и нагрева, обладает высокой теплоёмкостью и тепловой инерцией. В качестве связующего лучше всего купить специальную огнеупорную сухую смесь для кладки шамота.

Подгонка и разметка

Раскладываем на ровном полу боковые и заднюю стенки будущей камеры таким образом, чтобы задняя стенка оказалась между боковыми, как бы получилась «развёртка».
Толщину будущих швов имитируем проволокой диаметром 3-5 мм.
Подгоняем кирпичи друг к другу. При необходимости кирпичи подрезаем на камнерезном станке или болгаркой
Затем размечаем на стенках трассу будущей нагревательной спирали.
На кирпичах прорезаем канавки под спираль.

Вид рабочей камеры изнутри. Верх выполнен в виде свода.

Кладка кирпичей должна быть очень плотная. Толщина швов — не более 5 миллиметров.

Кладочная смесь разводится водой в соответствии с инструкцией завода-производителя.
Каждый кирпич перед кладкой погружаем в ёмкость с водой на 15-30 секунд, для того чтобы вода заполнила поры кирпича.
Выкладываем донышко будущей печки.
Затем выкладываем стенки.
Вертикальные швы кладки не должны совпадать между собой.
Верх выкладываем в виде свода с замковым камнем.

На дверке тоже надо закрепить шамотный кирпич.

Для этого внизу дверки привариваем или закрепляем на клёпки тонкий уголок или квадратную трубу. Уголок будет принимать на себя вес кладки, то есть будет работать не только раствор.
В кладочный раствор добавляем цемент, до 20%.
На металлическую поверхность дверки прикрепляем оцинкованную сетку с ячейкой 20×20 миллиметров.
Дверку снимаем, кладём горизонтально и на ней укладываем шамотный кирпич.

Уплотнение

Для повышения эффективности работы печи, нужно исключить потери тепла через неплотности дверцы. Герметичность можно увеличить термостойким силиконом.

Для этого тщательно обезжириваем кромки кирпича в местах примыкания.
Наносим разделительное средство на торцы стенок камеры в местах примыкания. Это может быть даже солидол.
Наносим «колбаску» из термостойкого силикона на дверку.
Закрываем дверь.
Силикон приклеится на дверку, а на торцы стенок камеры не приклеится из-за разделительного средства. Фактически получится уплотнительная силиконовая лента на дверке.
Разделительное средство с торцов камеры отмываем, например, спиртом.
Силикон не сможет долгое время выдерживать воздействие тепла, поэтому периодически нужно будет делать ремонт для восстановления герметичности дверцы. Заключается ремонт в том, что прокладку из силикона изготавливают повторно так же, как описано выше.

Как выбрать подходящую печь

Производители муфельных печей постоянно совершенствуют свою продукцию, так как высокая конкуренция на рынке стимулирует к постоянному удовлетворению клиентских запросов.

Чтобы не терять своих покупателей и завоевывать новые рынки сбыта необходимо идти в ногу со временем. При этом и ценовая политика должна быть адекватной, иначе уровень продаж будет невысоким не зависимо от качества продукции.

При их изготовлении используются только современные экологически чистые материалы. Печи обладают двухэтапным циклом работы, когда на первом этапе происходит нагрев, а на втором — стабилизация полученной температуры. Блок управления позволяет запоминать выставленные настройки при отключении электроэнергии.

Очень часто пользователи приобретают термопару для муфельной печи. Это устройство служит для измерения точной температуры. В основном оно необходимо, когда сама печь лишена встроенного термометра и не показывает текущее значение температуры.

Для безопасной работы персонала пригодится вытяжной шкаф. Это специальный элемент технической мебели, внутрь которого помещают рабочее устройство. Он необходим, чтобы человек случайно не обжегся об устройство, которое сильно нагревается во время работы.

Внутренняя температура муфельной печи может составлять от 400 до 2500 градусов по Цельсию, так что даже касание внешней поверхности может быть весьма неприятным.

Из остального дополнительного оборудования большим спросом пользуются муфели из разных материалов. Они применяются в зависимости от условий работы с тем или иным материалом.

Устройство и классификация

Общее устройство лабораторной муфельной печи представлено на схеме:

Цифрами обозначены:

1 – корпус,
2 – муфель,
3 – дверца,
4 – рабочее пространство (камера),
5,6 – органы управления,
7 – нагревательный элемент,
8 – заземляющий контакт.

По типу топлива, на котором работают подобные устройства, все муфельные печи можно разделить на 2 группы – газовые и электрические. По воздушной среде внутри муфеля, такие агрегаты бывают с камерами, в которых находится определенная газовая смесь, обычный воздух, либо вакуум.

По ориентации в пространстве лабораторные муфельные печки могут быть с вертикальной или горизонтальной загрузкой, а также трубчатыми и колпаковыми. По степени термического воздействия существуют печи с умеренным нагревом (100 – 500 градусов), средним нагревом (400 – 800 градусов), высокотемпературные (400 – 1400 градусов) и сверхвысокотемпературные (400 – 2000 градусов).

При работе с такими высокими температурами можно получить серьезные ожоги рук. Необходимо помнить о правилах техники безопасности и использовать специальные приспособления, такие как термостойкие рукавицы и щипцы-захваты.

Области применения и выбор печи

Сфера применения муфельных печей довольно разнообразна. Их используют для обжига керамических изделий, литейных форм, при изготовлении ювелирной продукции и изделий из воска, для плавки цветных металлов.

Для обучения подойдет печь с небольшими размерами муфеля (100х100х100), высокой температурой нагрева. Такие печи получили название «мини-муфельные печи».

Для ювелирных мастерских нужна профессиональная печь с программатором. Для нагрева драгоценных металлов очень важна точность регулировки и нужно несколько режимов работы. В ювелирном деле для нанесения эмалирования на драгоценные металлы применяются муфельные печи для эмали.

В стоматологии при изготовлении протезов нужна печь с малыми габаритами и высокой температурой.

В промышленности применяются печи с большими габаритами (не менее 200х200х200) и сверхвысокими температурами – до 2000 градусов. Соответственно цена на такое устройство значительно выше.

Муфельная лабораторная печь используется для проведения лабораторных анализов, нагрева проб и материалов, проведения тестов. Габариты и температура зависят от проводимых испытаний. Для таких печей важен широкий диапазон регулировки параметров.

Муфельная печь СНОЛ (SNOL) – это лабораторная печь сопротивления, камерная с прямоугольным муфелем для нагрева в воздушной среде с нормальным давлением.

Электрические камерные печи типа СНОЛ для испытаний получили название «Муфельные печи ЭКПС».

Электропечи выпускаются с камерами из керамики или термостойкого волокнистого материала. Керамика значительно надежнее, долговечнее волокна, не требует больших энергозатрат, позволяет поддерживать однородность температуры. Но керамика долго остывает и нагревается. Поэтому быстро менять режим обработки не возможно.

Волокнистые так же имеют свои преимущества. В них нагревательные элементы запрессованы в волокно и их излучение не оказывает влияние на нагреваемый материал. Но недостатков у них гораздо больше: большие затраты электроэнергии, выделение вредных газов, ломкость. Для отвода вредных веществ в печах предусматривается вентиляция.

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.

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.

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

Типы сушильных шкафов. Назначение низкотемпературных электропечей.

Сушильные шкафы – низкотемпературные печи с максимальным пределом нагрева в 350°С. Назначение сушильных шкафов:

– сушка и стерилизация посуды для испытаний;

– определение влажности сыпучих материалов;

– для проведения лабораторных испытаний.

Сушильные шкафы бывают с естественной и принудительной вентиляцией. Это зависит от необходимой скорости сушки образцов и разбега температур относительно среднего значения. Лабораторные печи СНОЛ с естественной вентиляцией не имеют в своем составе вентиляторов, а испарения в процессе работы аппарата удаляются естественным образом, через отверстия на дне сушильной камеры. Литовская компания АВ “UMEGA” также занимается изготовлением сухожаров с принудительной вентиляцией (конвекционная печь).

Конвекционные электропечи считаются более надежными, так как обеспечивают мгновенное удаление паров с камеры прибора, что препятствует возникновению температурного скачка. Как показывает опыт многих испытательных центров, оборудование с естественной вентиляцией является не менее точным. В процессе проведения испытаний, сушильные шкафы СНО без конвекции, дают разброс температур в пределах 5°С. Практически все нормативные документы на методы испытаний не требуют большей стабильности нагрева.

Что такое муфельная лабораторная печь?