Самодельный муфель печи для отжига стекла (до 600 град.С), из распространенных и недорогих материалов

готовый муфель

Очень часто, в описаниях различных печек, процессом изготовления самой важной и ответственной части – муфеля, либо пренебрегают, либо касаются этой темы вскользь, либо сведения откровенно непроверенные. А между тем, это и есть сердце муфельной печи, от которого, во многом зависят многие ее параметры. Материалы для муфеля не часто можно найти в продаже, они часто дороги.

Немного теории, выбор материалов

Ниже описывается эксперимент по изготовлению муфеля для печи отжига стекла (максимум 600 градусов Цельсия). Печь с такого рода муфелем, может применяться в стеклодувном деле, lampwork. Объем муфеля – около 5л. Нагреватель из нихромовой проволоки «внутреннего» типа – спираль замурована в толщу стенок муфеля. Задача была сделать максимально недорогую работоспособную конструкцию пригодную для практического применения.

Итак. В качестве материала для стенок муфеля, была применена масса, состоящая из талька смешанного с жидким стеклом. Нагреватель – нихромовая проволока. В качестве первичной теплоизоляции – толстый асбестовый шнур. Основная теплоизоляция в печи предполагается из пенобетона. Рассмотрим некоторые особенности этих материалов в подобном применении.

Первое на что стоит обратить внимание – жидкое стекло и нихром. Из важного – жидкое стекло слабо электропроводное в расплаве примерно от 650°C, оно активно растворяет огнеупоры печи уже от 700°C; жидкое стекло вызывает катастрофическую коррозию нагревателей. Достаточно одной капле жидкого стекла попасть на нагревательную проволоку, чтобы та перегорела при первом же запуске печи. Конечно, при смешивании жидкого стекла с другими компонентами (корундом, шамотом, песком и т.д.) вред для огнеупоров от него уменьшается, но коррозионное действие на нагреватель остается. Это коррозионное действие объясняется высоким содержанием оксида натрия в жидком стекле (жидкое стекло - это силикат натрия Na2SiO3). Оксид натрия разрушает защитную оксидную пленку на нихроме по реакции:

6Na2SiO3 + 4Cr2O3 + 3O2 = 4Na2CrO4 + 4NaCrO2 + 6SiO2

Эта реакция активно протекает уже от 600°C и приводит к глубокому окислению нихрома.
С фехралью дело обстоит еще хуже, - защитная пленка из оксида алюминия в контакте с силикатом натрия теряет свои защитные свойства и начинает пропускать кислород к металлу, который начинает окисляться почти как простое железо.


Асбест. При 800 градусах теряет химически связанную воду и превращается в порошок. Поэтому такие изделия из него, как картон или шнур могут работать до этой температуры. Кроме того, фехраль не должен контактировать с асбестом [2]. К слову, о потере воды – при использовании асбестового картона или шнура при высокой температуре, прокаливании, асбестовые изделия становятся хрупкими. Если необходимо разобрать асбестовую теплоизоляцию, следует дать ей полежать день-два. Асбест насыщается водяными парами из воздуха и снова становится мягким.

Вспененный бетон. Является  строительным материалом общего применения. При не особенно прочной поверхности, уверенно выдерживает 600 градусов и до этой температуры, является прекрасным теплоизолятором.  

Огнеупорная обмазка тальк-жидкое стекло, сама по себе работоспособна до 1000 град [1].

Итак, при искомых температурах (до 600 град.) перечисленные материалы применять допустимо.

Технология изготовления такого муфеля описана в [1], для миниатюрных высокотемпературных трубчатых печей и подразумевает намотку нагревателя на разборной болванке, обмазку, сушку, снятие с болванки и досушивание, доводку и снабжение готового муфеля теплоизоляцией. Ниже, по предложенной технологии сделана попытка изготовления муфеля изрядного объема – около 5л.

Практическая часть

Первым делом подобрал болванку для намотки подходящего размера. Ей стал ящичек, в котором до этого экспериментировал с изготовлением глиняного муфеля. Для придания ему «легкой разборности», стеночки скручивал саморезами через слой газетной бумаги, это предотвратило слипание лакового слоя. Если болваночка изготавливается именно для намотки описываемым способом, покрывать ее лаком нет нужды. После сборки боковых стенок, привинтил торцы коробки, а саморезы на боковых стенках удалил. В результате, получил коробку, разбирающуюся с торцов.

стенки деревянной формы

торцы деревянной формы

веревочка

Следующий этап, намотка веревочки. Плотненько, виток к витку. Был применен самый простой шпагат. Концы его временно закрепил несколькими скобками из строительного степлера. На торцах, так, чтобы можно было потом отковырять. Поверх веревочной намотки, сделал слой «вощенной» бумаги – применил упаковку от пачки принтерной бумаги, скрепив концы бумажным «малярным» скотчем.

Подготовка проволоки нагревателя. Нихром – штука очень даже дорогая и приобретать его катушками, чтобы в хозяйстве имелся ряд диаметров, на случай нужды в нагревателе – накладно. Приобрести несколько десятков метров нужного диаметра также не всегда возможно. Как возможный вариант – поискать готовые нагревательные спирали и задействовать их. Ниже на фото местный вариант – суровая челябинская спираль. Отметьте умеренную стоимость и наличие в магазине ряда разных мощностей. Еще ниже – ряд итераций по превращению спирали обратно в провод.

спираль

выравнивание спирали 1

выравнивание спирали 2

выравнивание спирали 3

Конец гнутого провода привязывал, к чему ни будь массивному и протягивал, сжав через комок ветоши. При этом следует обеспечить беспрепятственное вращение свободного конца провода вокруг своей оси. Последние несколько правок – через ряд роликов.  

Проволока подготовлена, получилось около 13м. Мощность нагревателя зависит от размера муфеля [2] и в данном случае чуть излишня – темп нагрева будет несколько больше оптимального. Полученные 13м разделил на периметр подготовленной болваночки – получил число витков, которые придется намотать, оно невелико, что очень упрощает задачу. Разделил длину намотки (муфеля) на число витков – получил шаг намотки. В данном случае он вышел равным около 8мм – гуляем, можно с закрытыми глазами мотать. 

намотка спирали

Термопару решил воткнуть в бок муфеля – так получается очень лаконичная конструкция, можно использовать относительно короткую, жесткую (в керамическом или стальном кожухе) термопару без компенсационных проводов, прямо на клеммы термоконтроллера. В месте отверстия для термопары, намотку нагревателя «раздвинул», место позволяет. К слову, для равномерного нагрева керамического муфеля, иногда намотку делают с переменным шагом – плотнее у краев, реже в середине.  Чтобы не потерять место для термопары после обмазки, забил в центр маленький гвоздик.

После намотки нагревателя, сделал бортики, чтобы края готового муфеля были ровненькими. Для этого использовал реечки, обернутые тонким «колбасным» полиэтиленом. Закрепил их гвоздиками. Реечки опирались на пустое место под бумагой, чтобы их выровнять, подмотал на пустоту немного того же шпагатика.

выравнивание краев по толщине

гвоздик - центр отверстия для термопары, бортики

обмазка

высохшая обмазка

Обмазка была в два слоя. Выполнялась резиновым шпателем. Сама масса готовилась из жидкого стекла и аптечной детской присыпки – чистого талька не нашлось. На один слой ушло около ¾ стакана жидкого стекла и 5 флакончиков присыпки по 40гр. Присыпка при перемешивании, постепенно добавлялась в порцию жидкого стекла до консистенции густой сметаны. Полученный состав наносил на все четыре стороны, сушил горизонтально, изредка переворачивая. Обмазка получилась весьма вязкой и практически не стекала.
  
разборка формы - снятие бортиков

разборка торцов

извлечение формы

После затвердевания обмазки муфеля, приступил к разборке болванки и извлечению муфеля. Аккуратненько отковырял бортики, смотал веревочки под ними. Снял торцевые стенки, и начал сматывать веревочку между муфелем и болваночкой. Вот тут поджидала засада – во первых веревочка была довольно грубой, толщина ее не особенно одинаковой, часто в веревочке оказывались вплетены остатки мелких щепочек. Хуже всего было на углах. В конце концов, чтобы не повредить муфель, веревочку оставил в покое, а деревянное основание просто аккуратно выбил по частям.

Муфель оказался не таким уж и сухим и прочным. При отсутствии дна, лежа, он так и норовил, если не сложиться, то приблизиться к параллелограмму. А вот после ночи проведенной стоя, немного «поплыл».

"поплывшая" форма

испытание

После нескольких дней досушивания, приступил к включению. Муфель поставил торчком на кусок асбестового картона, все это, на газобетонный кирпич, сверху обмотал «первичной» теплоизоляцией – толстым асбестовым шнуром. Накрыл еще несколькими кусками асбестового картона.

Контроль температуры был организован термопарой хромель-копель (К-тип). В начале (на фото) это была термопара из комплекта мультиметра, затем отдельная. Термопара подключалась к фабричному температурному ПИД контроллеру. Здесь он работал только как индикатор температуры (мультиметр неудобен для длительных испытаний - через некоторое время он отключается для экономии батарей). Позже, на основе термоконтроллера был собран блок управления для муфельной печи.

Первые подключения, делал через последовательно включенный утюг 1.4кВт. Утюг снижал ток, терморегулятор его после прогрева включался на 5…10 сек. Раз примерно в минуту. Получился очень нежный разогрев – за 3…4 часа муфель нагрелся до 300 градусов. После нескольких дней щадящей сушки, последовательно был включен нагреватель 4 кВт. Дело пошло повеселее. Выше 400 градусов начал выгорать крахмал из детской присыпки, и процесс пришлось перенести на открытый воздух.
  
В результате получился муфель с очень легкими жесткими стенками, похожими на керамику. При легком постукивании слышен звон.

В целом, эксперимент был признан удачным – удалось сделать муфель для печи отжига стекла, с рабочей температурой до 600 градусов Цельсия. Затраты минимальные. Материалы подножные. Для более безопасного использования, после полной просушки следует нанести еще один слой обмазки изнутри. Сушить аналогично. При необходимости, аналогично можно сделать и муфель с дном.

Работа над ошибками

Прежде всего, следует отыскать чистый тальк – выжигать его очень уж долго и неприятно. Форму следует делать более округлую, со сглаженными углами, тогда не будет трудностей с разматыванием веревки. С размерами муфеля несколько увлекся, впрочем, меня оправдывает стремление использовать готовую форму. Для формы и подкладок лучше использовать сухую деревяшку лиственных пород и натуральные остальные материалы – тогда можно первоначальную сушку включением, проводить прямо на форме, это избавит от деформации. Более того, форму можно попробовать выжигать – температура воспламенения, например березы, 330…350 град.С. При этом отпадает необходимость в подкладках и веревочке.
Поскольку муфель при освобождении не будет испытывать механических нагрузок, такой способ хорошо подойдет для варианта с дном.     
 

Внимание

По прошествии некоторого времени, был изготовлен муфель из огнеупорных кирпичей, для испытания применялась такая же асбестовая веревка. Выяснилось, что в дымообразовании при температурах сразу за 400°С, принимает участие именно она, кто бы мог подумать. Веревка в середине содержит нечто вроде ваты, она и дымит разрушаясь, бросая тень на честный асбест, материалы из которого, смело работают до 800°С.

Литература


  1.  Брауэр Г. (1985) Руководство по неорганическому синтезу. Т.1. Глава 9  Высокие температуры.

                                                                                                                            Babay Mazay 2018 г.

Поделиться в соцсетях

Facebook Twitter Google+ Vkontakte

Комментариев нет:

Отправить комментарий