Печь для закалки металла: изготовление в домашних условиях

Индукционная муфельная печь своими руками

Муфельные печи – это конструкция, необходимая для творчества ювелиров, кузнецов, других мастеров, работающих с керамикой, с закалкой стали. Обычно индукционная муфельная печь для плавки дорогостоящая, но есть возможность сделать ее своими руками.

Необходимые материалы и инструменты

6 шамотных кирпичей, огнеупорных.
Силикон термостойкий.
Болты и гайки.
Сталь не менее 2 мм.
Трубка небольшого диаметра, стальная.
Дрель.
Металлические кусачки.
Сверла различного диаметра.
Сварочные принадлежности.

Изготовление конструкции

Монтаж основной части. На внутренних сторонах шамотных кирпичей выпиливаем поперечные отверстия. Они служат для установки нагревательной спирали. Такие пазы увеличивают объем печи, то есть внутреннего пространства, с которым работать эффективнее. Кирпичи складываем и закрепляем в форме призмы. Ликвидируем щели.
Изготовление стенок. Используемые материалы: кантал, фехраль, нихром. Устанавливать материалы можно совершенно любым способом, но лучше сложить их кругом. Так, не будет перепада температур, так негативно влияющих на процесс термической обработки.

Фото 2. Основная часть муфельной печи собирается из шамотных кирпичей, в которых выпиливаются отверстия.

Установление теплоизоляции. Эффективность зависит от степени удерживания температуры внутри конструкции. Сама теплоизоляция – это смесь, состоящая из 0,8 частей цемента и 0,2 частей перлита. Смесь между призмой и стенками должна настояться около 48 часов.
Изготовление дна. Создаем изогнутую заготовку для нижней части изделия, прикрепляем четыре маленьких кусочка стальной трубы – это ножки, на которые будет опираться печь. Внутрь изделия наливаем цементную смесь, после застывания прикладываем проволоку в виде сетки, для создания ровного и одномерного слоя. В конце наносим тальк.
Изготовление крышки. Одного размера с дном создаем заготовку, прикрепляем к нему ручки. Крышку заполняем раствором с цементом и перелитом.
Изготовление спирали. Нихромовую проволоку с сечением 0,1 см и прут из железа радиусом 3 мм. После снятия с прута проволоки получаем спираль. Витки не должны соприкасаться. Готовая спираль помещается в прорези, сделанные на первых этапах производства.

Фото 3. Спираль из нихромовой проволоки помещается в специальные прорези в огнеупорных кирпичах таким образом, чтобы витки не соприкасались.

Сборка и сушка печи. Собираем все элементы печи, устанавливаем их и просушиваем. Сушить изделие положено в хорошо продуваемом и вентилируемом месте. Применение нагревательных приборов в процессе сушки строго-настрого запрещено.

Внимание! В процессе создания необходимо с аптекарской точностью соблюдать все пропорции, указанные выше. Точно, скрупулезно, внимательно работать с каждым материалом, проверять его на наличие дефектов. Главная сложность – принципиальное выполнение инструкций

Главная сложность – принципиальное выполнение инструкций.

Как сделать нагревательный элемент?

В качестве нагревательного элемента используется проволока. Можно использовать нихром или фехраль. Проволока из нихрома выдерживает до 1100 градусов. Но нихром может сгореть от малейшего контакта с воздухом. Фехраль может выдерживать температуру до 1300 градусов, при этом от воздуха проволока не портится. Минимальный размер проволоки, которую нужно использовать – 1 миллиметр. В зависимости от типа муфельной камеры, различны способы прикрепления нагревательного элемента.

Муфель из керамики обматывают проволокой

Закрепляется нагревательный элемент на кожухе при помощи глины, расстояние между каждым витком должно быть около 2 миллиметров. Скрепляющий слой также следует сушить в течение нескольких дней и обжечь в угольной печи.

В шамотный муфель необходимо установить нагревательную спираль. Ее можно сделать самостоятельно из нихромной или фехральной проволоки. Для этого необходимо равномерно намотать проволоку на цилиндрический объект. Подойдет карандаш, тонкий пруток из металла или сварочный электрод. Диаметр спирали должен получиться в 6 мм.

Обязательно нужно следить за тем, чтобы витки не соприкасались друг с другом, иначе произойдет короткое замыкание. Спираль необходимо провести в специальных углублениях, проделанных в шамотном кирпиче. Обязательно нужно закрепить витки. Это можно сделать при помощи проволоки или изготовить замазку. Для замазки можно использовать глину. В корпусе сверлятся отверстия, через которые необходимо вывести концы проволоки. Для подключения спирали к сети нужно использовать кабель.

Самостоятельное изготовление

Если нет возможности отыскать старую духовку, то придется воспользоваться листовым металлом и электросваркой. По требуемым размерам с помощью болгарки вырезаются из листа металла стенки нашего будущего изделия. Чтобы упростить процесс, печь делают цилиндрической формы. Тогда полоска металла сворачивается в цилиндр и сваривается одним швом.

Металлический круг будет служить одним торцом, а с другой стороны несколько позже установится дверца. Конструкцию необходимо усилить, а для этого придется наварить несколько уголков на места соединения стенок цилиндра и круга.

Сгибаем лист металла в цилиндр

Изнутри стенки получившегося цилиндра обшиваются базальтовой ватой. Этот материал выбран неслучайно. Предельная температура при контакте с открытым огнем составляет 1114°С градусов, материал обладает плохой теплопроводностью, что в данных условиях нам просто необходимо, а также является безопасным для здоровья человека даже при критических температурах.

Грани шамотного кирпича обрабатываются болгаркой таким образом, чтобы в сечении он представлял собой трапецию. Из таких элементов можно составить своеобразное огнеупорное кольцо.

Создание огнеупорного кольца

Так как грани получатся под разными углами, а разбирать конструкцию придется, то рекомендуется на каждом кирпиче поставить порядковый номер. Уложив кирпичи на ровную поверхность так, чтобы внутренние грани «смотрели» вверх, сделайте неглубокие прорези под небольшим углом, в эти прорези будет вставлена спираль. Канавки должны изолировать витки спирали друг от друга и обеспечить распределение нагревательного элемента по всей активной зоне. Теперь снова потребуется собрать кирпичи в кольцо и стянуть их проволокой или хомутом.

Подготовленную спираль укладывают в канавку, а концы ее выводят наружу, где будут монтироваться соединительные клеммы. Кольцо со спиралью представляет нагревательный элемент печи.

Укладка спирали

Цилиндр с базальтовой ватой устанавливается торцом на горизонтальную плоскость. На дно его помещается шамотный кирпич, чтобы защитить круглую стенку от воздействия высокой температуры. Внутрь вставляется нагревательный элемент, и все пустоты заполняются жаростойким клеем. На высыхание устройства потребуется несколько дней. За это время можно придумать и изготовить дверцу для печи. Чем плотнее она будет закрывать топку, тем дольше будет служить самодельная спираль. Построенная своими руками муфельная печь способна плавить драгоценные металлы, обжигать глину, плавить некоторые металлы.

Полезно знать: Как используется конвекторная печь для обогрева дома, какой она бывает

Для того, чтобы производить обжиг глиняных изделий небольшого размера в домашних условиях можно изготовить более простой вариант печи. Он состоит из электроплитки с открытым нагревательным элементом и керамическим горшком подходящего размера. Класть деталь непосредственно на спирали нельзя, поэтому под нее подкладывают шамотный кирпич и сверху накрывают горшком.

Материалы для создания печи

Изготовление электрической муфельной печи своими руками

Рассмотрим строительство небольшой муфельной печи. Прибор будет подключаться к сети с напряжением 220 В.

Выбор материалов

Материалы для изготовления устройства доступны в строительных магазинах и отделах электротоваров. Для создания муфельной печи понадобятся:

листовая сталь толщиной 2—3 мм (2 кв. м);
стальной прокат с сечением «уголок» (3 м);
теплоизолирующий материал (базальтовая вата);
шамотный кирпич, 12 штук;
мертель (5—7 кг);
термопара хромель-алюмель;
керамическая трубка для термопары;
спираль нихромовая;
трубки стекловолоконные для изоляции выводов спирали и термопары.

При выборе материалов руководствуются их качеством: жаропрочностью, способностью выдержать быстрый нагрев и остывание. Чтобы муфель служил долго, не стоит брать кирпич, бывший в употреблении несколько лет.

Подготовка инструментов

Для приготовления пасты из мертеля понадобится десятилитровое ведро и мешалка. При замешивании раствора пользуются респиратором. Для монтажа потребуются следующие строительные инструменты и аппаратура:

сварочный аппарат;
дрель электрическая;
болгарка;
набор сверл победитовых и по металлу;
инструменты печника: молоток-кирочка, мастерок, маленький шпатель, мерная лента;
инструменты электрика: пассатижи, кусачки, круглогубцы, металлическая линейка, отвертка обычная и крестовая.

Пошаговая инструкция

Рабочий процесс включает следующие шаги.

Размечают и разрезают стальной лист. Вырезают детали кожуха и детали дверцы.
Сваривают кожух и дверцу.
Приваривают к корпусу шарниры для дверцы и крепления замка.
Из мертеля делают раствор (по инструкции на пакете).
Из кирпичей складывают макет печи, определяя, где будет проложена спираль.
В кирпичах дрелью делают канавки для укладки спирали. Для работы используют победитовое сверло.
Уголковый профиль нарезают болгаркой и сваривают из него каркас для кирпичей.
В каркасе кладут муфель из кирпичей (на раствор из мертеля).
Кладку просушивают 3—4 дня.
В стенках муфеля в канавки укладывают нихромовую спираль. Просверлив отверстие в кирпичах, выводят контакты наружу.
На термопару надевают керамическую трубочку и стекловолоконную защиту.
В муфеле победитовым сверлом делают отверстие для термопары и вставляют ее внутрь камеры.
Места вывода контактов обмазывают раствором мертеля.
Муфель просушивают 1—2 дня.
На заднюю стенку кожуха укладывают слой минеральной ваты.
В кожух устанавливают муфель. Его ставят на металлическую решетку-подставку, чтобы тяжелая печка не спрессовывала слой ваты под ней.
Сверлом по металлу в кожухе сверлят отверстия, выводят контакты спирали и термопары наружу.
Зазор между муфелем и кожухом плотно набивают базальтовой ватой.
Слой базальтовой ваты укладывают в дверцу и крепят нихромовой проволокой.
Дверцу устанавливают на кожух, ставят замок.
Выпиливают кусок шамотного кирпича по размеру дверцы. При обжиге он ставится в муфель перед дверцей.

Важно! Чтобы спираль не выпадала из канавок, сделанных в кирпиче, ее в нескольких местах укрепляют раствором мертеля

Что это такое?

Назначение муфельной печи — создание высоких температур для термической обработки материалов:

Источником тепловой энергии у муфельных печей является электричество или газ. Первый вариант удобнее с практической точки зрения, но гораздо затратнее в финансовом отношении — во время работы электрические муфельные печи расходуют большое количество электроэнергии.

Мнение эксперта
Левин Дмитрий Константинович

Газовые модели обходятся дешевле, но требуют подведения топливных коммуникаций, соблюдения правил эксплуатации газовых приборов и прочих административно-технических норм. Поэтому, большее распространение получили промышленные и лабораторные муфельные печи, работающие на электрической энергии.

Конструкция

Муфельная печь состоит из нескольких элементов, соединенных в единую конструкцию:

внешнюю часть печи представляет корпус (кожух). Это прочный, обычно металлический короб, образующий емкость для размещения внутренних элементов печи, а также несущий дверцу с запорным устройством;
слой теплоизоляции. Это важный элемент, по степени значимости сопоставимый с источником тепловой энергии. От качества и рабочих показателей теплоизоляции зависит КПД печи, способность сохранять тепло и общая работоспособность всей конструкции. Теплоизолятор, как правило, состоит из двух слоев — основного (топка из шамотного кирпича) и дополнительного (слой базальтовой ваты или перлита);

В муфельных печах советского производства часто использовался дополнительный слой изоляции из асбестового полотна. Сегодня такая изоляция не используется, так как при нагревании асбест активно выделяет канцерогены, крайне опасные для людей.

нагревательный элемент. Используют спирали из нихромовой проволоки (сплав хрома и никеля, толщина 1-2 мм), свободно переносящей сильный нагрев и не перегорающей в течение длительного времени.

Существуют разные конструкции муфельных печей:

горизонтальные;
вертикальные;
колпаковые;
трубчатые.

Эти разновидности отличаются друг от друга только конфигурацией топки и способом загрузки, общий принцип работы у всех моделей одинаков.

Порядок расчета электронагревательного элемента

Спираль самодельной муфельной печи изготавливают, как правило, самостоятельно. Для того, чтобы получить эффективное и работоспособное устройство, необходимо выполнить предварительный расчет.

Он преследует две цели:

Создание мощной и эффективной печи, способной решать поставленные задачи.
Возможность работы на имеющихся электросетях, отсутствие перегрузок и вызванных этим проблем.

Для выполнения расчета необходимо выяснить, каков ток отсечки у электрощитка. Часто для печи проводят отдельную линию, минуя УЗО для домашних бытовых приборов. В любом случае, надо выяснить, какую мощность может выдержать линия, чтобы не оставить без электричества всех соседей.

Мощность печи выбирают исходя из объема нагревательной камеры:

Объем камеры (или муфеля), л	Мощность спирали (Вт/л)
1-5	300-500
6-10	120-300
11-50	80-120
51-100	60-80
101-500	50-60

По данным этой таблицы можно определить, какую мощность спирали следует использовать для имеющегося размера. Величину камеры надо определить для себя самостоятельно, исходя из характера предполагаемых работ. Необходимо сразу подсчитать мощность, умножая объем камеры на показатели таблицы. Если мощность оказывается чрезмерно высокой и невозможной для действующих сетей, размеры уменьшают.

После этого надо вычислить силу тока. Используется формула:

I = P / U

Где I — сила тока;
P — мощность (расчетная);
U — напряжение сети (220 В).

По результатам можно вычислить сопротивление нихромовой спирали:

R = U : I

Где R — искомое сопротивление;
U — напряжение (220 В);
I — сила тока (расчетное значение).

Этот расчет можно выполнять для однофазной сети. Если нужно выполнить трехфазное подключение, и самостоятельный расчет кажется слишком сложным, рекомендуется воспользоваться онлайн-калькулятором, который несложно найти в сети по соответствующему поисковому запросу.

Результаты расчета с помощью калькулятора вполне корректны, но, для большей уверенности, можно проверить полученные данные, продублировав расчет на другом калькуляторе.

Мнение эксперта
Левин Дмитрий Константинович

Вместо нихрома может быть использована фехралевая проволока, которая несколько отличается по своим показателям

Во время использования калькулятора необходимо обратить внимание, для какого типа проволоки производится расчет.

Детали корпуса

Электрическую закалочную печь можно достаточно легко соорудить на базе тонкостенной ёмкости объёмом от 15 литров. Для самых компактных вариантов подойдёт обычное оцинкованное ведро, для более крупных можно задействовать бак от стиральной машины, технические ёмкости или, например, свернуть в цилиндр лист кровельного железа и одинарной складкой завальцевать дно. Оболочка не обязательно должна быть несгораемой, ей достаточно выдерживать температуру в 80–100 °С. Корпус следует установить таким образом, чтобы просвет от поверхности составлял около 100 мм, для чего нужно приделать простейшие ножки. В качестве оных сгодятся резьбовые шпильки, согнутые скобой, края которых вставлены в отверстия в корпусе и затянуты гайками с двух сторон. Высоту ножек нужно сразу отрегулировать и надёжно законтрить гайки.

В задней части корпуса необходимо проделать отверстие для подключения электрики. Лучше всего вырезать окно размерами 50х70 мм, а затем установить на это место панель из стеклотекстолита размерами около 100х120 мм. Подключение нагревательных элементов выполняется на шпильках, при этом можно вывести две или более пар для организации нескольких ступеней или работы от трёхфазной сети.

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.

Камера

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.

Дверца

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.

Для исключения потерь тепла очень важно плотно и надёжно запирать дверку рабочей камеры. В полукустарных условиях возможно изготовление винтового или клинового запирающего устройства

Запирающее устройство

Винтовое запирающее устройство

Нагревательная спираль

Прокладываем нагревательную спираль

Для выработки тепла, нам понадобится нагревательный элемент. Его можно сделать из спиралей нихромовой или фехралевой проволоки. Диаметр проволоки — 1 миллиметр, диаметр спирали — 6 миллиметров. Можно приобрести уже готовые спирали, а можно и сделать их самостоятельно. Два электрических контура спиралей позволят ступенчато регулировать тепловую мощность печи. Спирали в канавках закрепляем скобками из этой же проволоки, которые заделываем в шов.

Электрическую часть коммутируем таким образом, чтобы получились три ступени мощности:

Первая ступень мощности: два контура спиралей включаются последовательно.
Вторая ступень мощности: нижняя спираль подключается отдельно. Нижняя ступень предпочтительнее, для того чтобы происходил более равномерный прогрев по высоте камеры.
Третья ступень мощности: оба контура включаются параллельно.

Сушка печи

Сушить печку надо в сухом тёплом месте с вентиляцией.

Продолжительность процесса сушки может быть до нескольких недель.
Не нужно стремиться быстрее высушить печку путем воздействия тепла, если сушить интенсивно и принудительно, то может потрескаться шамотная глина и потребуется ремонт с повторным выполнением кладки.
Перед работой включите самую слабую ступень, и если нет пара, значит, печь просохла.

Итак, мы с вами обсудили как сделать муфельную печь, работающую на электричестве, в кустарных условиях. Не забывайте, что обязательно соблюдение правил техники безопасности выполняя монтаж и ремонт данного высокотемпературного отопительного устройства.

Печь для плавки алюминия своими руками

Тем, кто следит за моим блогом, рад сообщить, что я продолжаю трудиться над созданием домашнего производства, и у меня есть некоторый прогресс.

В этот раз я расскажу вам о моей третьей по счету печи для плавки алюминия. Первая была муфельная электрическая печь. В ней я успешно плавил алюминий, но в малых количествах. Второй моей печкой стала печь для плавки алюминия на угле. В ней мне удалось расплавить почти полный чугунный котелок алюминия (около 4 литров). Отливка получилась килограммов на 5, но для выплавки такого количества алюминия я потратил около двух ведер каменного угля, что очень много, если посчитать все по-умному.

Я полностью пересобрал плавильную печь на угле, сделал ее более компактной, сварил для нее металлический каркас и купил чугунный колосник, начал делать нормальный вентиляторный наддув, построил навес и сделал вытяжную трубу 5 метров, а также вытяжку как у кузнечного горна. Но из-за ошибок в прикидках вытяжная система не заработала правильно, и я немного приуныл.

А потом взял, и решил построить печь для плавки алюминия на газу! Решение такое было обусловлено стремлением к максимальной эффективности, минимальной стоимости и удобству в эксплуатации. Газовую печь, в отличие от угля, не нужно разжигать. Ей не нужна вытяжка. Она получается компактная и транспортабельная. Кроме того, тепловые потери в ней сведены к минимуму благодаря герметичности конструкции.

Я не стал замахиваться на домну с выработкой в сотни литров расплава, а решил, что мне вполне хватит до 1,5 литров алюминия (4 кг). Главное, чтобы плавилось быстро и дешево. 1 литр газа сейчас стоит 18 рублей. Где-то читал, что израсходовав 12 литров газа можно расплавить до 40 кг алюминия. Выходит, что 1 литра газа должно хватить на 3 кг алюминия, т.е. по 6 рублей за 1 килограмм алюминия.

Газовая печь для плавки алюминия в моем исполнении сделана из бачка гидро-аккумулятора на 24 литра. Его можно легко купить в любом магазине с насосным и отопительным оборудованием. Цена около 2000 рублей. Верхнюю крышку аккуратно спиливаем болгаркой — крышка нам еще понадобится. Верхней я считаю ту часть гидро-аккумулятора, к которой на винтах крепится дюймовый вход. Винты эти я открутил и вынул резиновый баллон.

В нижней боковой части бака высверливаем отверстие Ф50 мм, смещенное относительно центра где-то на 25 мм, и ввариваем в него металлическую трубу Ф50 мм. В нее мы будем вставлять газовую горелку. Смещение нужно для того, чтобы пламя входило в рабочую камеру печи для плавки алюминия по касательной, и закручивалось в спираль, огибая плавильный тигель.

Всю внутреннюю поверхность бака и крышку я обмазал слоем гипса в 1 см толщиной. Гипс я смешивал маленькими порциями с добавлением пары-тройки щепоток стекловолокна, которое должно дать гипсу некоторую армировку. Это стеклолволокно я случайно заметил в строительном магазине.