Как сделать муфельную печь для закалки металла и обжига керамики своими руками

Сделанная муфельная печь своими руками позволяет в домашних условиях заниматься обжигом керамики, закалкой и плавкой металла. Для творческих и мастеровитых людей такие печи просто незаменимы в осуществлении их деятельности.

Слово «муфель» означает ограниченное пространство, изолированное как от внешней среды, так и от непосредственного контакта с топливом и продуктами горения. В камере может создаваться высокая температура — до 1250⁰С и более, чем добиваются нужных высокотемпературных изменений в структуре обрабатываемых материалов. В данной статье речь пойдет о том, как сделать муфельную печь своими руками в условиях домашней мастерской.

Назначение оборудования

Для чего нужна самодельная нагревательная камера в бытовых условиях? Она может предназначаться для различных нужд: обжига керамических изделий, закалки режущих стальных элементов и плавки металлов. Термичка камеры может нагреваться как за счёт электроэнергии, так и работать на газу.

Внешняя форма и внутренняя конструкция печи может принимать разные конфигурации. Главная задача заключается в том, чтобы добиться в ограниченном пространстве ёмкости определённого температурного режима.

Виды и условия обработки сырья

Основные способы обработки материалов в самодельной камере — это:

• Обжиг керамики
• Закалка металлических изделий
• Плавка цветных металлов

Обжиг керамики

Процесс получения готовых керамических изделий связан с обжигом заготовок из сырой глины и последующим покрытием их глазурью. В домашних условиях сделанная муфельная печь своими руками может производить обжиг сразу нескольких экземпляров посуды и других поделок. В термообработке важно выдержать ровный режим нагрева камеры. Теоретически обозначить точные временные рамки обработки материала при определённой температуре невозможно — это достигается практическим путём.

Материалы из глины, помещаемые в домашнюю муфельную печь для обжига, делят на 3 группы:

• Фарфор
• Фаянс
• Майолика, терракота

Фарфор

Высохшую глину подвергают термообработке в два этапа. Первичный обжиг производят в интервале от 800⁰ С до 1000⁰ С. Глина набирает прочность и обретает пористость. Затем её окунают в ёмкость с глазурью. Повторный обжиг осуществляют при разных температурах, в зависимости от назначения:

• натуральный фарфор — 1400⁰ С
• столовый — 1350⁰ С
• сантехнические детали — 1250⁰ С

Фаянс

Применение тугоплавкого сырья при обжиге практически не образует жидкой фазы. Для созревания черепка изделия его обрабатывают при температуре 1200 — 1250⁰ С. Повторная термическая обработка с нанесённой глазурью производится при нагреве 900 — 1000⁰ С. Если требуется нанести роспись, то в третий раз возвращаются к первичному уровню температурного режима.

Майолика

Используют красные тугоплавкие глины. Термообработка требует точного соблюдения режима нагрева. При нагреве 950⁰ С получаются рыхлые непрочные изделия. При нагреве 1050⁰ С, сырьё спекается в непригодную, плотную стекловидную массу. Чтобы точно выдержать степень нагрева 1000⁰ С, необходимо встроить в камеру термопару с подсоединением печи к цифровому дисплею.

Повторный процесс обработки глазурованных материалов производят при температуре 900 — 950 градусов.

Закалка режущих металлических изделий

Упрочнение режущих поверхностей стальных инструментов путём термообработки называют закалкой металла. Закаливание металлических изделий делали люди с древних времён. Суть процесса заключается в обжиге металла до получения изменения структуры кристаллической решётки (полиморфное преобразование).

Металл доводят в нагревательной камере до раскалённого состояния при температуре 750 −850⁰ С. Следует отметить, что некоторые марки стали закаляют в условиях более высокого нагрева, в пределах от 1250 до 1300 градусов. Затем печь для закалки освобождают от раскалённых изделий, которые после подвергают резкому охлаждению в масляной среде или в воде. Таким образом добиваются повышения твёрдости металла.

Данный процесс важен для упрочнения режущих поверхностей стальных инструментов (ножей, свёрл, зубил, фрез и прочего). Закалку (отпуск) лучше производить в масляной среде. При отпуске раскалённого металла в воде, его поверхность покрывает масса пузырьков пара, что замедляет процесс.

Как правило, закалке подвергают готовые инструменты или заготовки из нержавеющей стали. Для этих изделий обычно не требуется закалочная камера большого объёма, поэтому лучше всего для этого подходит муфельная печь из предохранителя. Описание создания такой конструкции будет дано ниже.

Плавка цветных металлов

Муфельную печь удобно использовать для плавки цветных металлов, но к олову и свинцу это не относится. Температура их плавления настолько низка, что достаточно воспользоваться газовой горелкой бытовой кухонной плиты.

Для того чтобы расплавить такие металлы, как медь, бронзу и латунь, потребуется нагревательная ёмкость. Жидкую массу металла получают в тигле, которую затем заливают в специальные формы. Домашние мастера льют различные элементы декора светильников, мебели, статуэтки и многие другие поделки.

Температура плавки цветных металлов:

• медь — 1080⁰
• бронза (в зависимости от марки) — от 930⁰ до 1140⁰
• латунь в пределах от 880 до 950 градусов

Варианты самодельных муфельных печей

Наиболее популярные варианты муфельных печей — это конструкции, изготовленные из корпусов высоковольтных предохранителей, духовок, старых стиральных машин и даже глиняных горшков. В качестве теплоизоляции применяют керамический огнеупорный кирпич (шамот) и минеральную вату. Рассмотрим несколько способов, как сделать муфельную печь своими руками:

• Электрические печи
• Газовые нагревательные камеры
• Камеры на твёрдом топливе

Электрические печи

При создании камеры применяют электрические нагревательные элементы (проволоки из фехраля, нихрома, ТЭНы, открытые и закрытые спирали). В качестве теплоизоляции используют огнеупорную керамику (шамотные кирпичи) или минеральную вату типа МКРР 130.

Пошаговые инструкции изготовления муфельных печей

Инструкция сборки печи из корпуса высоковольтного предохранителя

1. Фарфоровый корпус предохранителя ПКТ-103 длиной 564 мм и внешним диаметром 72 мм освобождают от контактных колпаков и внутренней плавкой вставки.
2. На концах керамической трубки делаются 2 отверстия специальным сверлом для керамики, диаметром 1,2 мм.
3. По внешней стороне колбы наматывают фехраль диаметром 1,2 мм. Между витками расстояние должно сохраняться не менее 5 мм, для чего понадобится около 2 метров проволоки.
4. Концы фехраля выводят через сделанные отверстия.
5. С тыльной стороны колбы заводят термопару, концы которой соединяют с цифровым дисплеем.
6. Корпус оборачивают ватой МКРР 130.
7. Проволоку из фехраля соединяют с электрическим проводом со штекерной вилкой для бытовой розетки. Для этого делают узкие отверстия в теплоизоляции, которые затем уплотняют ватой.
8. Для закрытия торцевых проёмов нагревательной камеры скручивают из ваты тампоны толщиной не менее 70 мм.
9. Жёсткий корпус готовят из оцинкованной жести, для чего вырезают лист металла длиной 600 мм, шириной 300 мм.
10. По краям металла вдоль длины делают загибы по 10 мм во внешнюю сторону корпуса.
11. Согнутую жесть в виде цилиндра одевают на стальную трубу. Концы трубы устанавливают на опоры.
12. Соединив загибы в замок, его простукивают киянкой по всей длине цилиндра.
13. Из жести вырезают заднюю крышку корпуса печи, в соответствии с его диаметром. В металле крышки оставляют лапки, которые загибают внутрь оцинкованной трубы.
14. Крышку крепят саморезами, через лапки к кожуху печки.
15. Из жести вырезают 4 полоски для опорных ножек корпуса. Ножки крепят саморезами.
16. При желании можно обойтись без изготовления фасадной крышки, достаточно использовать ватный тампон.

Нагреть такую камеру можно до 1300 градусов. В камере удобно производить закалку стальных инструментов, расплавлять в тигле небольшую отливку из цветных металлов.

Изготовление муфельной печи из электрической духовки

Духовка бытовой электрической плиты идеально подходит в качестве муфельной печи для обжига керамических изделий. Духовой шкаф оборудован двумя ТЭНами, установленными вверху внутри и внизу снаружи камеры. Камера изолирована фольгированной минеральной ватой. Мощности нагревательных элементов хватает для разогрева муфеля до 300 градусов. Чтобы достичь требуемого уровня нагрева до 1300⁰ С, поступают следующим образом:

1. Корпус плиты разбирают. Снимают слой теплоизоляции духового шкафа.
2. На боковых сторонах камеры с внешней стороны закрепляют два мощных ТЭНа.
3. Снятую теплоизоляцию возвращают на своё место.
4. Новые нагреватели включают в общую систему термички.
5. Подключают цифровой дисплей через существующий регулятор температуры.
6. К регулятору уровня нагрева подсоединяют резистор, который увеличивает диапазон изменения температуры в духовке.
7. Корпус плиты собирают вновь.

Сборка такой печи для обжига керамики имеет ряд премуществ:

• Корпус духового шкафа уже оборудован просторной камерой для обжига
• Шкаф не требует никаких существенных усовершенствований, что обеспечивает значительную экономию финансов и трудозатрат
• Откидная панель с панорамным стеклом даёт возможность визуально контролировать процессы обжига изделий из глины и закалки стального инструмента
• Если не удаётся воспользоваться старым регулятором нагрева, к электрической цепи подключения духовки подсоединяют трансформатор

Как сделать муфельную печь из несгораемого сейфа

Внутренняя ёмкость несгораемого сейфа — это уже готовый муфель.

1. В качестве нагревательных элементов применяют панели электрических плиток. Их размещают на боковых стенках внутри сейфа. Также вместо керамических панелей со спиралями устанавливают ТЭНы.
2. Автогеном делают прорези между двойными стенками несгораемого шкафа и удаляют песчаный наполнитель. Образовавшиеся пустоты заполняют минеральной ватой МКРР.
3. Прорези заваривают тем же автогеном.
4. Внутри сейфа устанавливают термопару для контроля температурного режима.
5. Соединённый внешний цифровой датчик с термопарой будет показывать уровень прогрева камеры.

Получается отличная муфельная печь, в которой можно плавить цветные и драгоценные металлы. Чем больше внутренний объём несгораемого шкафа, тем больше возможностей для одновременной обработки мелких деталей или обжига объёмной керамики.

Изготовление простой мини муфельной печи

Для этого понадобится:

• пластиковая труба 60 мм длиной 0,5 м
• проволока фехраль и длиной около 2,5 м
• смесь жидкого стекла с мертелем
• бумага
• минеральная вата МКРР
• термопара с датчиком
• отрезок водосточной трубы длиной 0,6 м
• кусок жести
• саморезы

Приступают к сборке, следуя пунктам инструкции:

1. На пластиковую трубу плотно наматывают спираль из фехраля. Спираль сжимают до такой степени, чтобы потом можно было свободно извлечь из нее пластик.
2. На концах трубы делают отверстия, в которых фиксируют концы спирали.
3. На лист бумаги наносят клеевой состав из жидкого стекла и мертеля, толщина слоя 5 мм. Консистенция клея должна быть густой.
4. Клей наносят на фехраль, оборачивая бумагу вокруг трубы.
5. После того, как клей застынет, бумагу пропитывают водой. Мокрую обёртку легко отделяют от спирали, затем удаляют пластиковую трубу.
6. Концы спирали соединяют с сетевым электрическим шнуром.
7. Мини муфель оборачивают минеральной ватой таким образом, чтобы свёрток плотно зашёл в корпус из водосточной трубы.
8. Внутрь, с тыльной стороны камеры, помещают термопару, концы которой подключают к датчику.
9. Заднюю часть мини печи закрывают жестяной крышкой.
10. Входное отверстие в камеру закрывают тампоном из ваты.
11. Чтобы труба в горизонтальном положении была зафиксирована, закрепляют саморезами небольшие упоры из жести на корпусе прибора.
12. Максимальная температура внутри мини муфельной печи может достигать 1200 градусов. Конструкция камеры удобна для обработки небольших порций металлического лома и закалки мелких деталей.

Инструкция сборки газовой муфельной печи

Нагрев ёмкости можно обеспечить газовой горелкой. Горелку помещают внизу шамотного колодца и подключают к газовому баллону.

Для изготовления газовой муфельной печи потребуется:

• Шамотный кирпич
• Металлическая бочка
• Большая газовая горелка от бытовой кухонной плиты
• Заполненный газовый баллон с редуктором
• Тренога из тугоплавкой арматуры
• Фитиль для розжига горелки
• Тигель

Приступают к сборке печи, следуя следующим пунктам инструкции:

1. На листе металла выкладывают из шамотного кирпича площадку, которая будет служить днищем камеры.
2. На площадке устанавливают газовую горелку.
3. Подсоединяется металлический газопровод (трубку) к горелке.
4. Вокруг горелки возводят стенки колодца из шамотного кирпича, оставляя внизу отверстие для газопровода. Кирпичи скрепляют огнеупорным раствором.
5. С внешней стороны печи, через отверстие, трубку соединяют резиновым шлангом с газовым баллоном.
6. У металлической бочки срезают днище и одевают её на огнеупорную кладку.
7. Пространство между металлическим корпусом и кладкой заполняют минеральной ватой.
8. Внутрь печи устанавливают треногу с подставкой под тигель.
9. Тигель должен располагаться на высоте не более 200 мм над горелкой.
10. Верх колодца должен оставаться открытым для поступления кислорода из атмосферы и удаления продуктов горения из муфеля.
11. Термопару устанавливают на уровне верхней опоры треноги.
12. Цифровой дисплей подключают к электросети и соединяют с термопарой.
13. Газовая горелка должна просушить кладку из шамота при температуре не более 200⁰ С. При большей степени нагрева раствор в швах кладки может растрескаться, что приведёт к утечке тепла и потере несущей способности кладки.
14. Можно изготовить верхнюю металлическую крышку с большим отверстием или обойтись без неё.
15. Тигель лучше сделать своими руками из обожжённой глины. Ёмкость делают с ушками, в которых есть отверстия. Продевая в ушки крючки, тигель легко ставят на треногу и также достают из печи.

Вместо газовой горелки в стенках из шамота закрепляют колосники от газовой водонагревательной колонки. Это даёт равномерный нагрев всего объёма ёмкости.

Нагревательные камеры на твёрдом топливе

В качестве муфеля на твёрдом топливе (дровах и угле) используют духовку домашней печи частного дома. Как правило, такая духовка может использоваться для закалки металлических изделий, приведения металлов в жидкое состояние с низкой температурой плавления. Для установления точных уровней высоких температур такая печь не годится.

Изготовление шамотной плитки своими руками

Лучший вариант — приобрести бывшую в употреблении футеровку доменных печей. Если такой возможности нет, огнеупорные кирпичи можно изготовить своими руками:

1. Изготавливают или покупают готовые формы из полиуретана или силикона для заливки шамотного раствора.
2. Готовую смесь (шамотный мертель) приобретают в строительном магазине.
3. Смесь размешивают водой до получения тестообразной массы, которую отправляют в формы.
4. В поверхности раствора делают косые канавки для установки нагревательной спирали. Горизонтальные ложбинки устраивают для крепления в них газовых колосников.
5. При использовании готового футеровочного материала, канавки в нем выпиливают абразивным кругом.
6. Сушат плитку в естественных условиях летом до 20 дней. Если есть возможность воспользоваться другой действующей печью, процесс сушки сократится в несколько раз.
7. Раствор для кладки колодца из огнеупорных кирпичей готовят из того же шамотного мертеля.

Самодельные тигли

В продаже можно найти тигли самых различных размеров. Для муфельной печи, собранной своими руками, может понадобиться тигель индивидуальной формы. Сделать самостоятельно такой сосуд нетрудно:

1. Комок тугоплавкой глины замачивают в подходящей посуде.
2. Размякшую массу помещают на деревянную доску и вручную вылепливают сосуд нужной формы.
3. Если необходимо, делают ушки с отверстиями.
4. Деревянной лопаткой, смоченной водой, формируют ровные поверхности изделия.
5. В собранной муфельной печи заготовку подвергают обжигу.
6. Остывший тигель окунают в раствор белой глазури и снова помещают в нагревательную камеру.

Процесс обжига и глазуровки детально описан в главе данной статьи «Обжиг керамики». Самостоятельное изготовление тигля не займёт много времени и сэкономит деньги.

Многообразие возможностей для изготовления различных моделей муфельных печей позволяет выбрать наиболее эффективную конструкцию для конкретного вида работы.