В муфельной печи при температуре 820. И закалить металл, и вырастить кристалл – во всем поможет лабораторная муфельная печь

Про муфельные печи слышал, наверняка, каждый, но редко кто возьмется объяснить не только строение, но и назначение данного устройства. Между тем, муфельная печь – это конструкция узкой специализации, которая предназначена для выплавки металлов, обжига глиняных или керамических изделий, стерилизации инструментов или выращивания некоторых кристаллов. Помимо производственных печей иногда встречается муфельная печь для дома, ведь широко известны изделия домашних мастеров.

Компактные печи фабричного производства, которые предназначены для домашнего использования, отличаются достаточно высокой стоимостью, поэтому все чаще речь заводится о самостоятельном строительстве устройства. Для полного понимания каждого этапа изготовления печи сначала следует ознакомиться с общими теоретическими вопросами, связанными с ее особенностями, строением, классификацией.

Готовый заводской вариант

Классификация

Первым признаком для разделения на подгруппы является внешний вид. По ориентировке печи разделяют на вертикальные и горизонтальные. Обработка материала может производиться в нормальном воздушном пространстве, в безвоздушном пространстве, в капсуле, заполненной инертным газом. Второй и третий способ обработки своими руками сделать будет невозможно, что нужно учесть перед началом работ.

Источником тепла дрова выступать не могут, так как в муфеле температура может достигать свыше 1000°С градусов, а древесина не обладает такой удельной теплотой сгорания. Поэтому используется только два варианта изготовления нагревателя:

1. Первый вариант представляет газовая муфельная печь, которую можно встретить только на производстве. Известно, что любые манипуляции с газовым оборудованием сразу же пресекаются несколькими контролирующими органами, а уж об изготовлении каких-либо устройств кустарным способом и речи быть не может.
2. Электрическая муфельная печь позволяет применить некое творчество при условии соблюдения всех необходимых условий безопасности.

Большая печь на производстве

Подготовка к работе

Любая работа должна начинаться с определенного подготовительного этапа. Даже если утвержден план действий, необходимо приготовить инструменты и материалы, иначе в работе могут возникать длительные перерывы, которые негативно скажутся на работоспособности мастера и качестве построенной конструкции.

Перед тем, как начнется непосредственное строительство, придется сразу приготовить болгарку для резки листового металла и обработки шамотного кирпича. Круги для болгарки должны быть соответствующими. Перечень пополнит электросварка с расходными материалами и прочий слесарный инструмент повседневного использования.

К материалу можно отнести нихромовую или фехралевую проволоку, базальтовую вату, кирпич шамотный и листовое железо толщиной не менее 2 мм. В зависимости от способа изготовления конструкции некоторые инструменты или материалы могут не пригодиться, а дополнительные будут приобретены в процессе.

Кустарно изготовленная печь

Некоторые готовые элементы для изготовления печи

При планировании работ придется проявить не только терпение и умение пользоваться инструментами, но и смекалку. Ведь нас окружает такое количество ненужных вещей, способных стать готовыми узловыми элементами некоторых конструкций. На данный момент мы воспользуемся готовым опытом и наблюдениями некоторых умельцев, позволяющими упростить процесс самостоятельного изготовления печи.

В качестве корпуса будущей печи можно использовать металлическую духовку. Наверняка вы знаете, где достать старую газовую плиту или электропечь. Если поверхность металла не повреждена коррозией, то находка может служить корпусом, так как она конструктивно приспособлена для выдерживания высоких температур. Останется только демонтировать лишние детали и избавиться от пластиковых элементов.

Старая духовка

Нагревательный элемент придется изготовить самостоятельно, так как во многих электроприборах он залит изоляционным веществом, и демонтировать его без повреждений вряд ли получится. Но в самостоятельном изготовлении есть один существенный плюс – возможность выполнить элемент нужной геометрии с заданными параметрами.

Фехраль использовать наиболее предпочтительно, так как он выдерживает более высокую температуру и контакт с воздухом ему не причиняет особого вреда, чего нельзя сказать про нихром.

Проволока должна иметь диаметр 2 мм. Диаметр витка и длину проволоки несложно вычислить, исходя из габаритов нагревательного элемента по элементарной физической формуле. Сразу нужно отметить, что полученная печь потребляет большую мощность. Ее значение достигает 4 кВт, значит, от щитка придется тянуть отдельную линию с автоматом-выключателем, рассчитанным на 25 А.

Готовая проволока

В качестве теплоизоляции нужно использовать материалы, которые не только обладают низкой теплопроводностью, но и выдерживают высокие температуры. Чтобы не заставлять читателя ворошить физические таблицы, сразу отметим, что в качестве подходящего материала выступает базальтовая вата, жаростойкий клей, который приобретается в магазине, и шамотный кирпич или шамотная глина. Если не обеспечить должной степени изоляции, то большая доля тепла будет уходить бесцельно, что приведет к лишним расходам энергии.

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.

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

Недостатки самодельной конструкции

Каждое устройство не лишено определенных недостатков, а самодельное устройство их еще и преумножает. В условиях поставленной цели можно пожертвовать одними требованиями ради выполнения других. Однако перечень негативных последствий обязан знать каждый.

• Самодельная конструкция лишена всяческих гарантий, в том числе, гарантий безопасности.
• Испарение металла со спирали нагревателя может привести к тому, что он в виде примесей будет содержаться в составе обрабатываемого драгоценного металла.
• Самодельная теплоизоляция не обеспечит полную концентрацию тепла в топке, поэтому корпус самодельной печи очень горячий и требует осторожного с ним обращения. Кстати, в этом заключается недостаток и некоторых фабричных моделей.
• Отсутствие должной системы контроля и регулировки температуры может стать причиной того, что печь не сможет служить для выполнения определенной задачи, связанной с термической обработкой.

Готовые печи фабричного производства разработаны для выполнения достаточно узкого спектра задач, но это является, скорее, показателем профессионализма, нежели недостатком. Основные параметры и сфера применения конкретного устройства указаны в его паспорте.

Лидерами по производству компактных и стационарных муфельных печей являются такие компании, как TSMP Ltd (Англия), СНОЛ-ТЕРМ (Россия), CZYLOK (Польша), Daihan (Южная Корея). Представленный перечень отображает топовый список компаний по оценке поставщиков высокотемпературного оборудования на российский рынок.

Газовые нагревательные печи отличаются от нефтяных только способом подачи в печь топлива. В качестве топлива в данном случае применяют газ, подаваемый в печь инжекционными горелками.

К газовым нагревательным печам относятся камерные с неподвижным подом и выдвижным подом, с вращающейся ретортой, муфельные непрерывного действия и т. д.

Каркас печи сварен из листовой стали и выложен шамотным и доломитовым кирпичом. Для уменьшения потерь тепла между футеровкой и каркасом проложен листовой асбест. Печь снабжена инжекционными горелками, которые работают на природном газе.

Регулирование температуры автоматическое, осуществляемое мембранным клапаном Клапан управляется при помощи импульса, поступающего от термопары через пирометрический прибор с пневматической приставкой. Давление воздуха на пирометрическом приборе устанавливают редуктором.

1 - каркас печи, 2 - листовой асбест, 3 - огнеупорный кирпич, 4 - откидной рабочий стол, 5 - заслонка, 6 - инжекционные горелки, 7 - мембранный клапан, 8- под, 9 - дымоход; в - вид сторца: 10,11 - чугунные плиты, 12 - цепь, 13 - ролики, 14 - штанга, 15 - шток цилиндр 16 - пневмосистема.

а Камерные газовые печи с шаровым подом. В термических отделениях инструментальных и штампово-механических цехов для термической обработки измерительного и режущего инструмента из углеродистых и легированных сталей, а также ковочных и листоштамповочных штампов и приспособлений применяют газовые печи с шаровым подом.

Печь работает на природном газе, сгорающем в рабочей камере, расход газа 35- 40 м 3 /час. Площадь рабочего пода 1150X1900 мм 2 , высота рабочего окна 520 мм . На под печи уложены четыре желобковые направляющие 4, в которых находятся шары 5, изготовленные из жароупорной стали. Шары и рельсы в рабочей камере печи значительно облегчают продвижение поддонов с деталями при загрузке и разгрузке печи. На загрузочном столе 2 поддоны устанавливают на шары и вручную при помощи стального крючка направляют в рабочую камеру печи.

Печь снабжена инжекционными горелками 7. Детали в печи нагреваются за счет теплового излучения стенок и свода печи. Затлонка 1 поднимается и опускается пневматическим подъемником через ролик 3. Температура в печи контролируется и регулируется автоматически при помощи мембранного клапана. Термопару устанавливают в специальное отверстие 6, расположенное в кладке печи (сверху). Производительность печи при закалке и нормализации около 250 кг/час.

Камерные газовые печи с выдвижным подом. Общий вид отжигательной печи с выдвижным подом показан на рисунке.

Выдвижной под печи изготовлен в виде тележки на колесах, футерованной изоляционным и огнеупорным шамотным кирпичом. Такое устройство пода позволяет загружать и выгружать детали вне рабочего пространства печи при помощи мостового крана. Отжигательные печи с выдвижным подом применяют для отжига крупногабаритных и тяжелых станин, стального литья, проката, искусственного старения чугунных отливок и высокого отпуска.

Печь предназначена для отжига стального литья, бунтовой проволоки и искусственного старения чугунных станин металлорежущих станков.

Под печи выполнен в виде выдвижной тележки 7 . Печь с наружной части 2 выложена строительным кирпичом, а с внутренней 3 - шамотом. Свод 11 печи изготовлен из специальных подвесных шамотных кирпичей.

Под печи передвигается на колесах 10 по рельсам 9, проложенным на полу цеха. Передвижение осуществляется при помощи стального троса, соединенного с электродвигателем.

Печь обогревается природным газом, поступающим через 16 инжекцианных горелок 6, которые расположены по обеим стенкам печи. Нижний ряд горелок находится на уровне пода, поэтому продукты горения поступают ниже пода. Верхний ряд горелок расположен таким образом, чтобы продукты горения могли поступать под свод печи. Расход городского газа 11 м 3 /час на одну горелку.

Из рабочей камеры дымовые газы отводятся через каналы 8, расположенные на уровне пола, по дымоходной трубе 1. Печь снабжена мощным вентилятором 4, который обеспечивает равномерную циркуляцию атмосферы печи в ее пространстве. Измерение температуры производится термопарами через отверстия 5 и 12.

Печи с выдвижным подом могут иметь не только мазутное и газовое отопление, но и электрическое.

Техническая характеристика газовой камерной печи с выдвижным подом

Максимальная температура, ° С 650-850
Площадь выдвижного пода, м 2 27,6
Высота от уровня пода до свода, м 4,5
Вес садки металла, т............. 30

Механизированные печи с вращающейся ретортой. Такие печи (рисунок ниже)

применяются для газовой цементации и закалки небольших деталей несложной формы и не требующих большой глубины цементованного слоя.

Печь представляет собой футерованный металлический цилиндр 3, установленный на цапфы в горизонтальном положении. Внутри цилиндра находится жароупорная литая реторта 4, являющаяся рабочей камерой печи. Реторта вращается на опорных роликах 8 при помощи червячной и цепной передач 7 от электрического двигателя 6 мощностью 0,85 квт. Опорные ролики укреплены на торцовых плитах печи металлического каркаса.

В процессе цементации реторта, нагруженная деталями, непрерывно вращается, благодаря чему детали обтекаются науглероживающим газом или газовой смесью. Для того чтобы при вращении реторты детали не скапливались в одном месте,

загрузочной стороны реторта герметично закрывается крышкой 2 с футерованным внутри реторты имеются небольшие продольные ребра. С экраном. Цементующий газ подается в печь через трубку 5, расположенную в задней стенке реторты. Отработанный газ выводится по трубке 1 через крышку реторты, где поджигается.

Печь обогревается городским газом при помощи и нжекционных горелок. В качестве карбюризатора для цементации применяют природный газ. Расход газа-карбюризатора - 3,0- 3,5 м 3 /час; газа, необходимого для нагрева, - 60 м 3 /час.

Для ускорения науглероживания деталей и предохранения их от забоин во время вращения печи в реторту засыпают 1,5- 2,0 кг мелких кусков древесного угля. Производительность печи при глубине цементованного слоя 0,6-0,8 мм - 50 кг/час. Скорость цементации в среднем не превышает 0,15-0,20 мм/час, Цементируемые детали закаливают только после их подстуживания до температуры 830-840°С.

При выгрузке цементируемых деталей печь при помощи маховика легко наклоняется и детали высыпаются в закалочный бак, на дне которого (находится железная сетчатая корзина. При отсутствии на заводах цементующих газов или газовых смесей детали в ретортных печах цементируют при помощи твердого карбюризатора. Недостатками печей с вращающейся ретортой являются неравномерная цементация и возможное образование на деталях небольших забоин.

Техническая характеристика механизированной печи с вращающейся ретортой

Максимальная температура, °С............ 930

Размеры рабочего пространства реторты, мм:

диаметр.............................................. 360

длина............................................ 1324

Муфельные газовые печи непрерывного действия. В поточно-массовом производстве, когда необходимо получить большое количество деталей с одинаковой глубиной цементованного слоя, применяют муфельные газовые печи непрерывного действия

с периодической загрузкой деталей на поддоны

Поддоны с деталями передвигаются по рельсам при помощи механического толкателя 1, укрепленного на загрузочном конце печи, который снабжен закалочным баком с механизированным столом для непосредственной закалки с предварительным подстуживанием деталей после цементации. С входной стороны печи установлена загрузочная камера 2, изготовленная из листовой стали без футеровки. Внутри камеры находятся две газовые горелки 3, при горении которых поглощается кислород воздуха и уменьшается сила вспышки газов, выходящих из цементационной рабочей камеры 6 при открывании заслонки 4 муфеля.

Камера 6 представляет собой муфель 5, собранный из литых секций с фланцами, которые укрепляются болтами и свариваются газонепроницаемым швом. Секции муфеля и болты крепления изготовляются из жароупорной стали Х18Н25С2. Размеры муфеля следующие: длина 7-8 м, ширина 0,82 м , высота 0,43 м . В муфеле одновременно помещается 24 поддона; практически эксплуатируется только 22 поддана. Это делается для того, чтобы у разгрузочного конца печи всегда имелось свободное место.

На каждый поддон загружаются детали весом от 100 до 120 кг . Количество загружаемых деталей и порядок их укладки зависят от формы деталей и их веса.

Разгрузочная камера 9 (камера подстуживания) имеет две самостоятельные горелки и заслонку 11. От цементационной камеры она отделяется герметической заслонкой 10 с гидравлическим затвором. Наличие такой камеры позволяет подстуживать детали с температуры цементации (930°С) до температуры закалки (820-840°С).

Как только поддан с деталями достигнет закалочной камеры, его вытаскивают из камеры при помощи железных крючков 12,. устанавливают на механизированный стол, после чего вместе со столом погружают в закалочный бак с маслом. Стол с деталями опускают пневматическим подъемником. Муфельная печь обычно отапливается городским природным газом при помощи 28 горелок, расположенных в шахматном порядке в два ряда с обеих сторон муфеля. Печь может работать и на мазуте.

Температура внутри цементационной камеры контролируется термопарами 7, установленными в трех зонах. Температура в тих зонах поддерживается равной 920-940°С. Четвертая зона является камерой подстуживания. Науглероживающий газ вводится в муфель по трем отверстиям (вводам) 8, расположенным сверху, и одному - снизу муфеля.

Из муфеля отходящие газы направляются в гидравлический затвор с тем, чтобы в муфель не мог попасть наружный воздух, окисляющий цементируемые детали. Затем отходящие газы выводятся наружу и у входа из трубки поджигаются. Расход газа карбюризатора 5-6 м 3 /час, а газа, необходимого для отопления, 60-70 м 3 /час. Производительность цементационной печи при глубине цементованного слоя 1,0-1,2 мм 200-250 кг/час, продолжительность процесса при этом составляет 7-8 час.

Одним из основных недостатков муфельных печей является наличие в них дорогостоящих жароупорных литых муфелей, эксплуатационная стойкость которых невысока - не более 10- 12 месяцев. При повышении температуры цементации до 1000 °С стойкость муфеля становится еще ниже. Значительные трудности вызывает также смена муфеля при ремонте печи. Для удаления старого, прогоревшего муфеля и замены его новым приходится почти полностью разбирать кладку печи. Эти недостатки полностью устраняются при использовании современных безмуфельных агрегатов.

Безмуфельные цементационные агрегаты. Такие агрегаты применяют для газовой цементации и нитроцементации автомобильных и тракторных зубчатых колес, валов, червяков руля, деталей металлорежущих станков и сельскохозяйственных машин. Безмуфельные агрегаты могут быть однорядными и двухрядными.

Однорядный безмуфельный агрегат показан на рисунке ниже.

В таком агрегате все процессы - нитроцементация, т. е. насыщение поверхности стальных деталей углеродом и азотом; закалка; промывка и отпуск - полностью автоматизированы.

Агрегат представляет собой плотно сваренный каркас, внутри которого расположена цементационная безмуфелыная печь 5, загрузочная камера 2, закалочная камера с механизированным баком для изотермической закалки, моечная машина 9, отпускная печь 10 и система рольгангов 11. Цементационная печь зафутерована динасовым огнеупорным кирпичом. Для предохранения кладки печи от науглероживания рабочая камера печи выложена доменным кирпичом. Нагрев цементационной печи производится при помощи радиационных нагревательных труб 17, изготовленных из жароупорной хромоникелевой стали, вертикально расположенных в рабочей камере. Это позволяет получать наибольшее количество тепла при сжигании в них природного газа и вынимать их для смены в случае прогара. В верхней и нижней частях трубы имеется песчаный затвор 16. Горелки 18 помещаются в нижней части трубы, причем так, что продукты горения в трубе движутся вверх благодаря тяге самой трубы. При выходе из трубы продукты сгорания (газы) попадают в короб 15. Из этого короба они отсасываются вентилятором, расположенным на своде печи. Такой вентилятор способствует перемешиванию в печи науглероживающей атмосферы

Кладка печи, герметизация стального каркаса и песчаные затворы у труб обеспечивают постоянное давление в печи - 20 мм вод. ст. Уплотнение со стороны загрузки достигается непрерывным гидравлическим прижимом стенок загрузочной тележки через асбестовую прокладку к раме загрузочной камеры, а со стороны выгрузки - масляным затвором на выходе хобота в масляный закалочный бак. Температура в печи на длине 2 /з камеры для цементации должна быть 930± 10°С, для нитроцементации - 850-860° С. У разгрузочного конца печи она понижается до 800-820° С. Перед выгрузкой печь охлаждают, чтобы довести концентрацию углерода до нормы и получить наименьшее количество аустенита в цементованном слое после непосредственной закалки в горячем масле.

Карбюризатором служит газовая смесь, состоящая из эндотермического газа, аммиака и природного газа.

Нитроцементация производится на жароупорных поддонах 13, причем в печи одновременно находится 17 поддонов. Агрегат работает следующим образом. Платформа загрузки подает поддон с деталями на загрузочный стол 12. Стол, двигаясь вверх, направляет поддон с деталями в разгрузочную камеру. После этого поднимаются передняя и задняя заслонки 4. С разгрузочной стороны в печь подается толкатель-лопата и одновременно с этим поднимается стол в закалочном баке. Толкатель 1 двигает поддон с «сырыми» деталями, а толкатель-лопата с поддоном цементованных деталей отходит назад и ставит их на стол масляного бака. Затем заслонки опускаются и стол с деталями погружается в масляный бак с закалочным маслом, имеющим температуру 170°С, где и происходит их изотермическая закалка. Далее закаленные детали подаются в бак с холодным маслом и из него в моечную камеру, а платформа загрузки возвращается в исходное положение. После этого заслонки моечной машины и отпускной печи поднимаются, поддон с отпущенными деталями идет на рольганг, а на его место устанавливается поддон с промытыми деталями. Затем заслонки моечной машины и отпускной печи опускаются, начинается новый цикл цементации.

Для автоматического управления технологическим процессом агрегат оборудован двумя системами последовательного действия гидравлических механизмов и регулирования температуры. Система последовательного действия гидравлических механизмов состоит из электрических часов со звонком для выдерживания интервала времени, толкателя поддонов с деталями, конечных выключателей и реле, гарантирующих заданную последовательность работы механизмов. После звукового сигнала, полученного от контактных часов, механизмы работают без вмешательства термиста. Поддоны с деталями загружают через каждые 12-15 мин.

Производительность безмуфельных агрегатов при нитроцементации автомобильных зубчатых колес составляет 350 кг/час.

Изобретение относится к области технологии пеносиликатных материалов. Технический результат изобретения заключается в создании способа получения гранулята для производства пеностеклокристалических материалов без осуществления процесса варки стекла. Подготавливают фракцию высококремнеземистого сырья с содержанием SiO 2 более 60 мас.% путем прогрева при температуре 200-450°С. Затем добавляют кальцинированную соду в количестве 12-16 мас.%, полученную смесь уплотняют в форме из жаропрочной стали. Форму помещают в печь непрерывного действия и термообрабатывают с выдержкой при максимальной температуре 10-20 минут, и полученный спек измельчают. 1 табл.

Изобретение относится к области технологии пеносиликатных материалов, получаемых вспениванием при температуре выше 800°С - пеностекло, керамзит, петрозиты, в том числе пеноцеолиты, и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных материалов с плотностью 150-350 кг/м 3 . Перед вспениванием исходной смеси получают гранулят или гранулы, которые в отдельных случаях измельчают до порошка с удельной поверхностью 6000-7000 м 2 /г.

Известен способ получения гранулята для вспенивания путем формования пластичных масс на шнековых или валковых прессах с последующей сушкой при температуре 100-120°С, при этом вспенивание материала протекает при температурах 1180-1200°С. Недостатком этого способа является ограниченная применимость - только для глиносодержащих шихт при получении гранулированного пористого материала (Онацкий С.П. Производство керамзита. - М.: Стройиздат, 1987). Получение исходной для вспенивания шихты, например, из стеклобоя, данным способом невозможно.

Известен способ получения стеклогранулята путем смешивания компонентов шихты необходимого состава и варки стекломассы при температурах выше 1400°С, охлаждением стекломассы с последующим дроблением и измельчением до удельной поверхности 6000-7000 м 2 /г (Китайгородский И.И., Кешишян Т.Н. Пеностекло. - М., 1958; Демидович В.К. Пеностекло. - Минск, 1975). Недостатком данного способа является необходимость организации процесса при высоких температурах с большим энергопотреблением.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ получения гранулята, включающий подготовку фракции высококремнеземистого сырья, добавление кальцинированной соды, смешивание порошков и обжиг в печах непрерывного действия при температуре 750-850°С (Иваненко В.Н. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. - Киев: Будiвельник, 1978, стр.22-25). Недостатком этого способа является ограниченная применимость - получают термолиты, применяемые в качестве пористых заполнителей для бетонов, которые изготавливают только из кремнистых опаловых пород (диатомит, трепел, опока).

Задачей изобретения является подготовка гранулята на основе термообработки смеси компонентов: а) сырьевых материалов с SiO 2 более 60 мас.%, например цеолитовые туфы, маршаллиты, диатомиты, трепелы и т.п. и б) технологических добавок, обеспечивающих процессы силикатообразования без осуществления варки стекла.

Поставленная задача достигается следующим образом:

1. Кремнеземистую породу, содержащую SiO 2 более 60 мас.%, дробят, измельчают, просеивают (фракция менее 0,3 мм);

2. Порошок кремнеземистой породы активируют путем прогрева при температуре 200-450°С для удаления т.н. «молекулярной воды»;

3. Для приготовления сырьевой смеси добавляют кальцинированную соду в количестве 12-16 мас.%;

4. Полученную смесь уплотняют в форме из жаропрочной стали и термообрабатывают в печах непрерывного действия при температуре 750-850°С с выдержкой при максимальной температуре 10-20 минут;

5. Полученный спек измельчают до фракции менее 0,15 мм и используют для приготовления шихты с газообразователем и другими добавками для производства пеностекла и пеностеклокристаллических материалов известными технологическими процессами.

Предлагаемый способ получения гранулята иллюстрируется примером:

1. В качестве кремнеземистого сырья был применен цеолитизированный туф Сахаптинского месторождения (Красноярский край) следующего химического состава, мас.%: SiO 2 - 66,1; Al 2 О 3 - 12,51; Fe 2 О 3 - 2,36; CaO - 2,27; MgO - 1,66; Na 2 O - 1,04; K 2 O - 3,24; TiO 2 - 0,34; потери при прокаливании - 10,28.

2. Подготовленная проба - измельченная, просеянная с фракцией менее 0,3 мм активируется путем прогрева в сушильном шкафу при температуре 400°С в течение 10 минут.

3. Расчет количества кальцинированной соды проводится из предпосылок максимального образования Na 2 SiO 3 при твердофазовом взаимодействии SiO 2 и Na 2 СО 3 - т.о. на 100 г активированной пробы добавляется 18,62 г кальцинированной соды.

4. Для спекания используют формы из жаропрочной стали. Внутренняя поверхность формы обмазывается каолиновой суспензией для предотвращения прилипания опека к металлу.

5. Подготовленная порошкообразная смесь уплотняется в форме, помещается в муфельную печь и нагревается до температуры 800°С и выдерживается 15 минут.

6. Полученный спек с содержанием стеклофазы 65-85% охлаждается, измельчается и является полуфабрикатом для приготовления шихты для производства пеностекла.

Полученный по данному способу гранулят апробирован в технологическом процессе производства пеностекла:

Гранулят измельчался до фракции менее 0,15 мм;

В полученную порошкообразную шихту вводился газообразователь - кокс, антрацит, жидкие углеводороды в количестве 1% по весу;

Шихта уплотнялась в формах и термически обрабатывалась в муфельной печи при температуре 820°С с выдержкой 15 минут. После выдержки формы удалялись из печи для охлаждения и стабилизации ячеистой структуры.

Получен пеностеклокристаллический материал с характеристиками, приведенными в таблице.

Таким образом, авторами предлагается способ получения гранулята для производства пеностеклокристаллического материала, позволяющий использовать природной сырье вместо дефицитного стеклобоя. Технологический процесс не требует высоких температур, что делает производство экономически эффективным.

Основные характеристики способа и свойств пеностеклокристаллического материала
Вид гранулята	Режим обработки, параметр					Свойства пеностеклокристаллита
	Температура обработки, °С	Размер частиц гранулята для подготовки шихты	Температура получения пеностекла и пеностеклокристаллита, °С	Температура выдержки, мин	Количество стекло-фазы, масс.%	Плотность кг/м 3	Прочность на сжатие, МПа
Стеклогранулят (расплав смеси цеолит + сода)	1480-1500	6000 см 2 /г	820	15	100	300	08,-1,5
Твердофазовое спекание смеси цеолит + сода	750	0,15 мм	820	15	65	350	3-4
То же	800	0,15 мм	820	15	70	300	2,5-3,5
То же	850	0,15 мм	820	15	80	300	2,5-3,5
Стеклобой	1500	6000 см 2 /г	750-850	15	100	150-200	0,8-2,0

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения гранулята для производства пеностекла и пеностеклокристаллических материалов, включающий подготовку фракции высококремнеземистого сырья с содержанием SiO 2 более 60 мас.%, добавление кальцинированной соды, смешивание порошков и обжиг в печах непрерывного действия при температуре 750-850°С, отличающийся тем, что полученную фракцию высококремнеземистого сырья активируют путем прогрева при температуре 200-450°С, затем добавляют кальцинированную соду в количестве 12-16 мас.%, полученную смесь уплотняют в форме из жаропрочной стали, помещают форму в печь непрерывного действия, термообрабатывают с выдержкой при максимальной температуре 10-20 мин и полученный спек измельчают.

Лабораторной муфельной печью называется специальное высокотемпературное нагревательное оборудование , предназначенное для эксплуатации в лабораторных условиях. Данное устройство представляет собой печь, имеющую особую конструкцию.

Она предусматривает полное отсутствие взаимодействия нагреваемых предметов с различными компонентами, выделяющимися в воздух в результате сгорания топлива (сажей, газообразными веществами, а также копотью ).

Для создания таких условий нагревания применяется муфель - огнеупорная камера, которая является своеобразной преградой между нагреваемым изделием и используемым топливом.

Что представляет из себя лабораторная муфельная печь?

Большинство таких муфелей изготавливается из огнестойкого кирпича, жаропрочной стали либо высокопрочного керамического волокна . Именно за счет данного приспособления производители имеют возможность предотвратить загрязнение посторонними веществами различных дорогих металлов, а также химически чистых образцов.

Благодаря тому, что оборудование обладает специальными техническими характеристиками, оно подходит для эксплуатации во многих сферах промышленности:

• в химических лабораториях;
• на предприятиях, занимающихся производством ювелирных изделий ;
• в геофизических лабораториях;
• на предприятиях, которые изготавливают восковые предметы ;
• в пищевой промышленности;
• на предприятиях, выполняющих купелирование разных благородных металлов ;
• в стоматологических центрах;
• для выполнения различных аналитических работ (нагрев и высушивание, сжигание или выращивание кристаллов);
• для обжига различных форм для литья;
• для изготовления изделий из фарфора либо керамики ;
• для плавки , а также закалки различных металлов и их сплавов;
• для проведения кремации .

Современное оборудование должно обязательно обладать следующими характеристиками:

1. Достаточное внутреннее пространство для того чтобы обрабатываемые предметы свободно помещались внутрь прибора.
2. Большой температурный диапазон , позволяющий выполнять разные виды работ.
3. Терморегулятор .
4. Система вытяжки .
5. Возможность подключения к компьютеру (требование предъявляется к некоторым моделям приборов).

Особенности конструкции

Оборудование имеет особую схему строения, которая приспособлена для создания специальных условий обработки различных изделий. Основное отличие от печей других видов заключается в наличии огнеупорной камеры или так называемого муфеля. Это создает преграду, которая предотвращает взаимодействие поверхности материалов с газообразными веществами, выделяющимися из используемого топлива.

Для изготовления муфеля — основной части устройства — и других элементов производители используют, как правило, жаростойкую сталь, огнеупорный кирпич, а также керамическое волокно, которое обладает высокой прочностью.

Фото 1. Схематичное изображение устройства лабораторной муфельной печи. Указаны только основные части.

Как правильно подобрать нужное устройство?

Для максимально эффективной эксплуатации оборудования нужно обращать внимание на следующие его характеристики:

• параметры;
• максимально возможные нагрузки;
• мощность;
• предельная температура обжига;
• рабочее напряжение;
• напряжение питания;
• равномерность прогрева;
• безопасность функционирования оборудования;
• стоимость.

Прежде всего необходимо определиться с объемом рабочей камеры, а также с температурным диапазоном . Кроме того, обязательно нужно обратить внимание на сложность нагрева .

Виды лабораторных печей

Не менее важными показателями при выборе оборудования служит скорость и равномерность прогрева муфельной камеры.

В зависимости от индивидуальных требований, можно подобрать горизонтальную либо вертикальную печь: первая отличается довольно большой вместительностью, а вторая нагревается за короткий промежуток времени.

Лабораторные муфельные печи оснащаются открытыми либо закрытыми нагревательными элементами . Устройства первого типа отлично подойдут для эксплуатации в условиях, когда требуется прогревать камеру до высокой температуры за небольшое время . Однако такое оборудование сильнее подвергается негативному воздействию различных агрессивных веществ, выделяющихся во время обработки предметов.

Печи, в которых используется закрытый нагревательный элемент, отличаются более продолжительным эксплуатационным сроком , равномерным нагревом рабочей камеры, но для максимального прогревания требуется гораздо больше времени. Существенным недостатком устройств данного вида является то, что при поломке нагревательного элемента придется менять полностью всю камеру.

Наиболее простой конструкцией обладает оборудование, имеющее одноступенчатый терморегулятор . Его основная особенность — с самого начала камера нагревается до определенной температуры, а затем она поддерживается на протяжении рабочего процесса. Чаще всего эти печи используются для выполнения таких простых задач, как сушка или обжиг.

Для более сложной аналитической работы предназначаются муфельные печи, которые функционируют за счет специального программного управления .

Они позволяют настраивать процесс нагрева на несколько разных уровней. Контроль происходит с помощью микропроцессора с цифровым индикатором и звуковым сигнализатором.

При необходимости программу можно запустить в автоматическом режиме.

Чтобы выбрать исправную печь, необходимо проверить оборудование на отсутствие каких-либо механических повреждений (сколов, потертостей, царапин и других) на всех составных элементах.

Полезное видео

Ознакомьтесь с видео, в котором показано, как выглядит муфельная печь большого объема для обработки металлов.

Муфельная печь предназначена для равномерного нагревания веществ до разных температур. Присутствующий в ней муфель, защищает нагреваемый предмет от прямого воздействия продуктов горения.

Навигация:

Различают муфельные печи по нескольким критериям.

• По источнику нагревания.
• По режиму обработки.
• По конструктивным данным.

Источником нагревания муфельной печи может быть газ или электричество.

Режим обработки бывает:

• в обычной (воздушной) атмосфере;
• в особом газовом окружении – водород, аргон, азот и другие газы;
• при вакуумном давлении.

Конструктивно муфельные печи делятся на печи:

• верхней загрузки;
• горизонтальной завалки;
• колпаковые – печь отделается от пода;
• трубчатые печи.

Кроме этого, существует несколько видов печей по тепловым показателям:

• печи с небольшой температурой: 100 — 500 градусов;
• печи со средней температурой: 400 — 900 градусов;
• печи с большой температурой: 400 — 1400 градусов;
• печи с очень высокой температурой: до 1700 — 2000 градусов.

Примечание. От температурного режима муфельной печи прямо пропорционально зависит ее стоимость, т.е, чем выше максимальная отметка температуры, тем дороже будет печь.

К преимуществам муфельных печей относится защита обогреваемого вещества от продуктов горения топлива или испарений нагревательных элементов и равномерный его нагрев по всей камере.

В случае выхода из строя муфеля, конструкция печи позволяет оперативно произвести его замену, что значительно облегчает проведение ремонта.

Недостатком является небольшая скорость нагрева (хотя это не всегда необходимо). В муфельной печи невозможно производить скоростные режимы нагрева. Это связано с тем, что необходимо время для нагрева муфеля. Что влечет за собой еще один недостаток – дополнительные затраты энергии на разогрев.

Основная составляющая муфельной печи – это муфель, который изготавливается чаще всего из керамики. Этот материал является универсальным для изготовления печи разного рода. Бывают еще корундовые муфели, но их применяют только в химической среде.

Вокруг муфеля наматывается обогревательный элемент в виде проволоки и замазывается это керамической обмазкой.

Вокруг муфеля располагается теплоизоляционный материал и все это обшивается металлическим корпусом из листа металла толщиной 1,5-2 мм.

Так как нагрев печи начинается вокруг муфеля, то достичь больших температур (выше 1150 градусов) не представляется возможным. В связи с этим производители разработали специальный волокнистый материал для изготовления муфеля, который позволяет располагать нагревательные элементы изнутри. Это дает возможность увеличить температурный предел муфельных печей. Но недостатком волокнистого материала является его недолговечность: под действием газовых испарений, солей и масел от нагреваемого материала волокно разрушается.

Сегодня для высокотемпературных муфельных печей применяют японские очень качественные нагревательные элементы, которые позволяют достигать в печи температуры до 1750 градусов.

Печи, работающие на газообразном топливе, изначально имеют более высокие температурные показатели.

Для более равномерного нагрева рабочей камеры некоторые производители встраивают вентиляцию. А для вывода продуктов сгорания существует вытяжной механизм, который через трубу выводит дым и пар из печи.

Для контроля и регулирования температуры в печи используется электронный терморегулятор, который соединяется с нагревателем и термопарой. Терморегулятор позволяет контролировать не только температуру, но и время выдержки изделия в печи. Причем эти показатели имеют очень высокую точность, особенно в лабораторной муфельной печи, ведь от их значения и полученного результата зависит точность проводимых исследований.

Применение муфельных печей

Муфельная печь нашла широкое распространение, в первую очередь, как оборудование для термообработки металлов. Но, благодаря своим достоинствам, муфельная печь (купить которую можно в любом регионе России) намного расширила область своего применения, и это:

• термообработка металлов (закалка, отпуск, отжиг, старение);
• обжиг керамических материалов – окончательный этап обработки керамики;
• озоление – превращение в золу исследуемого вещества без сгорания для проведения обследования;
• кремация;
• пробирный анализ – способ выявления и отделения драгоценных металлов (золота, серебра, платины) из руды, сплавов, готовых изделий;
• высушивание – отделение влаги в виде воды или другого жидкого вещества из материалов;
• стерилизация инструментов в медицине (стоматологии).

Термообработка металлов может производится в домашних условия, в лабораторных или в промышленных масштабах. Исходя из этого существует целый модельный ряд муфельных печей с разными объемами рабочей камеры, мощностями и максимальной температурой нагрева. Для личного применения можно купить муфельную печь для закалки ножей, для исследований подойдет муфельная печь лабораторная.

Для термообработки металлов и сплавов муфельная печь должна обладать особыми характеристиками.

В первую очередь, муфельная печь для закалки металла, отпуска и прочего должна иметь очень хорошие изоляционные характеристики. Обычно они обеспечиваются несколькими слоями: огнеупорным кирпичом, волокном из керамического материала и защитным кожухом из листового металла. Дно печи должно быть оборудовано специальными карбидокремниевыми плитами и добавочным поддоном для защиты от ударов обогревательных элементов при загрузке и выгрузке. И самое главное, электрическая муфельная печь должна иметь специальные нагревательные спирали из высококачественного сплава для обеспечения достаточно большой температуры обогрева – до 1400 градусов.

Муфельная печь лабораторная (цена зависит от мощности и конструктивных особенностей) может быть использована для нагревания материалов разного состава.

Муфельная печь для обжига керамики применяется в художественных и гончарных мастерских. Кроме обжига в ней проводится нагревание опок, расплавление стекла. Муфельная печь для керамики обладает температурным режимом до 1300 градусов и оснащается автоматическим регулятором, позволяющим медленно нагревать и охлаждать изделия без температурных скачков. Такой плавный переход необходим и когда производится обжиг глины в муфельной печи.

Купить муфельную печь для керамики можно прямо у производителя, что значительно снижает ее стоимость.

Примечание. Муфельная печь для обжига часто снабжается съемными нагревательными элементами, которые легко можно заменить при выходе из строя.

Муфельная печь для обжига керамики (цена зависит от размеров, мощности, способа загрузки и комплектации) может быть объемом внутренней камеры от 1л до 200 л и даже больше. Конструкция печи может быть круглой с загрузкой сверху, камерной с загрузкой впереди, есть колпаковые печи. Поэтому муфельная печь для обжига керамики, купить которую можно даже для домашнего использования, доступна для обширного поля деятельности любого мастера.

Для работы с драгоценными металлами, а также в стоматологии отлично подойдет маленькая муфельная печь или даже мини муфельная печь, объем рабочей камеры которой около двух литров.

Задумываясь о том, сколько стоит муфельная печь, следует учесть потребные характеристики, которые должны присутствовать в ней, и выбрать хорошего производителя. Муфельные печи российского производства получили хорошие отзывы среди потребителей и имеют неплохую ценовую политику.

Широкий модельный ряд позволяет выбрать муфельные печи РФ разной конструкции: горизонтальные и вертикальные муфельные печи с необходимым расположением загрузки, лабораторные муфельные печи (в Самаре находится производственная база).

Известны своим качеством муфельная печь Накал. Такая муфельная печь (купить в Москве ее можно сразу с доставкой), получила много положительных отзывов от ведущих предприятий различного направления.

Муфельная печь (купить в СПб можно разные модели) компании Электроприбор также хорошо себя зарекомендовала среди покупателей.

Хорошего качества является белорусская муфельная печь (купить в Минске ее не будет проблемой, так как есть много интернет-магазинов, имеющих в ассортименте такие печи).

Некоторые мастера берутся за изготовление муфельной печи своими руками, так как заводская муфельная печь (цена которой все-таки не маленькая) им не по карману. Изготавливая печь самостоятельно необходимо большое внимание уделить выполнению муфеля. Для домашнего пользования муфель можно выполнять из огнеупорной глины, формируя рабочую камеру вокруг картонного каркаса. Когда глина высохнет, картон убирается. Только перед дальнейшей сборкой обязательно нужно обжечь глиняный муфель, чтобы он затвердел и приобрел необходимую твердость. Дальнейшая сборка ничем не отличается от заводской.

Но таких специалистов самодельщиков не так много, большинство потребителей все же предпочитают муфельную печь купить, цена выбирается по своим возможностям.