Как рассчитать муфельную печь

Печь для обжига керамики своими руками. Расчёт камерной печи.

Автор: Юрий Горний 01.11.2010

Самый главный вопрос для начинающего керамиста это не «где взять глину«, т.к. ее можно найти где угодно, и не «как сделать гончарный круг из стиральной машинки», т.к. можно лепить и без круга. Самый главный вопрос — «где обжигать?» Для обжига керамики нужна специальная печь, нагревающая изделия до температуры в 1000°С.

Можно, конечно, купить готовую печь, если позволяют средства. Или же сделать печь для керамики самому. Мы рассмотрим, как своими руками сделать печь для обжига керамики объёмом около 30 литров и работающую от сети 220В.

Муфельная печь. Нагревательный элемент расположен снаружи вокруг камеры.

Есть два типа электрических печей для обжига: муфельные и камерные. У муфельной печи нагревательные элементы располагаются вокруг муфеля — цельной емкости из огнеупорного материала. Такими печками оборудованы наши отечественные школы.

У камерной печи — нагревательные элементы — внутри. Этот тип для нас предпочтительнее, т. к. мы хотим сделать печку не очень маленькую, а слепить большой и прочный муфель довольно сложно. К тому же в муфельной печи потери тепла значительно больше, чем в камерной.

Изготовление печи для обжига керамики.

Первым делом нужно найти корпус для будущей печки. Для этого достаточно немного оглядеться по сторонам. У нас нашлась вот такая стиральная машинка, а точнее то, что от нее осталось.

Если же вы оказались в таком месте, где старые стиральные машинки и холодильники не выбрасывают, то можно прикупить лист оцинковки и собрать корпус из него. Размеры корпуса: около полуметра ширина и длина, высота — немного меньше метра.

Металлическая коробка у нас есть, теперь нужно укрепить дно нашей будущей печки. Для этого лучше всего использовать уголок. У нас уголка под рукой не оказалось, поэтому мы приварили обычную трубу, миллиметров 15 в диаметре. По углам привариваем кусочки из трубы диаметром побольше — это будут ножки.

Также нужно будет укрепить верх корпуса, дверцу и хотя бы одно ребро, на которое будут приварены петли для дверцы.

На дно выкладываем слой базальтовой ваты толщиной около 10 мм. (Такой же слой нужно будет проложить и по стенкам.) Для того, чтобы вата не смялась под весом камеры, нужно проложить несколько кусочков квадратной трубы или уголка. После этого закрываем вату листом металла.

Теперь нужно определиться с огнеупорами, из которых будет сделана камера.

Вариант 1. Очень хороший вариант — волокнистые огнеупорные плиты. Их можно заказать нужного размера, или разрезать на месте. Понадобится всего шесть таких плит.

Вариант 2 — шамотный огнеупорный кирпич. Обычно везде продается тяжелый шамотный кирпич. Из него кладут камины и другие печи. Для нашей же печки лучше использовать легковесы — марки ША или ШЛ. В наших окрестностях таких кирпичей почему-то никто не продает, в итоге кирпичи нашлись у друзей. Кирпичи оказались б/у, на зато достались совершенно бесплатно.

Для связки кирпичей лучше всего использовать мертель, соответствующий марке кирпича. Но есть варианты попроще. Например огнеупорная глина или готовая огнеупорная кладочная смесь. Смесь можно найти там, где продаются камины, или же там, где вы найдете огнеупорный кирпич. А для того, чтобы приклеить кирпич к металлическому листу к смеси нужно добавить цемент — до 30%.

Камера печи для обжига керамики.

Приступаем к кладке. Кирпичи должны быть плотно подогнаны друг к другу. Швы — не больше 5 мм. Для этого некоторые кирпичи нужно подпилить до нужных размеров. Если же вам достанется б/у кирпич, как в нашем случае, то на каждом нужно будет еще и опилить края, чтобы сформировать ровные грани.

Дверцу также выкладывем кирпичём, по периметру вырезаем четверть, так чтобы образовался выступ, который будет заходить в окно печи.

Когда кладка готова и немного подсохла приступаем к следующему этапу. Теперь нужно сформировать канавки для укладки нагревательных элементов. В нашем случае это будут спирали из нихромовой проволоки диаметром 1мм. Диаметр витка проволоки где-то 6-7 мм. Такой же толщины и глубины и делаем канавки.

Спирали можно найти уже готовые, (например на рынке) или свить самим из нихромовой или фехралевой проволоки. Важно, чтобы витки спирали не соприкосались друг с другом.

Сделаем два контура спиралей, так чтобы можно было регулировать температуру переключателем как в электрической плитке. Концы проволоки выводим наверх. Наверху, снаружи устанавливаем керамическую пластину от электроплитки и закрепляем болтами концы проволоки.

Переключатель спиралей. Вот такой переключатель нам нужен. С одной стороны 2 контакта, с другой — 3. Устанавливаем переключатель, так чтобы его выступающий штырь выходил наружу, на переднюю панель. Подсоединяем провода. К двум контактам подходят фаза и ноль.

В итоге должно получиться так:

В третьем — подключаются оба контура параллельно, это самая высокая температура.

Вот, собственно и все. Теперь нужно хорошенько высушить нашу печку. Для этого ее нужно поставить в теплое место — к батарее отопления или на солнце и забыть про нее на месяц, а лучше на два. После этого, нужно будет окончательно просушить печку, включив ее в сеть на первой «скорости» на несколько часов. Когда из нее престанит валить пар — печка высохла. Можно начинать обжиг.

Подключать такую печь желательно к усиленной розетке — той, к которой подключается электроплита. Или провести толстый провод от щитка. Также хорошо бы поставить еще дополнительный автоматический выключатель (автомат защиты).

Да, и последнее: не забывайте — с такой электрической печью для обжига, тем более с открытыми спиралями, нужно быть очень осторожным. Любая оплошность может привесть к очень печальным последствиям. Если вы слабо разбираетесь в электрике, обязательно посоветуйтесь со специалистом. Ни в коем случае не прикасайтесь к спиралям под напряжением. Чтобы обезопасить себя и своих близких, можно поставить концевой выключатель, — так, чтобы при открывании дверцы печь выключалась. И заземление — тоже одно из условий безопасности.

Существенное техническое дополнение от www.makuha.ru

Расчёт нагревателей печи для обжига керамики.

Формулы и принцип расчёта подходит, как для камерных, так и для муфельных печей. Хоть представленный расчёт упрощенный, но тем не менее, его более чем достаточно для изготовления самодельной муфельной, камерной печи, электротигеля и т.п.

Коротко, вся суть расчёта заключается в том, что исходя из заданной мощности оборудования подобрать нагреватель такого сопротивления, чтобы проходящий через него ток был необходимой плотности, и был способен разогреть нагреватель до заданной температуры.

Температура до которой раскалиться нагреватель зависит от удельного сопротивления материала нагревателя (физическое свойство), его сечения и тока который через него проходит.

Существуют профессиональные, сложные методы расчёта, учитывающие много различных нюансов, но все они, в итоге, базируется на описаном выше принципе.

Пример расчёта нагревателя для печи.

Требуется: печь для обжига керамики мощностью 3 кВт., напряжение сети U = 220 В; температура нагревателя 950°C.

Расчётную температуру следует брать с некоторым запасом. Заданная исходная мощность определяется эмпирически исходя из 100 Вт. мощности на 1 литр объёма камеры печи. 3 кВт мощности – достаточно для камеры объёмом в . 30 литров. Это уже крупная печь .

Для работы при таких температурах можно использовать как нихром, так и фехраль.

Недостатки нихрома: 1200°C – это практически предельная температура работы, а значит такой нагреватель будет не очень долговечен. Из достоинств: широко доступен, дёшев, хорошие механические свойства как при низких, так и при высоких температурах.

Недостатки фехрали: при высоких температурах очень хрупок и очень сильно удлиняется, отчего спираль может выпадать из пазов. Дешевые марки могут вступать в реакцию с шамотной камерой и окислами железа. Из достоинств: выдерживает более высокие температуры, до 1400°C.

В качестве нагревателя в нашем варианте лучше выбрать нихром.

1. Сначала необходимо определить силу тока, которая будет проходить через нагревательный элемент. формула “Закон Ома”, где U – напряжение сети; P – мощность в Ватах; А – сила тока в Амперах.
I = P / U = 3000 / 220 = 13,64 А.

2. Теперь нужно найти необходимое сопротивление R нагревателя:
R = U / I = 220 / 13,64 = 16,13 Ом;

В нихромовой проволоке нужно создать такую плотность тока при вычисленной его силе (А), чтобы она смогла разогреться до нужной температуры. Если взять кусок нихромовой проволоки, пусть даже подходящей по сопротивлению, но маленького сечения, то плотность тока будет такой, что проволока сгорит. Если сечение окажется слишком большим, то проволока не выдаст нужной температуры, даже при полном потреблении расчётной мощности.

3. Диаметр проволоки следует подбирать по таблице, приведённой в ГОСТ 12766.1-90 “Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.”

Согласно этого ГОСТа для наших условий подходит нихромовая проволока диаметром 0,9 мм., сечение такой проволоки составит (площадь круга, геометрия 7 класс) = 0,636 мм 2 . Удельное сопротивление нихрома такого диаметра составит ρ = 1,11 Ом · мм 2 / м.

4. Определим необходимую длину нихромовой проволоки.
R = ρ · l / S,
где R – сопротивление нагревателя; Ом, ρ – удельное электрическое сопротивление материала нагревателя [Ом · мм2 / м]; l – длина нагревателя, м; S – площадь поперечного сечения, мм 2 .

Таким образом, получим длину нагревателя:
l = R · S / ρ = 16,13 · 0,636 / 1,11 = 9,24 м.

Скорость разогревания печи.

Для того чтобы, убедиться, что изначальная мощность выбрана правильно, можно очень просто подсчитать скорость разогревания печи до максимальной температуры, как на холостом ходу, так и в рабочем.

Для подсчёта необходимо знать такую физическую величину, как удельная теплоёмкость материалов. Это физические данные, их получают эксперементальным путём и они есть в таблицах свойств материалов. Удельная теплоёмкость шамотно-глиняных материалов, в среднем = 0,88 кДж/кг °С.

Для расчёта необходимо будет узнать общий вес (в килограммах) футеровки печи, т.е. того самого шамотного кирпича, из которого сложена камера печи, т.к. он тоже забирает тепло от нагревателя. И общий вес загруженных в печь керамических изделий. Допустим он составит 10 кг.

Базовая формула: Q=cm(t2 -t1), где t1 – начальная температура (температура окружающей среды); t2 – максимальная температура разогрева; m – масса в кг.; c – удельная теплоёмкость; Q – колличество теплоты в джоулях для разогрева массы m до температуры t2.

Отсюда, необходимое колличество теплоты: Q=cm(t2 -t1) = 0,88х10(950-20)=8184 кДж.

КПД камерной печи, с учётом теплопотерь через минеральную вату, дверцу и т.п. = 70%, т.е. коэффициент 0,7. Отсюда, для разогрева печи необходимо Q итог = 8184/0,7 = 11690 кДж.

Далее, применим закон Джоуля-Ленца: Q итог = I 2 х Rt, где I 2 – ток в нагревателях, А; R – сопротивление нагревателя; t – искомое время нагрева. Отсюда t = Q / I 2 R = 11690/ 13,64 2 х 16,13 = 3,9 часа.

Для такой самодельной печи, мощностью 3 кВт, время нагрева до максимальной температуры вполне нормально. Плавный продолжительный нагрев идёт на пользу при обжиге керамики, когда все процессы преобразования в глине происходят равномерно.

Если нужно, чтобы печь разогревалась быстрее, то достаточно увеличить мощность нагревателей или уменьшить толщину футеровки. В последнем случае надо всего навсего распилить шамотные кирпичи пополам по толщине и улучшить теплоизоляцию минеральной ватой.

Расчёт и изготовление муфельной печи. Часть первая – расчёт мощности печи.

Решил все свои расчёты оформить в отдельную статью. Во-первых, может быть кому-то ещё пригодится. Во-вторых — возможно кто-то обратит внимание на очевидные косяки, которые я упустил из виду. Приступим.

Электрическая печь сопротивления — один из самых простых и доступных видов печей для обжига керамики и плавки некоторых металлов. Высокая температура в рабочей камере достигается за счёт нагрева спирали, изготовленной из проволоки с высоким показателем сопротивления и высокой температурой плавления. Традиционно используется для таких печей нихромовая или фехралевая проволока различных марок. Нихром примерно в два раза дороже фехрали, при этом его рабочая температура несколько ниже. В то же время фехраль при высоких температурах становится хрупким и коэффициент температурного расширения у него выше. То есть при нагреве фехралевая спираль может выйти из пазов, и следовательно на это необходимо обратить отдельное внимание при проектировании.
Нихромовая проволока стоит порядка 2000 рублей за килограмм, фехралевая — меньше 1000. В то же время фехраль сложнее достать на местах. Однако мы никуда не торопимся — поэтому закажем именно фехралевую проволоку с доставкой. Сочетание более выгодной цены и возможности поддерживать более высокую температуру в рабочей камере склонили меня принять решение именно в пользу фехрали. Кроме того сопротивление у фехрали примерно на 25% выше, чем у нихрома, а значит что и проволоки понадобится на 25% меньше(сопротивления метра нихромовой проволоки х20н80 диаметром 1.5мм — 0.62 ома, а фехралевой х23Ю5Т — 0.815 ома)
Для того, чтобы заказать проволоку нужно знать марку сплава, диаметр проволоки и количество погонных метров. Чтож, попробуем всё это дело рассчитать.
Марку выберем Х23Ю5Т. Температура плавления — 1500 градусов, что позволяет разогнать печку до 1200-1300 при хорошей теплоизоляции рабочей камеры.

Объём рассчитываемой печи — 61 литр, рабочая камера 560х340х320.

Для небольших печей мощность подбирается исходя из простой пропорции — 100 ватт мощности на литр объёма камеры, то есть на 61 литр мощность печки составит 6.1 кВт. Первоначально я выполнял расчёт на печь объёмом 67 литров, а так, как пересчитывать лень — то добавим 600 ватт мощности про запас — хуже точно не будет.

Так как в цеху есть три фазы — то печь запитаем от трёхфазной сети. Так как фазы три — то и нагревателей будет тоже три. Итак, от трёхфазной сети нам необходимо отобрать 6.7 кВт мощности.

Для начала вычислим какой ток нам потребуется пропустить через нагревательные элементы при подключении звездой. I=P/U. I = 6700/220 = 30.45А. Но это суммарный ток, раскидаем его на 3 фазы и получим 10.15А на фазу. Очень даже комфортный ток.
При подлкючении треугольником получим ещё более низкий ток — 17,63А — или 5.88 А на фазу. Однако такой ток течёт через нагреватели, подключённые между двумя фазами. По участку цепи, от ввода до соединения нагревателей так же течёт ток 10.15 А. Следовательно разницы особой нет. Какую схему подключения выбрать мы будем решать с точки зрения оптимизации количества проволоки в спирали, так как сопротивление будет разным.

Кстати, теперь мы можем рассчитать и сопротивление проволоки, необходимое для получения проектной мощности.
Для каждого участка цепи звезды это будет R=U/I R=220В/10,15А = 21,67 Ом. Для каждого участка цепи треугольника это будет 380В/5,8А = 64,6 Ом

Сопротивление есть, остаётся найти таблицу и отмерять нужное количество проволоки.
Для выбранной марки фехрали сопротивление одного метра проволоки будет следующим: D=1.5мм — 0.815 Ом, D=2мм — 0.459 Ом, D = 2.5мм — 0.294 Ом, D = 3мм — 0.204 Ом.

Рассмотрим звезду. Сопротивление одного нагревателя должно составлять 21.67 Ом То есть проволоки полторашки нам понадобится 21.67/0,815 = 26.6 метра. На три нагревателя потребуется 80 метров проволоки. Скажем так — не мало. Но с другой стороны мало или много — это суть наши рассуждения и нежелание отдавать лишние деньги, а расчёт говорит, что именно такое количество проволоки нам потребуется. Что — можно заказывать?
Рассчитывать больший диаметр проволоки нет смысла — так как уже у двойки сопротивление в два раза меньше и следовательно нам её потребуется в два раза больше. Расчитывать вариант с треугольником — так же нет смысла, там на контур нам необходимо сопротивление в 64 Ом — а это в три раза больше проволоки. Получается расчёт окончен? Как бы не так!
Давайте посчитаем, какова площадь поверхности наших нагревателей. Зная площадь поверхности, мы сможем посчитать, какое количество энергии излучается с 1 кв.см поверхности.
Площадь поверхности S = Длина (L) x Диаметр (d) х 3.14 (Pi) = 8000(в сантиметрах) х 0.15 (в сантиметрах) х 3.14 = 3768 кв.см. Таким образом 3768 кв.см. излучает 6.7 кВт мощности. То есть с 1 кв.см излучается 1.77 ватта.
То, что мы сейчас посчитали — не что иное, как величина поверхностной нагрузки. Зная это значение мы можем определить — не перекалится ли наша проволока. Дело в том, что с увеличением данного показателя увеличивается разница между температурой в сердцевине проволоки и температурой на её поверхности. При значениях сильно свыше 2 Ватт на кв.см — это значение может различаться на сотню градусов. Чем это чревато думаю понятно — в то время, как наружная поверхность имеет рабочую температуру — сердцевина может разогреться до температур, близких к температуре плавления, что приведёт к перегоранию проволоки. Для отечественных фехралевых проволок значение оптимального коэффициента составляет от 1.2 до 1.4 Вт/кв.см. Значение, полученное нами несколько выше, но всё-же вполне себе применимо.
В качестве иллюстрации посмотрим, что у нас получится, если мы возьмём следующий диаметр — двойку.
21.67/0.459 = 47.21 метра на 1 нагреватель. То есть на 3 нагревателя — 141 метр проволоки!
Рассчитаем значение поверхностной нагрузки — получим 0,76 вт/кв.см. — это очень мало. Почти в два раза меньше рекомендуемого значения — это значит, что проволока будет отдавать тепло менее эффективно. А если взять двойки те же 80 метров? Тогда сопротивление на участке цепи для одного нагревателя составит 12.24 ом, соответственно ток составит 18А, а мощность участка — 4 кВт, три нагревателя дадут 12 кВт мощности, и значение поверхностной нагрузки — 2,38 вт/кв.см.

Что будет, если участок цепи с одним нагревателем пересчитать как участок с двумя параллельно подключенными нагревателями? Тогда сопротивление каждого нагревателя необходимо будет увеличить вдвое, а значит и количество проволоки тоже. Такой финт позволяет сэкономить, если в расчёте допустим проволока диаметром 2 мм не проходит по значению поверхностной нагрузки, и приходится мотать тройку. Тогда вместо одного нагревателя из тройки имеет смысл ставить два параллельно подключённых нагревателя из двойки -метраж и масса выйдут меньше. Но в нашем случае меньше полторашки использовать проволоку нет желания.

Как ещё можно поступить? Можно запитать всю длину проволоки от одной фазы — тогда получим 220/30,45 = 7,22 ома.

Понятное дело, что полторашку тут мы применить не сможем из-за просто зашкаливающей поверхностной нагрузки! Действительно, нам понадобится всего 9 метров проволоки, чтобы получить сопротивление в 7.22 ома, при этом во-первых, это будет очень маленький нагревательный элемент, который не сможет равномерно прогреть весь объём печи, во вторых — как уже говорилось, поверхностная нагрузка составит лютые 15.8 ватт на кв.см.
Но здесь хорошо зайдёт проволока с большим диаметром. Если мы возьмём диаметр 3.5мм с сопротивлением 0.15 ома на метр, то её понадобится всего 48 метров! Поверхностная нагрузка составит 1,27 — что очень хорошо. Однако 48 метров проволоки диаметром 3.5 будут весить 3.7 кг, в то время как 80 метров полторашки весит всего 1.1 кг! Вкупе с тем, что управлять током в 30 А несколько сложнее, нежели током в 10 ампер — то первоначально полученный результат является наиболее оптимальным для данной печи.
Кстати, вот тут можно применить ту самую фишку, с параллельным подключением двух спиралей меньшего диаметра, чем одной большего. Действительно, если мы подключим не 1 спираль диаметром 3.5 мм длиной 48 метров с сопротивлением 7.22 ома, а две спирали из проволоки диаметром 2.0 мм с сопротивлением 14.44 — то получим две спирали по 31.3 метра = 62,6 метра с массой 1.5 кг, что уже неплохо. На каждую спираль прийдётся половина нагрузки — то есть по 3.35 кВт, что в итоге даст нам значение поверхностной нагрузки 3350/(3130х0.2х3.14) = 1.7 вт/кв.см. По факту — те же яйца, только в профиль. Но тут есть момент, который опять таки заставляет меня принять первоначальный расчёт за рабочий. Дело в том, что даже разбив участок на два параллельных мы в итоге ничего не выигрываем. Проволоки всё равно нужно на полкило больше, чем полторашки. Ток, протекающий через 1 контур составит 15 ампер, а не 10, что близко к максимальной нагрузке того же bt139, которым я планирую управлять всем этим зоопарком. В то же время даже если я поставлю по bt139 на каждый контур, повешу гигантский радиатор с активным охлаждением, то всё равно я не смогу подключать эти контуры по отдельности, так как весь ток ломанётся через включённый контур. И тут то симистор точно не выдержит — это раз, а поверхностная нагрузка подключённого контура резво увеличится в два раза.

Остановимся на самом первом варианте:

Всё на сегодня. Голова забита, поэтому мог накосячить. Буду благодарен, если кто-то ткнёт носом в ошибки.

Печь для обжига керамики своими руками

Люди интересующиеся гончарным делом рано или поздно приходят к вопросу покупки собственной муфельной печи для обжига керамики.

Изучив рынок мы с Вами сталкиваемся с необоснованно высокими ценами на муфельные печи. Наша компания занимается изготовлением и продажей муфельных печей для обжига керамики по доступным ценам.

В данной статье мы изложим основные аспекты изготовления муфельных печей.

Расчет габаритных и электрических параметров печи

Данный этап является основополагающим, так как на нем определяются основные параметры муфельной печи для обжига керамики.

Отправным параметром является внутренний объем муфельной печи. При большом объеме обжигаемых изделий выбираются печи с большим объемом, при малом объеме обжигаемых изделий (гончары-любители)-соответственно печи с меньшим объемом.

Как показывает наша практика изготовления печей для обжига керамики, чаще всего заказывают печь GRIFON-60 на 60 литров. Так как она сочетает в себе оптимальный объем и цену!

Параллельно теоретическим выкладкам будет вестись расчет печи для обжига керамики на 33 литра.

Расчет объема муфельной печи

На рисунке ниже представлен муфель печи для обжига керамики, т.е. рабочий слой печи или по другому внутренний изоляционный слой. В основном он имеет плотную структуру, так как чаще всего используется для крепления нагревательных элементов (спиралей), а так же для придания рабочему слою механической прочности.

Так как периметр нашей муфельной печи представляет собой восьмиугольник, то ее объем ( V ) рассчитывается следующим образом:

муфель печи

V=S*H (дм3=литры),

где S=2*K*(F) 2 – площадь дна муфеля; K=2,41 – коэффициент; F– длина внутренней грани муфеля (дм ) (см.рис.1); H-высота внутренней части муфеля (дм ) ( см.рис.1 ).

Так как объем печи принято выражать в литрах, то все величины должны быть выражены в дециметрах.

V = 13,76*2,39 = 32,8 ≈ 33 ( дм 3 ) = 33 (литра), где

S= 2*2,41* (1,69) 2 = 13,76 ( дм 2 ); K=2,41; F= 169 (мм) = 16,9 (см) = 1,69 ( дм) ; H= 239 (мм) = 23,9 (см) = 2,39 ( дм) ;

Материалы для изготовления муфеля и крышки печи

Для изготовления печей мы используем самые современные материалы. Для рабочего слоя футеровки (муфель и крышка печи) мы используем легковесный огнеупорный кирпич, который привозим из Германии. Данный кирпич обладает отличными термо-характеристиками, а именно имеет низкую теплопроводность, высокую термо- и жаростойкость. Классификационная температура применения данного кирпича 1430 °С. При всем этом кирпич достаточно легкий за счет малой плотности и хорошо обрабатывается механически. Это позволяет фрезеровать пазы в кирпичах под установку нагревательных элементов. Фрезерование обеспечивает наивысшую точность пазов под спираль.

Легковесный огнеупорный кирпич Легковесный огнеупорный кирпич Легковесный огнеупорный кирпич

Крышка печи

Крышка печи изготавливается из двух слоев огнеупорного кирпича. При этом, второй слой перекрывает швы первого слоя, что позволяет увеличить прочность крышки. На большинстве печей западного и Российского производства идет только один слой кирпичей.

Так же в кирпичах выполнены фаски, что предотвращает сколы кирпичей при расширении (нагреве) материала.

Во внешних слоях муфеля и крышки печи мы применяем дополнительные изоляционные огнеупорные слои, которые имеют еще меньшую теплопроводность при значительно меньшем весе.

В качестве таких материалов могут выступать огнеупорные маты из керамического волокна, муллитокремнеземистый картон ( МКРКГ ) и т.д.

Таким образом, чем меньше теплопроводность материалов, тем лучше тепловые показатели печи.

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Если домашнему мастеру по характеру выполняемых им работ необходима муфельная печь, то он, конечно, может приобрести готовый прибор в магазине или по объявлениям. Однако, стоит подобное оборудование заводского производства – весьма недешево. Поэтому многие умельцы берутся за изготовление таких печей самостоятельно.

Калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Основной «рабочий узел» электрической муфельной печи – нагреватель, который в условиях кустарного производства обычно исполняют в виде спирали из специальной проволоки с высокими показателями сопротивления и термической отдачи. Характеристики его должны строго соответствовать мощности создаваемого оборудования, предполагаемым температурным режимам работы, а также отвечать еще некоторым требованиям. Если планируется самостоятельное изготовление прибора, то советуем применить предлагаемые ниже алгоритм и удобные калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи.

Расчет требует определенных пояснений, которые постараемся изложить максимально доходчиво.

Алгоритм и калькуляторы расчета нагревателя муфельной печи

Из чего делаются нагревательные спирали

Для начала – буквально несколько слов о проволоке, которая используется для навивки нагревательных спиралей. Обычно для таких целей применяется нихромовая или фехралевая.

• Нихромовая (от сокращений никель + хром) чаще всего представлена сплавами Х20Н80- Н , Х15Н60 или Х15Н60- Н .

Цены на муфельную печь

Ее достоинства:

— высокий запас прочности при любых температурах нагрева;

— пластична , легко обрабатывается, поддаётся свариванию;

— долговечность, стойкость к коррозии, отсутствие магнитных качеств.

Недостатки:

— более низкие показатели нагрева и термоустойчивости по сравнению с фехралевой .

• Фехралевая (от сокращений феррум , хром , алюминий) – в наше время чаще используется материал из сплава Х23 Ю 5Т.

Достоинства фехраля :

— намного дешевле нихрома, благодаря чему в основном материал и пользуется широкой популярностью;

— имеет более значительные показатели сопротивления и резистивного нагрева;

Недостатки:

— низкая прочность, а после даже однократного нагрева свыше 1000 градусов – выраженная хрупкость спирали;

— наличие магнитных качеств, подверженность коррозии из-за наличии в составе железа;

— ненужная химическая активность – способен вступать в реакции с материалом шамотной футеровки печи;

— чрезмерно большое термическое линейное расширение.

Каждый из мастеров волен выбрать любой из перечисленных материалов, проанализировав их «за» и «против» . Алгоритм расчёта учитывает особенности такого выбора.

Шаг 1 – определение мощности печи и силы тока, проходящего через нагреватель.

Чтобы не вдаваться в ненужные в данном случае подробности, сразу скажем, что существуют эмпирические нормы соответствия объема рабочей камеры муфельной печи и ее мощности. Они показаны в таблице ниже:

Особенности расчета нагревательных элементов электропечи

Одним из наиболее значимых элементов электропечи является ее нагреватель. Именно он напрямую влияет на мощность, рабочую температуру и общие функциональные характеристики оборудования. Абсолютно неважно, о каких типах приборов идет речь — трубчатых электропечах, шахтных или муфельных моделях. Для всех применимы базовые правила расчета.

Как определить мощность и силу тока печи

Начинается расчет печи с ее будущей мощности. Также определяется сила тока, которая будет проходить по телу нагревателя. Для этого можно использовать базовые эмпирические нормы соотношения размера камеры прибора к ее мощности.

Если объем насчитывает от 1 до 5 литров, желательно, чтобы мощность оборудования была в диапазоне от 300 до 500 Вт на литр. Когда камера планируется для промышленного использования, и ее объем достигает 100 литров и более, расчет муфельной печи должен учитывать примерно 50-60 Вт на каждый из них.

Детальная таблица рекомендуемых норм мощности для различных объемов камер

Провести нужные вычисления совсем несложно. Сам объем легко рассчитывается исходя из данных о высоте, ширине и глубине камеры, а потом умножается на нужный показатель. К примеру, печь на 5 литров и нагрузкой 300 Вт/л будет иметь общую мощность 1500 Вт.

Определить силу тока также достаточно просто. Базовое напряжение сети известно, и составляет 220 В.

После этого производится расчет печей, формула которого имеет следующий вид:

I=P/U

P – предварительно рассчитанная мощность, в нашем случае 1500 Вт.

U – напряжение сети.

Таким образом, имеем: 1500/220 = 6.8 А.

Как рассчитать наименьшее сечение нагревательного элемента электропечи

Расчет электрических печей должен обязательно проводиться с учетом особенностей самого нагревательного элемента. Ведь если через него пройдет сила тока, больше чем он может вынести – выход из строя неизбежен. Планируя конструкцию муфельной или шахтной электропечи, обязательно учитывайте будущий диаметр нагревателя.

Рассчитывать его можно, зная силу тока и предполагаемую рабочую температуру. Рекомендуемые нормы указаны на фото ниже.

Таблица определения параметров нагревателя электропечи. Узнаем нужный диаметр и сечение

Если в таблице отсутствует точное значение, которое совпадает с Вашим расчетом, это не критично. Когда наша сила тока будет равна 6.8 А, стоит брать за основу показатель 7.7, то есть, ближайший больший. Минимальный диаметр и сечение обеспечат бесперебойный и безопасный процесс обжига.

Можно даже заложить в расчет нагревательной печи более мощный элемент для накала. Уменьшать параметры категорически нельзя, поскольку тогда он очень быстро перегорит

Как рассчитать длину проволоки нагревателя для создания спирали

Методика расчета печи также подразумевает определение оптимальной длины проволоки для основы нагревательного элемента. Это очень важно, ведь именно от нее зависит создание необходимого резистивного нагрева.

Для того чтобы провести точный расчет закалочной печи нам потребуются такие данные как:

• Напряжение сети.
• Сила тока.
• Площадь сечения нагревателя.
• Удельное сопротивление проводника.

Последний показатель можно найти на фото представленном ниже.

Величина удельного сопротивления, в зависимости от диаметра и материала нагревателя

Далее расчет термических печей идет по формуле:

L= (U / I) x S/ p

В нашем случае, если использовать для нагревателя нихромовый сплав Х20Н80-Н, длина проволоки будет составлять: (220/6.8) х 0.785/1.11. То есть, приблизительно 23 метра.

Как проверить правильность поверхностной мощности нагревательного элемента

Если Вы планируете создать долговечные трубчатые печи, расчет обязательно должен включать и пункт проверки поверхностной мощности нагревательного элемента с допустимым значением. Это поможет вовремя обнаружить возможный выход из строя и определить грани возможностей данной составляющей оборудования.

Поверхностная удельная мощность указывает сколько тепловой энергии нужно получать с каждой единицы площади нагревателя

Методика расчета трубчатых печей вначале подразумевает поиск допустимого значения. Его можно получить по формуле:

βдоп = βэф х α

βдоп – непосредственно допустимая мощность.

βэф – мощность, которая зависит от диапазона рабочих температур.

α – коэффициент эффективности излучения тепла нагревательным элементом.

В расчет печи для обжига включаем показатель βэф и α из таблиц, представленных на фото ниже.

Таблица для расчета эффективной мощности на основе температуры заготовок и самого нагревателя

Коэффициент α также подбирается из табличных данных. Он напрямую зависит от местоположения спирали нагревателя внутри конструкции печи.

Значения поправочного коэффициента – важный аспект, который стоит учитывать, выполняя расчет шахтных печей

Впоследствии эти 2 показателя умножаются между собой и дают нам граничное значение допустимой мощности.

Это станет последним этапом проектирования оборудования.

Как видите, расчет нагревательных элементов – дело достаточно непростое. Поэтому, проще и лучше заказать электропечи для обжига и других видов термообработки от надежного производителя. Именно таким является литовский изготовитель SNOL, продукция которого представлена на нашем сайте. Не откладывайте и скорее выбирайте нужную модель!